[发明专利]基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法和云监测平台

权利要求书

1.基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1:检测空气湿度、温度、二氧化碳浓度、营养液高度、光照强度和营养液元素浓度；

S2：根据S1采集的数据分别与对应的标准数据进行对比；

S3：统计果菜生长影响系数、营养液补充比例系数和营养液补充量；

S4：根据营养液补充量对各水培箱内营养液进行补充；

S5：对果菜生长影响系数和营养液补充量进行显示；

上述基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测方法使用了一种基于大数据和物联网的智慧农业种植环境监测系统，包括空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、营养液高度检测模块、数据库、数据预处理模块、光照强度统计模块、营养液元素检测与统计模块、建模分析服务器、补充控制模块和显示终端；

所述数据预处理模块分别与空气湿度采集模块、空气温度采集模块、二氧化碳浓度采集模块、数据库和建模分析服务器连接，建模分析服务器分别与营养液元素检测与统计模块、光照强度统计模块、营养液高度检测模块、补充控制模块和显示终端连接，数据库分别与营养液元素检测与统计模块和光照强度统计模块连接；

所述空气湿度采集模块为湿度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气湿度，并将检测到的农业大棚内空气的湿度发送至数据预处理模块；

所述空气温度采集模块为温度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的空气温度，并将检测到的农业大棚内空气的温度发送至数据预处理模块；

所述二氧化碳浓度采集模块为二氧化碳浓度传感器，安装在农业大棚内，用于实时检测农业大棚内的二氧化碳浓度，并将检测到的农业大棚内空气的二氧化碳浓度发送至数据预处理模块；

所述营养液高度检测模块为高清摄像头，安装在农业大棚内，用于检测农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，并将检测到的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度发送至建模分析服务器；

所述数据库用于存储农业大棚内标准环境参数值，存储营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，存储不同光照强度E对应的不同光照强度范围以及不同光照强度等级对应的生长影响系数分别为各光照强度等级对应的照射时间阈值分别为E＝1,2,3,4,5,存储各个水培箱底面积，并营养液补充比例系数阈值；

所述数据预处理模块接收空气湿度采集模块发送的农业大棚内空气的湿度，接收空气温度采集模块发送的农业大棚内空气的温度，接收二氧化碳浓度采集模块发送的农业大棚内空气的二氧化碳浓度，对接收的农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，根据设定的时间间隔值，按照采集时间段进行划分，可划分为多个采集时间段参数，将划分的多个采集时间段参数按照采集时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,u，构成每天的采集时间段参数集合A_w(a_w1,a_w2,...,a_wt,...,a_wu)，a_wt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p1,p2,p3分别表示为农业大棚内空气的温度、湿度和二氧化碳浓度，数据预处理模块将每天的采集时间段参数集合发送至建模分析服务器；

所述光照强度统计模块用于实时检测各水培箱内果菜所受的光照强度，提取数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围，将采集的光照强度与数据库中存储的各光照强度等级对应的光照强度范围进行对比,提取该光照强度对应的光照强度等级,并统计各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间,将提取的各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间发送至建模分析服务器；

所述营养液元素检测与统计模块包括离子检测仪，用于实时检测各水培箱内营养液的各元素浓度，提取数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值，并将检测的各水培箱内营养液的各元素浓度与数据库中存储的营养液内各元素浓度对应的标准浓度值进行对比，获得各水培箱内营养液内各元素浓度差，并将获得的各水培箱内营养液的各元素浓度差按照检测的时间先后顺序发送至建模分析服务器；

所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的采集时间段集合，并将每天各采集时间段对应的环境参数值与数据库中存储的农业大棚内标准环境参数值进行对比，获得采集时间段对比参数集合A′_w(a′_w1,a′_w2,…,a′_wt,…,a′_wu)，a′_wt表示为在第t个采集时间段内农业大棚内第w个环境参数值与农业大棚内标准环境参数值之间的差值；

建模分析服务器接收营养液高度检测模块发送的农业大棚内各个水培箱内营养液的高度，提取数据库中存储的各个水培箱底面积，以统计各个水培箱内营养液的体积，提取数据库中存储的水培箱标准营养液体积，将各个水培箱按照预设的顺序依次标记为1,2,...,i,...,g,并将统计的各个水培箱内营养液的体积与数据库中存储的水培箱标准营养液体积进行对比，获得初始体积差，构成水培箱营养液初始体积差集合V(v1,v2,...,vi,...,vg)，vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，以固定时间间隔，将水培箱营养液初始体积差集合与固定时间间隔后对应的水培箱营养液体积差集合中对应的体积差进行对比，获得相对体积差，并将获得的相对体积差构成水培箱营养液相对体积差集合V′(v′1,v′2,...,v′i,…,v′g)，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值；

建模分析服务器接收营养液元素检测与统计模块发送的各水培箱内营养液的各元素浓度差，按照预设的顺序，将营养液内各元素依次标记为1,2,...,r,...,m，将接收的各水培箱内营养液的各元素浓度差构成营养液元素浓度差集合B_r(b_ir1,b_ir2,...,b_irt,...,b_iru)，b_irt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差；

建模分析服务器根据各水培箱内果菜在各光照强度等级下的照射时间以及每天的采集时间段对比参数集合，以统计果菜生长影响系数，根据水培箱营养液相对体积差集合以及营养液元素浓度差集合，以统计营养液补充比例系数，将营养液补充比例系数发送至补充控制模块，并将果菜生长影响系数发送至显示终端；

所述补充控制模块接受建模分析服务器发送的营养液补充比例系数，提取数据库中存储的营养液补充比例系数阈值，将营养液补充比例系数与数据库中存储的营养液补充比例系数阈值进行对比，若营养液补充比例系数大于营养液补充比例系数阈值，则控制供液管由关闭状态切换成打开状态，并提取数据库中存储的固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，补充控制模块根据营养液补充比例系数以及固定营养液补充比例系数R对应的补充营养液的量U，以统计营养液补充量，若营养液补充比例系数小于营养液补充比例系数阈值，则不补充营养液，当供液管供给的营养液的量达到统计的营养液补充量，补充控制模块则控制供液管由打开状态切换成关闭状态，并将营养液补充量发送至显示终端；

所述显示终端用于接收建模分析服务器发送的果菜生长影响系数和补充控制模块发送的营业液补充量，并将果菜生长影响系数和营养液补充量分别进行显示；

所述营养液补充比例系数的计算公式为vi表示为第i个水培箱营养液对应的初始体积差，v′i表示为第i个水培箱营养液初始体积差与固定时间间隔后第i个水培箱营养液体积差之间的差值，b_irt表示为在t个时间段内第i个水培箱营养液内第r个元素浓度差，e表示为自然数，等于2.718；

所述营养液补充量计算公式为R表示为固定营养液补充比例系数，U表示为固定营养液补充比例系数对应的补充营养液的量；

所述果菜生长影响的系数的计算公式为表示为第E个光照强度等级对应的生长影响系数,E等于1,2,3,4,5,Y_Ei表示为第i个水培箱内果菜在第E个光照强度等级下对应的照射时间，表示为第E个光照强度等级对应的照射时间阈值,a_p1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′_p1t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度与农业大棚内标准空气温度的差值，a_p2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′_p2t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气湿度与农业大棚内标准空气湿度的差值，a_p3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气温度，a′_p3t表示为在t个采集时间段内农业大棚内的空气二氧化碳浓度与农业大棚内标准空气二氧化碳浓度的差值。