[发明专利]土壤含水率和含氮量监测方法、装置、设备及存储介质

权利要求书

1.一种土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，包括：

测量待测土壤对应的电压值、电阻值和电容值；

将所述电压值、所述电阻值和所述电容值输入土壤含水率和含氮量预测模型，输出所述待测土壤对应的含水率和含氮量；

其中，所述土壤含水率和含氮量预测模型为，以监测到的土壤样本的电压值、电阻值和电容值为训练样本，以所述土壤样本对应的含水率和含氮量为训练标签进行训练得到。

2.根据权利要求1所述的土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

将采集得到的土壤进行烘干处理，得到土壤原始样本；

将不同特定含量的尿素与水混合配成溶液，分别与特定含水率和含氮量的所述土壤原始样本进行混合并搅拌均匀，配制成多组土壤待处理样本，并测定所述多组土壤待处理样本各自的含氮量；

将土壤水分测量传感器安装在所述土壤待处理样本中，对所述多组土壤待处理样本分别进行排空气处理，得到多组所述土壤样本；

对于多组土壤样本中的每一组，间隔固定时间测量所述土壤样本当前的电压值、电阻值、电容值和含水率，直至所述土壤样本的含水率下降至预设值。

3.根据权利要求2所述的土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，所述间隔固定时间测量所述土壤样本当前的电压值、电阻值、电容值和含水率，包括：

对所述土壤样本称重，获取所述土壤样本当前的重量；

根据所述土壤样本当前的重量和对应的土壤原始样本的重量得到所述土壤样本当前的含水率；

使用土壤水分测量传感器，测量得到所述土壤样本在当前土壤的含水率条件下，所述土壤水分测量传感器的检测电路输出的电压值；

使用电桥测试电路，测量得到所述土壤样本在当前土壤的含氮量条件下，所述电桥测试电路输出的电阻值和电容值。

4.根据权利要求2所述的土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，对所述多组土壤待处理样本分别进行排空气处理，包括：

对于所述多组土壤待处理样本中的每一组，分层装入容器中，砸实每层待处理土壤样本，直至所述土壤待处理样本整体装入所述容器中。

5.根据权利要求1所述的土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，所述将所述电压值、所述电阻值和所述电容值输入土壤含水率和含氮量预测模型，输出所述待测土壤对应的含水率和含氮量，包括：

将所述待测土壤对应的电压值、电阻值和电容值由所述土壤含水率和含氮量预测模型的输入层经过加权求和传递至所述土壤含水率和含氮量预测模型的隐藏层，隐藏层再通过激活函数将输入层传来的经过加权求和的值进行非线性变换后，作为所述土壤含水率和含氮量预测模型的输出层的输入数据，通过加权求和导入输出层作为结果，输出待测土壤对应的含水率和含氮量。

6.根据权利要求5所述的土壤含水率和含氮量监测方法，其特征在于，

所述输入层的表达式为X＝[U,R,C]，U为土壤水分传感器监测到的土壤样本电压值，R为土壤样本电阻值，C为土壤样本电容值；X表示m个样本的Ui、Ri、Ci组成的m×3的输入矩阵，其中i＝[1,…,m]；

所述隐藏层的表达式为Zi＝WiX+bi，式中Wi表示上层各神经元输入到后一层各神经元中所做贡献的n*k权值矩阵，n为上层神经元个数，k表示下层神经元个数，初始值为随机值；bi表示每层的偏置量，其大小为m*k的矩阵，初始值为0；Zi表示根据两层之间的权值Wi对上层神经元进行累加求和运算结果加上对应的偏置量bi的m*k矩阵；

所述激活函数的公式为Yi＝f(Zi)＝max(0,Zi)，f表示激活函数，Yi表示各层神经元对Zi进行非线性变换的Relu激活函数求解结果的m*k矩阵；

所述输出层表达式为WCSpre＝W_i+1Y_i+b_i+1，WCSpre为X经过土壤含水率和含氮量预测模型计算的土壤含水率及含氮量预测值。