【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與智能灌溉，具體涉及一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)中，噴灌系統(tǒng)因其節(jié)水高效的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的噴灌系統(tǒng)在風(fēng)力較強(qiáng)的情況下表現(xiàn)出明顯的不足。由于風(fēng)速的影響，噴灌頭噴出的水滴容易在空中被風(fēng)吹散，導(dǎo)致水滴不能準(zhǔn)確落在目標(biāo)區(qū)域，出現(xiàn)水滴飄散的現(xiàn)象。這不僅造成了水資源的浪費(fèi)，也降低了噴灌的灌溉效果，無法充分滿足農(nóng)作物的需水量。特別是在風(fēng)速變化頻繁的地區(qū)，這一問題尤為突出。
2、現(xiàn)有的噴灌系統(tǒng)大多缺乏針對風(fēng)速變化的調(diào)節(jié)機(jī)制，無法根據(jù)風(fēng)速大小對噴灌水流進(jìn)行有效控制，從而進(jìn)一步加劇了水資源浪費(fèi)，此外，風(fēng)力對水滴飄散的影響還導(dǎo)致局部區(qū)域的過度灌溉或灌溉不足，影響作物的均勻生長，為了解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)迫切需要一種能夠在風(fēng)力較強(qiáng)的情況下減少水滴飄散的改進(jìn)方案，以提高灌溉的精準(zhǔn)度和資源利用效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)噴灌系統(tǒng)大多缺乏針對風(fēng)速變化的調(diào)節(jié)機(jī)制，無法根據(jù)風(fēng)速大小對噴灌水流進(jìn)行有效控制，從而進(jìn)一步加劇了水資源浪費(fèi)，此外，風(fēng)力對水滴飄散的影響還導(dǎo)致局部區(qū)域的過度灌溉或灌溉不足，影響作物的均勻生長的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
3、風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊，用于獲取風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)；
4、與風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊連接的噴灌頭調(diào)節(jié)模
5、其中，ui表示不同風(fēng)速、風(fēng)向的效用函數(shù)，si表示噴灌頭的角度或噴射距離的設(shè)定，表示噴灌頭在當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向條件下的最優(yōu)角度或噴射距離設(shè)定，s-i表示其他風(fēng)速和風(fēng)向條件下噴灌頭的角度和距離設(shè)定，表示其他所有風(fēng)速和風(fēng)向條件都采取各自的最優(yōu)策略時(shí)，噴灌頭參數(shù)組合；
6、土壤濕度檢測模塊，用于連接土壤濕度傳感器并根據(jù)土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)確定灌溉需求；
7、與風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊和土壤濕度檢測模塊連接的人工智能控制模塊，用于通過人工智能算法優(yōu)化灌溉時(shí)間和灌溉量，具體為將灌溉需求和環(huán)境數(shù)據(jù)構(gòu)建成小世界網(wǎng)絡(luò)模型，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表不同的灌溉條件，節(jié)點(diǎn)之間的邊表示條件之間的相互影響，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均路徑長度和聚類系數(shù)，計(jì)算公式為：
8、
9、其中，n表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，k表示節(jié)點(diǎn)平均度，l表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均路徑長度，c表示聚類系數(shù)；
10、與人工智能控制模塊連接的噴灌系統(tǒng)控制模塊，用于根據(jù)優(yōu)化結(jié)果控制噴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。
11、優(yōu)選的，所述風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊獲取風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)包括：
12、收集歷史風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，計(jì)算數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況并應(yīng)用自回歸條件異方差模型進(jìn)行條件方差估計(jì)，具體公式為：
13、
14、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的方差，∈t-1表示前一時(shí)刻的誤差，σt-1表示上一時(shí)刻方差的標(biāo)準(zhǔn)差，α0，α1，β1表示模型的參數(shù)。
15、優(yōu)選的，所述土壤濕度檢測模塊連接土壤濕度傳感器并根據(jù)土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)確定灌溉需求包括：
16、采集土壤濕度傳感數(shù)據(jù)，通過傅里葉變換，分析其頻域特性，識別土壤濕度信號中季節(jié)性或波動(dòng)性的頻率分量，預(yù)測水分流失或土壤干燥趨勢，傅里葉變換公式為：
17、
18、其中，x(q)表示頻域信號的分量，x(n)表示時(shí)域信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)，m表示信號的采樣點(diǎn)總數(shù)，q表示頻率索引，n表示時(shí)間索引。
19、優(yōu)選的，所述噴灌系統(tǒng)控制模塊根據(jù)優(yōu)化結(jié)果控制噴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉包括：
20、將灌溉時(shí)間、灌溉量、風(fēng)速、土壤濕度定義為隨機(jī)變量，模擬生成灌溉場景，在每個(gè)模擬場景中，計(jì)算出相應(yīng)的灌溉效果，生成該組合下的灌溉時(shí)間和灌溉量，對所有模擬結(jié)果進(jìn)行期望計(jì)算，選擇能夠在不同環(huán)境下表現(xiàn)穩(wěn)定的最優(yōu)灌溉方案，將其作為最終的優(yōu)化結(jié)果，期望計(jì)算公式為：
21、
22、其中，e[x]變量x的期望值，x表示隨機(jī)變量，n表示模擬的次數(shù)，xi表示第i次模擬的結(jié)果。
