一种农业废弃物发酵智能调控设备及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种农业废弃物发酵智能调控设备及系统，包括称重分类单元、土地参数监测单元、配料模块、控制单元、肥力监测模块和补充单元；所述控制单元包括监测模块、算法优化模块和控制模块，所述算法优化模块根据监测模块所采集的土壤营养元素含量以及酸碱度信息，计算最优重量配比，并通过控制模块控制所述配料模块执行所述最优重量配比；并根据所述肥力参数计算需要添加的营养元素，并发送至补充单元执行。在保障肥料肥力针对性的满足作物需要的同时达到最佳经济性，有效提高施肥效率避免了资源的浪费，十分环保。十分环保。十分环保。

【技术实现步骤摘要】
一种农业废弃物发酵智能调控设备及系统


[0001]本专利技术涉及一种循环农业智能调控技术，尤其涉及一种农业废弃物发酵智能调控设备及系统。

技术介绍

[0002]在传统农业不能满足现代化发展所需要的强大的后勤保障时，人们便开始使用以大量的化肥、农药、薄膜、灌溉、机械、设施为基础的工业化生产方式，以保证粮食的供应。石油农业便应运而生。高投入、高效益、高产出的同时，也给我们的生活带来了巨大的影响。养殖业固体废物、农业固体废物以其他固体废物大量产出对环境产生极大的污染，循环农业的发展迫在眉睫。现行的对养殖业固体废物、农业固体废物处理大都为堆肥发酵制肥料，但是用此方法发酵的肥料无法确定肥料中的有效肥力含量和应用施肥场景，容易造成过量施肥或需要对施肥土地另外使用其他化肥进行肥力补充。因此导致经济效益，作物长势不达标。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种农业废弃物发酵智能调控设备及系统，在保障肥料肥力针对性的满足作物需要的同时达到最佳经济性，有效提高施肥效率避免了资源的浪费，十分环保。
[0004]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种农业废弃物发酵智能调控设备，包括称重分类单元、土地参数监测单元、配料模块、控制单元、肥力监测模块和补充单元；
[0005]所述称重分类单元采集养殖业固体废物、农业固体废物和其他固体废物的重量数据并发送至控制单元；
[0006]所述土地参数监测单元包括土壤肥力分析仪和PH检测传感器，土壤肥力分析仪对所监测土地的各营养元素进行分析并将各主要营养元素含量发送至控制单元，PH检测传感器用于监测土地的酸碱度并将酸碱度信息发送至控制单元；
[0007]所述配料模块根据控制单元发送的重量配比，将养殖业固体废物、农业固体废物按比例混合后输出，进一步发酵熟成；所述其他固体废物用于为发酵过程提供一部分热能；
[0008]肥力监测模块对熟成后的肥料进行监测并将肥力参数送入控制单元，控制单元根据实际的肥力参数，通过补充单元添加所制农肥缺失的营养元素；
[0009]所述控制单元包括监测模块、算法优化模块和控制模块，所述算法优化模块根据监测模块所采集的土壤营养元素含量以及酸碱度信息，计算最优重量配比，并通过控制模块控制所述配料模块执行所述最优重量配比；所述控制单元根据所述肥力参数计算需要添加的营养元素的量，并发送至补充单元执行；所述控制单元根据所述酸碱度信息计算需要添加的调节酸碱性物质的量，并发送至补充单元执行。
[0010]其中，养殖业固体废物包括动物粪便，农业固体废物包括秸秆，其他固体废物包括农业生产中产生的不可发酵物。
[0011]所述的计算最优重量配比包括：根据内置目标函数，采用鲸鱼优化算法MS
‑
WOA进行目标寻优，输出最优结果。
[0012]其中，所述内置目标函数为：
[0013][0014][0015][0016][0017]式中将土地分为m
t
个区域，M1和M2分别为养殖业固体废物、农业固体废物的重量；分别为M1和M2的氮、磷、钾含量；P
tAdd
、为t区域氮磷钾补充的肥料；P
tAlr
、P
tAlr
为第t个区域土地所能提供的氮磷钾含量；P
tPar
、为第t个区域作物生长需要的氮磷钾含量，λ
N
、λ
P
、λ
K
为所能提供的氮磷钾补充的肥料的单价；pri为处理M1和M2的价格。
[0018]所述鲸鱼优化算法MS
‑
WOA包括以下步骤：
[0019]步骤1：初始化算法相关参数，包括种群规模，空间维度，种群的可搜索空间，以及迭代次数；
[0020]步骤2：采用Sobol序列对种群位置进行初始化，每组种群对应F1，F2，F3，F4四个目标函数；
[0021]步骤3：计算个体适应度值，并找出最优适应度值及对应的最优个体，即找出满足F1，F2，F3，F4的最优的个体；适应度函数可根据需要采用不同的函数表达形式。
[0022]步骤4：判定最优适应度值连续Z代是否发生变化，如发生变化则对最优个体进行变异操作，否则进入步骤5；
[0023]步骤5：对非线性因子a、参数A、自适应权重w进行更新，同时更新随机概率参数p；
[0024]步骤6：对个体位置更新并对p、|A|进行判定，当p＜U1时，若|A|＞U2，进入步骤7，若|A|≤U2，进入步骤8，当p≥U1时，进入步骤9；其中U1、U2均为判断阈值；
[0025]步骤7：进行全局搜索，对于个体x，从种群中随机选出与之不同的个体x
