一種基于物聯網的農業智慧管理系統

本發明涉及農業管理，具體為一種基于物聯網的農業智慧管理系統。

背景技術：

1、物聯網iot技術已經在各個領域中得到了廣泛應用，尤其在農業領域，物聯網為農業生產帶來了顯著的智能化和自動化變革。具體來說，智慧農業通過將物聯網技術與農業生產相結合，實現了對農作物生長環境的實時監控和自動化管理。其中，基于物聯網的農業智慧管理系統，通過收集土壤濕度、溫度、氣象條件等多維度數據，為農業生產提供精準的灌溉管理方案。這些系統的核心是智能灌溉算法的優化，該算法通過分析和處理大量實時數據，計算出作物的最佳灌溉需求量，以實現水資源的高效利用。

2、現階段目前許多農業智慧管理系統在實際應用中仍然存在一些不足之處。例如，在傳統的灌溉管理中，系統往往依賴于預設的灌溉時間表或簡單的土壤濕度閾值，而缺乏對實時環境變化的動態響應能力。這種方式可能導致水資源浪費，或者無法在作物需要時提供足夠的水分，最終影響作物的生長和產量。此外，現有的灌溉算法通常過于簡單，無法有效整合多種影響因素如天氣變化、土壤類型和作物生長階段等，從而導致灌溉決策的精度不足，無法滿足精準農業的要求。

技術實現思路

1、（一）解決的技術問題

2、針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于物聯網的農業智慧管理系統，解決了背景技術中提到的問題。

3、技術方案

4、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：包括灌溉數據采集模塊、特征提取與處理模塊、智能灌溉算法模塊、結果匯總與執行模塊和用戶界面與操作模塊；

5、所述灌溉數據采集模塊通過安裝監測設備和物聯網集成設備，采集與灌溉相關的環境數據，并進行匯總生成環境數據組；

6、所述特征提取模塊用于對采集到的環境數據組進行特征提取，生成用于算法優化的智能灌溉特征向量；

7、所述智能灌溉算法模塊用于依據生成的灌溉特征向量，計算獲取灌溉需求量irrigamt，并依據灌溉需求量irrigamt計算獲取調整需求量irrigadj，再將所獲取的灌溉需求量irrigamt和調整需求量irrigadj，進行綜合計算獲取綜合灌溉系數irrigfinal；

8、所述匯總與執行模塊用于基于灌溉特征向量進行計算有效灌溉系數effirrig，并預設灌溉效果閾值g，進行對比評估，決定下次灌溉的策略；

9、所述用戶界面與操作模塊用于為用戶提供可視化的灌溉決策與結果，并提供手動調節選項。

10、優選的，所述灌溉數據采集模塊通過在農業灌溉地的周圍安裝檢測設備，實時采集灌溉地的土壤數據，再構建api應用程序接口與物聯網氣象平臺進行集成，實時采集灌溉地的氣象數據；

11、所述檢測設備包括濕度傳感器和溫度傳感器；

12、所述土壤數據包括土壤濕度sd和土壤溫度wd；

13、所述氣象數據包括濕度qsd、溫度qwd、降水量qjs和風速qfs；

14、同時基于農業作物進行設定種植密度zmd和農作物需水量zxs；

15、再將所獲取的土壤數據、氣象數據和農作物灌溉因子crp進行匯總為環境數據組；

16、再通過傳感器的數據通過物聯網網關收集并傳輸到特征提取與處理模塊。

17、優選的，所述特征提取與處理模塊包特征提取單元和預處理單元；

18、所述特征提取單元用于依據環境數據組中的土壤數據和氣象數據進行，特征提取獲得土壤灌溉參數smt、氣象參數wea和農作物參數crp；

19、所述土壤灌溉參數smt通過土壤數據中的土壤濕度sd和土壤溫度wd，進行計算提取，計算公式為；

20、所述氣象參數wea通過氣象數據中的濕度qsd、溫度qwd、降水量qjs和風速qfs，進行計算提取，計算公式為；

21、所述農作物參數crp通過所設定的種植密度zmd和農作物需水量zxs，進行計算提取，計算公式為；

22、所述預處理單元用于對所提取到的智能灌溉特征向量，進行標準化處理，消除不同量綱的影響，再將土壤灌溉參數smt、氣象參數wea和農作物參數crp進行組合，生成智能灌溉特征向量。

23、優選的，智能灌溉算法模塊包括灌溉需求分析單元、動態調整單元和綜合調控單元；

24、所述灌溉需求分析單元用于依據所獲取的灌溉特征向量，進行計算農業作物的灌溉需求量irrigamt；

25、所述灌溉需求量irrigamt通過以下算法公式計算獲取；

26、；

27、式中，k1、k2和k3分別土壤灌溉參數smt、氣象參數wea和農作物參數crp的預設權重值。

28、優選的，所述調整單元用于依據所獲取的灌溉需求量irrigamt，通過引入當前條件與歷史均值的對比，動態適應環境的變化，進行計算獲取調整需求量irrigadj；

