基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统技术方案

一种基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，涉及农田精准变量施肥作业技术领域，包括传感器数据采集模块、GPS定位模块、数据盲源分离模块、多数据集成融合模块、数据挖掘模块、数据库模块、传感器监控模块、上下位机通讯模块。通过在传感器数据采集分析系统中加入数据挖掘模块以及上下位机通讯模块，使得农田肥力采集分析系统能够对多类传感器的分析数据进行有效地统计分析，通过数据挖掘模块分析多类传感器采集的实时数据，获取一定的规律性并生成关于不同地块水分、碳、氮、磷、钾、重金属等土壤物质含量的关联规则，把这些规则传送给上下位机通讯模块，上下位机通讯模块发送控制命令给中央控制系统从而对不同空间时间的地块实施不同的精准作业模式，从而达到精准施肥浇水的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农田精准变量施肥作业
，具体是基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统。
技术介绍
精准农业(Precision Agriculture)是由信息技术等支持的根据空间变异,定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤水分肥力等性状与生产力空间变异，有效调节对农作物的农资投入，确定农作物的生产目标，实施“数据获取、配方优化、技术集成、科学管理”，最大的调动土壤生产力，以最少的投入达到最高的经济效益和环境获益，同时改善环境，高效地利用各类农业资源。精准农业是以实时数据采集为基础，融合了 GIS、GPS、RS、信息、生物等技术手段，达到针对不同地块进行自动变量喷水施肥的目的。它主要包括五大功能:信息采集、信息传输、数据挖掘、决策支持、控制系统，从而提高了农作物产量、节省了资源、遏制了水土流失、最终实现了生产力与生态的均衡有机的发展。由于我们很难直观的获取数据的本质潜在的知识，导致了 “数据爆炸但知识贫乏”的现象。因此，我们拟利用数据挖掘技术从海量数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解模式的非平凡过程信息，利用决策系统针对不同农事进行相应的生产决策。虽然目前欧美等发达国家的精准农业系统可以实现非常智能化的操作，达到设定的目的，不过使用数据挖掘技术可以挖掘出农业数据中潜在新颖有效的知识，从而使系统更加智能，具有较强的鲁棒性，这正是本专利技术的创新所在。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种获取农田水分肥力等土壤数据，挖掘出潜在新颖有效的模式信息，从而达到自动精准的喷水施肥的基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现，基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，其特征在于:包括中央控制系统，与中央控制系统控制连接的传感器数据采集模块、GPS定位模块、数据盲源分离模块、多数据集成融合模块、数据挖掘模块、数据库模块、传感器监控模块、上下位机通讯模块，所述的传感器数据采集模块与传感器监控模块无线连接，所述的传感器数据采集模块与数据盲源分离模块连接，数据盲源分离模块与多数据集成融合模块连接，多数据集成融合模块与数据挖掘模块连接，数据挖掘模块与数据库模块，数据库模块与上下位机通讯模块。所述传感器数据采集模块负责采集田块中土壤的水分、碳、氮、磷、钾等肥力数据；所述的传感器数据采集模块有近红外传感器、激光诱导击穿光谱技术传感器、离子电导率传感器、流量传感器，这些传感器可同时检测到多种数据；所述GPS定位模块负责定位不同田块，以链接后期的数据处理，实施定位自动变量喷水施肥，并为地块的路径规划提供相应的服务；所述数据盲源分离模块负责分离获取有用信号，增强目标信号并减弱或消除噪声 目号，以达到精确获取田块 目息。所述数据集成融合模块负责对多类传感器获得的数据进行集成和融合，并与GIS、RS遥感信息进行比较融合，集成不同传感器获得的同类信号，提高传感器数据获取的精度；所述数据挖掘模块嵌入针对土壤水分肥力等数据的几种数据挖掘算法，负责挖掘水分土壤肥力数据中的关联规则，有针对性的挖掘出土壤数据中潜在的、新颖的、有效的关联性信息，可用来指导进行自动变量精准喷水施肥；所述传感器监控模块负责监控传感器的工作情况，对不同地块赋予不同权值，以便于很好的进行数据处理以及挖掘工作；所述数据库模块负责存贮全系统相关的各种数据，该模块在中央处理系统中划分一块内存或外接一块内存来存储相关的数据，比如历史运行工况、采集到的数据、数据处理挖掘出得信息和规则等数据；所述上下位机通讯模块负责传感器与中央处理系统的通讯，用来实现各模块之间的数据转发以及本地数据向远程进行无线发送等功能。本专利技术的有益效果:1.系统的 智能化本专利技术的设计是按功能模块来划分，可以最终实现全自动的系统运行，包括自动数据采集、数据传输，可以为自动喷水施肥提供数据保证和决策支持，同时也可以提供某些接口用于用户的人工干预设定；2.