23、優(yōu)選的，所述噴灌頭調(diào)節(jié)模塊基于風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)調(diào)整噴灌頭的角度和噴射距離還包括：
24、基于風(fēng)速數(shù)據(jù)確定風(fēng)力等級；
25、根據(jù)風(fēng)力等級調(diào)整噴灌頭的角度；
26、根據(jù)風(fēng)力等級調(diào)整噴灌頭的噴射距離；
27、當(dāng)風(fēng)速超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，減少噴灌頭的噴水量。
28、優(yōu)選的，所述基于風(fēng)速數(shù)據(jù)確定風(fēng)力等級包括：
29、獲取實(shí)時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)v；
30、將風(fēng)速數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的風(fēng)力等級表進(jìn)行比對；
31、基于比較結(jié)果確定當(dāng)前的風(fēng)力等級l；
32、判斷風(fēng)力等級l是否大于等于3；
33、具體公式為：l＝f(v)，其中，v表示實(shí)時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)，l表示風(fēng)力等級。
34、優(yōu)選的，所述根據(jù)風(fēng)力等級調(diào)整噴灌頭的角度包括：
35、獲取當(dāng)前風(fēng)力等級l；
36、基于風(fēng)力等級l確定角度調(diào)整值θ；
37、調(diào)整噴灌頭的角度為當(dāng)前角度加調(diào)整值θ；
38、判斷調(diào)整后的角度是否在安全范圍內(nèi)，如果在，則執(zhí)行調(diào)整；
39、具體公式為：θ＝g(l)，其中，l表示風(fēng)力等級，θ表示角度調(diào)整值。
40、優(yōu)選的，所述根據(jù)風(fēng)力等級調(diào)整噴灌頭的噴射距離包括：
41、獲取當(dāng)前風(fēng)力等級l；
42、基于風(fēng)力等級l確定噴射距離調(diào)整值d；
43、調(diào)整噴灌頭的噴射距離為當(dāng)前噴射距離減去調(diào)整值d；
44、判斷調(diào)整后的噴射距離是否在安全范圍內(nèi)；
45、公式：d＝h(l)，其中，l表示風(fēng)力等級，d表示噴射距離調(diào)整值；
46、所述當(dāng)風(fēng)速超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，減少噴灌頭的噴水量包括：
47、獲取當(dāng)前風(fēng)速v；
48、基于風(fēng)速v確定噴水量調(diào)整系數(shù)k；
49、減少當(dāng)前噴水量乘以調(diào)整系數(shù)k；
50、判斷減少后的噴水量是否在允許范圍內(nèi)；
51、公式：k＝i(v)，其中，v表示實(shí)時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)，k表示噴水量調(diào)整系數(shù)。
52、優(yōu)選的，所述獲取當(dāng)前風(fēng)速v包括：
53、采集風(fēng)速傳感器的數(shù)據(jù)；
54、平滑處理風(fēng)速數(shù)據(jù)，減少噪聲影響；
55、基于平滑處理后的風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算平均風(fēng)速v；
56、判斷平均風(fēng)速v是否超過預(yù)設(shè)閾值；
57、公式：v＝(v1+v2+...+vr)/r，其中v1,v2,...,vr表示多次測量的風(fēng)速數(shù)據(jù)，r表示測量次數(shù)，v表示平滑處理后的平均風(fēng)速。
58、優(yōu)選的，所述土壤濕度檢測模塊本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊獲取風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述土壤濕度檢測模塊連接土壤濕度傳感器并根據(jù)土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)確定灌溉需求包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述噴灌系統(tǒng)控制模塊根據(jù)優(yōu)化結(jié)果控制噴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述噴灌頭調(diào)節(jié)模塊基于風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)調(diào)整噴灌頭的角度和噴射距離還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述基于風(fēng)速數(shù)據(jù)確定風(fēng)力等級包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述根據(jù)風(fēng)力等級調(diào)整噴灌頭的角度包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于人工智能的
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述獲取當(dāng)前風(fēng)速V包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述土壤濕度檢測模塊連接土壤濕度傳感器并根據(jù)土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)確定灌溉需求還包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述風(fēng)速和風(fēng)向檢測模塊獲取風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述土壤濕度檢測模塊連接土壤濕度傳感器并根據(jù)土壤濕度傳感器的數(shù)據(jù)確定灌溉需求包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述噴灌系統(tǒng)控制模塊根據(jù)優(yōu)化結(jié)果控制噴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于人工智能的丘陵坡地灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于：所述噴灌頭調(diào)節(jié)模塊基于風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)調(diào)整噴灌頭的角度和噴射距離還...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋慶華，劉俊宏，馮麗梅，馬永康，
申請(專利權(quán))人：廣西鵬程智能裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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