29、所述調整需求量irrigadj通過以下算法公式計算獲取；

30、；

31、式中，smtavg表示歷史平均土壤灌溉參數，weaavg歷史平均氣象參數，△smt表示當前土壤灌溉參數smt與歷史均值的土壤灌溉參數smt的差值，△wea表示當前氣象參數wea與歷史均值的氣象參數wea的差值。

32、優選的，所述綜合調控單元用于集成灌溉需求量irrigamt和調整需求量irrigadj，進行計算獲取綜合灌溉系數irrigfinal；

33、所述綜合灌溉系數irrigfinal通過以下算法公式計算獲取；

34、；

35、式中，previrrig表示上一次灌溉的數據，、和分別表示灌溉需求量irrigamt、調整需求量irrigadj和上一次灌溉的數據previrrig的調整系數。

36、優選的，所述結果匯總與執行模塊包括灌溉效果分析單元和執行單元；

37、所述灌溉效果分析單元用于對每次的灌溉效果進行分析，計算獲取有效灌溉系數effirrig；

38、；

39、式中，n表示數據點的總數，abs表示絕對值函數，irrigfinal，i表示第i個數據點實際綜合灌溉系數，irrigfinal2，i表示第i個數據點的目標綜合灌溉系數，wi表示第i個數據點的權重值；

40、所述執行單元用于基于農作物灌溉指標進行預設灌溉效果閾值g，再與有效灌溉系數effirrig進行對比評估分析下一次執行的灌溉策略，具體評估內容如下；

41、當有效灌溉系數effirrig＜灌溉效果閾值g，表示灌溉效果正常，繼續執行當前策略；

42、當有效灌溉系數effirrig≥灌溉效果閾值g，表示灌溉效果異常，將權重值k1、k2和k3以及調節系數、和進行增加10%，并生成提示工作人員進行調整灌溉策略。

43、優選的，所述用戶界面與操作模塊用于利用現代前端框架react、vue.js，開發用戶界面，支持動態數據更新和交互操作，并同規格用戶界面進行顯示綜合灌溉系數irrigfinal及有效灌溉系數effirrig的動態變化曲線，在用戶界面上提供滑塊、輸入框和旋鈕交互元素，允許用戶手動調整重值k1、k2和k3以及調節系數、和，每次調整后，系統會立即更新綜合灌溉系數irrigfinal及有效灌溉系數effirrig的動態變化曲線的計算結果，并將變化結果實時顯示在界面上。

44、一種計算機設備，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現一種基于物聯網的農業智慧管理系統用于監控灌溉過程中的實際效果，并進行即時反饋。

45、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現一種基于物聯網的農業智慧管理系統。

46、有益效果

47、本發明提供了一種基于物聯網的農業智慧管理系統。具備以下有益效果：

48、（1）該系統通過灌溉數據采集模塊與智能灌溉算法模塊的高效協同，該系統能夠全面采集與灌溉相關的土壤數據、氣象數據及農作物灌溉因子，并通過特征提取與處理模塊生成智能灌溉特征向量，最終計算出精準的灌溉需求量irrigamt。在灌溉過程中，系統不僅考慮了實時環境數據，還根據歷史均值進行動態調整，計算出最優的綜合灌溉系數irrigfinal，確保每次灌溉都能達到預期效果。這種基于實時和歷史數據相結合的智能灌溉算法，大大提高了水資源的利用率，減少了因過度灌溉或不足灌溉導致的資源浪費，最終實現了精準農業的目標。

49、（2）該系統的智能灌溉算法模塊不僅能夠計算出基礎的灌溉需求量，還通過動態調整單元，實時適應環境的變化，并將調整后的需求量irrigadj納入最終灌溉決策中。這種靈活的自適應機制，使得系統在面對突如其來的天氣變化或土壤條件波動時，能夠迅速調整灌溉策略，保證作物生長所需的水分供給穩定。同時，結果匯總與執行模塊對每次灌溉的效果進行分析，計算出有效灌溉系數effirrig，并與預設的灌溉效果閾值g進行對比評估，確保下次灌溉策略的優化調整。這種閉環反饋機制極大地增強了系統的適應性和應變能力，有效避免了傳統灌溉系統中因外部環境變化而導致的灌溉失誤。

50、（3）該系統通過用戶界面與操作模塊利用現代前端框架react、vue.js開發，支持動態數據更新和交互操作，用戶可以通過直觀的界面實時查看綜合灌溉系數irrigfinal及有效灌溉系數effirrig的動態變化曲線。系統提供的滑塊、輸入框和旋鈕等交互元素，允許用戶手動調整土壤灌溉權重值參數k1、氣象權重值參數k2和農作物權重值參數k3，以及調節系數、和，每次調整后，系統會立即更新結果并實時顯示在界面上。這種即時反饋的操作方式，不僅使用戶能夠根據實際需求靈活調整灌溉策略，還能在系統給出的自動優化建議與用戶經驗之間找到最佳平衡，顯著提升了決策效率，減少了人工干預的復雜性。通過這種優化設計，系統的用戶體驗得到了全面提升，為農場主提供了更為便捷和高效的管理工具。