数据挖掘技术的应用本专利技术融合了数据分析和数据挖掘的许多最新成熟的成果，可以挖掘出针对于田块土壤数据中潜在新颖有效的信息，实现了许多复杂的功能，从而达到全自动智能化精准化的目的；3.系统的可扩展性本专利技术拟开发出通用性的数据采集分析等功能模块，ARM嵌入式中央控制系统可以随时添加或屏蔽相应的功能模块，用户也可以设定不同的参数从而满足自己的需要，可扩展性很强。附图说明图1为本专利技术的模块构造示意图；图2为本专利技术的系统运作流程示意图；图3为本专利技术数据挖掘模块流程图；图4为本专利技术数据盲源分离模块流程图；图5为本专利技术多数据集成融合模块流程图。具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。如图1、图2所示，基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，包括中央控制系统，与中央控制系统控制连接的传感器数据采集模块、GPS定位模块、数据盲源分离模块、多数据集成融合模块、数据挖掘模块、数据库模块、传感器监控模块、上下位机通讯模块，传感器数据采集模块与传感器监控模块无线连接，传感器数据采集模块与数据盲源分离模块连接，数据盲源分离模块与多数据集成融合模块连接，多数据集成融合模块与数据挖掘模块连接，数据挖掘模块与数据库模块，数据库模块与上下位机通讯模块。传感器数据采集模块具有定时采集田块土壤肥力数据的功能，采集的信号可以自动转换成计算机可识别处理的数字信号或模拟信号。数据采集的定时可以实时设定，也可以预先离线设定。GPS定位模块具有定位不同田块位置的功能，利用GPS我们可以获取不同地块的位置，并把GPS信息存储到内存或SD存储卡中。数据盲源分离模块具有分离噪源信号，定标目标信号的功能。利用主成分分析、独立成分分析、核稀疏成分分析等算法把噪声信号与目标信号分尚并作其它相关处理工作，目标信号同时被存储到内存中。数据集成融合模块具有集成和融合多类传感器的目标信号以及与预先获取的GIS、RS等信息进行比较融合的功能。利用Majority Voting等算法来集成不同传感器获得的同类信号，一般来说集成算法可以提高目标信息获取的精度。数据挖掘模块具有挖掘出不同地块土壤水分肥力数据中潜在新颖有效的关联规则的功能。这些关联规则可以用来指导进行自动变量精准喷水施肥，优化变量施肥决策。我们利用核决策树、关联规则迁移学习等数据挖掘算法来挖掘土壤肥力数据的关联规则，这些关联规则经过中央控制系统来实现喷水施肥等自动控制功能和操作。传感器监控模块具有监控传感器的功能。由于不同传感器在不同地块采集数据所得到的数据会有所波动，我们可以根据标定对不同地块赋予不同权值。另外，本模块也可以监控传感器的工作情况，并实时的向中央控制系统发送报警信号等。传感器信息可以写入LOG日志里以便后期的处理。数据库模块具有数据存储的功能。本模块可以剔除无用信息、存储相关信息，以节省存储空间，降低成本。当存储空间不足时，可以通过GPRS、3G无线传输或Zigbee等射频传输方式传输数据并删除。上下位机通讯模块具有处理传感器、中央处理系统以及其它辅助设备之间的通讯。用来实现各模块之间的数据转发以及本地数据向远程进行无线数据发送等功能。工作时可以把传感器系统安装在大型本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，其特征在于：包括中央控制系统，与中央控制系统控制连接的传感器数据采集模块、GPS定位模块、数据盲源分离模块、多数据集成融合模块、数据挖掘模块、数据库模块、传感器监控模块、上下位机通讯模块，所述的传感器数据采集模块与传感器监控模块无线连接，所述的传感器数据采集模块与数据盲源分离模块连接，数据盲源分离模块与多数据集成融合模块连接，多数据集成融合模块与数据挖掘模块连接，数据挖掘模块与数据库模块，数据库模块与上下位机通讯模块。

【技术特征摘要】
1.关于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，其特征在于:包括中央控制系统，与中央控制系统控制连接的传感器数据采集模块、GPS定位模块、数据盲源分离模块、多数据集成融合模块、数据挖掘模块、数据库模块、传感器监控模块、上下位机通讯模块，所述的传感器数据采集模块与传感器监控模块无线连接，所述的传感器数据采集模块与数据盲源分离模块连接，数据盲源分离模块与多数据集成融合模块连接，多数据集成融合模块与数据挖掘模块连接，数据挖掘模块与数据库模块，数据库模块与上下位机通讯模块。2.根据权利要求1所述的基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，其特征在于:所述传感器数据采集模块负责采集田块中土壤的水分、碳、氮、磷、钾肥力数据；所述的传感器数据采集模块有近红外传感器、激光诱导击穿光谱技术传感器、离子电导率传感器、流量传感器。3.根据权利要求1所述的基于数据挖掘的农田肥力数据采集分析系统，其特征在于:所述GPS定位模块负责定位不同田块，以链接后期的数据处理，实施定位自动变量喷水施月巴，并为地块的路径规划提供相应的服务。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，宋良图，王儒敬，庄重，汪玉冰，谢成军，鲁翠萍，汪六三，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：