p
，通过比较两者的适应度值选择更优秀的个体，通过向更优秀的个体进行学习调整个体的位置，通过随机性学习更新较差个体位置，并更新个体位置：
[0026][0027]x(t+1)＝x
rand
(t)
×
w
‑
A
×
D
rand
[0028]其中，x
rand
(t)为捕猎群体中的任意鲸鱼位置，x(t+1)为更新位置，t为当前迭代次
数，学习因子rand(0，1)是(0，1)间的随机数，体现每个个体学习能力的差异，经过学习后，如果f(x
new
)＜f(x)，则种群接受新个体x
new
并取代个体x，否则种群拒绝劣体x
new
；D
rand
为当前搜索个体和随机个体的距离；
[0029]步骤8：包围猎物，并更新个体位置：
[0030]x(t+1)＝x
*
(t)
×
w
‑
A
×
D1[0031]其中，D1为搜索个体与当前目标的距离，当A∈[
‑
1，1]问的随机值时x(t+1)从x(t)向x
*
(t)迭代更新，逐渐靠近包围最优解；
[0032]步骤9：进行螺旋气泡网捕食，并更新个体位置：
[0033]x(t+1)＝D2e
bl
cos(2πl)+x
*
(t)
×
(1
‑
w)
[0034]D2为当前搜索个体与当前最优解的距离，bl为螺旋线参数，l为[
‑
1，1]的随机数。
[0035]步骤10：判断是否满足迭代终止条件，满足则输出最优解，否则进入步骤4继续执行。迭代终止条件为：达到最大设定迭代值或得到最优解。
[0036]优选的，步骤4中所述的变异操作计算公式如下：
[0037][0038][0039]其中，为当前最优值经柯西扰动后得到的新值，x
*
(t)为每次迭代的最优解，cauchy(0,1)为柯西算子，f(x)为标准柯西分布函数，x为当前个体位置。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农业废弃物发酵智能调控设备，其特征在于：包括称重分类单元、土地参数监测单元、配料模块、控制单元、肥力监测模块和补充单元；所述称重分类单元采集养殖业固体废物、农业固体废物和其他固体废物的重量数据并发送至控制单元；所述土地参数监测单元包括土壤肥力分析仪和PH检测传感器，土壤肥力分析仪对所监测土地的各营养元素进行分析并将各主要营养元素含量发送至控制单元，PH检测传感器用于监测土地的酸碱度并将酸碱度信息发送至控制单元；所述配料模块根据控制单元发送的重量配比，将养殖业固体废物、农业固体废物按比例混合后输出，进一步发酵熟成；所述其他固体废物用于为发酵过程提供一部分热能；肥力监测模块对熟成后的肥料进行监测并将肥力参数送入控制单元，控制单元根据实际的肥力参数，通过补充单元添加所制农肥缺失的营养元素；所述控制单元包括监测模块、算法优化模块和控制模块，所述算法优化模块根据监测模块所采集的土壤营养元素含量以及酸碱度信息，计算最优重量配比，并通过控制模块控制所述配料模块执行所述最优重量配比；所述控制单元根据所述肥力参数计算需要添加的营养元素的量，并发送至补充单元执行；所述控制单元根据所述酸碱度信息计算需要添加的调节酸碱性物质的量，并发送至补充单元执行。2.根据权利要求1所述的农业废弃物发酵智能调控设备，其特征在于：养殖业固体废物包括动物粪便，农业固体废物包括秸秆，其他固体废物包括农业生产中产生的不可发酵物。3.根据权利要求1所述的农业废弃物发酵智能调控设备，其特征在于：所述的计算最优重量配比包括：根据内置目标函数，采用鲸鱼优化算法MS
‑
WOA进行目标寻优，输出最优结果。4.根据权利要求3所述的农业废弃物发酵智能调控设备，其特征在于：所述内置目标函数为：数为：数为：数为：式中将土地分为m
t
个区域，M1和M2分别为养殖业固体废物、农业固体废物的重量；分别为M1和M2的氮、磷、钾含量；P
tAdd
、为t区域氮磷钾补充的肥料；P
tAlr
、P
tAlr
为第t个区域土地所能提供的氮磷钾含量；P
tPar
、为第t个区域作物生长需要的氮磷钾含量，λ
N
、λ
P
、λ
K
为所能提供的氮磷钾补充的肥料的单价；pri为处理M1和M2的价格。
5.根据权利要求3所述的农业废弃物发酵智能调控设备，其特征在于：所述鲸鱼优化算法MS
‑
WOA包括以下步骤：步骤1：初始化算法相关参数，包括种群规模，空间维度，种群的可搜索空间，以及迭代次数；步骤2：采用Sobol序列对种群位置进行初始化，每组种群对应F1，F2，F3，F4四个目标函数；步骤3：计算满足F1，F2，F3，F4的个体适应度值，并找出最优适应度值及对应的最优个体；步骤4：判定最优适应度值连续Z代是否发生变化，如发生变化则对最优个体进行变异操作，否则进入步骤5；步骤5：对非线性因子a、参数A、自适应权重w进行更新，同时更新随机概率参数p；步骤6：对p、|A|进行判定，当p＜U1时，若|A|＞U2，进入步骤7，若|A|≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤健康，苏姣月，周孟雄，郭仁威，潘子健，秦浩然，纪捷，黄慧，孙娜，陈帅，黄小龙，夏奥运，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：