本發(fā)明涉及一種基于多源信息融合的大田水肥一體化智能管控系統(tǒng)及方法,屬于水肥一體化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水肥一體化微噴灌技術(shù)是將微噴灌與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。它是能將灌溉與施肥兩者充分結(jié)合在一起并從根本上節(jié)約灌溉用水、最大程度提高肥料利用率的實用方式。目前為了節(jié)省人工和節(jié)約灌溉水，提高肥料利用率，逐漸在大田開始應(yīng)用農(nóng)田水肥一體化系統(tǒng)，并且逐漸成為今后農(nóng)業(yè)大田生產(chǎn)的一種重要趨勢。但是在實際操作中多數(shù)應(yīng)用主要依靠使用者的栽培經(jīng)驗，即使有些農(nóng)田水肥一體化系統(tǒng)實現(xiàn)了一定程度的自動化，但仍然存在灌溉量、施肥量、灌溉和施肥的時機(jī)都不容易實現(xiàn)最優(yōu)化控制的問題。其中最主要的是，在實際應(yīng)用中由于無法結(jié)合未來天氣、農(nóng)田與環(huán)境數(shù)據(jù)和種植農(nóng)藝的情況，進(jìn)行綜合、有效、節(jié)水節(jié)電的進(jìn)行大田水肥一體化的施用決策。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利“智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)及控制方法”(201110034371.8)公開了實現(xiàn)澆灌系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水、遠(yuǎn)程控制、無人值守、自動報警、澆灌施肥指導(dǎo)等功能。中國發(fā)明專利“一種測墑灌溉水肥一體化智能控制系統(tǒng)及控制方法”(CN201510673554.2)，公開了由土壤墑情采集站、存儲有土壤墑情信息的中央控制單元和灌溉單元組成的裝置系統(tǒng)，并在控制系統(tǒng)中增設(shè)了光照強(qiáng)度檢測電路、空氣溫濕度檢測電路以及施肥單元。以上專利分別涉及水肥一體化管理的灌溉施肥環(huán)節(jié)、土壤溫濕度和農(nóng)田氣象數(shù)據(jù)的采集環(huán)節(jié)以及智能控制方法。但是上述專利均未涉及到結(jié)合天氣預(yù)報信息、專家決策系統(tǒng)和現(xiàn)場環(huán)境測試數(shù)據(jù)，因而不能做出準(zhǔn)確的灌溉施肥決策。并且以上專利均適用于液態(tài)肥料，對于大田施肥常用的顆粒肥而言增加了施肥的成本。

隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的提出，對水肥一體化智能預(yù)測灌溉的要求也逐漸提高，迫切需要一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)集天氣預(yù)報查詢、作物云計算平臺、農(nóng)田氣象實時采集、固態(tài)顆粒肥料快速溶解、母液實時監(jiān)測調(diào)控、灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測和灌溉施肥于一體的農(nóng)田水肥一體化的智能預(yù)測灌溉與施肥技術(shù)，這對提高水肥一體化效率和增加糧食產(chǎn)量有著重要現(xiàn)實的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)及方法，能夠提供天氣預(yù)報查詢、作物云計算平臺查詢、農(nóng)田氣象實時采集、固 態(tài)肥料快速溶解、母液實時監(jiān)測調(diào)控、灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測、在線故障檢測、灌溉施肥以及遠(yuǎn)程智能控制功能于一體的自動化控制系統(tǒng)。

一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)，包括天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)、氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)、云計算平臺、中央控制單元、灌溉施肥控制子系統(tǒng)和灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)。

所述的天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)可查詢未來幾天的天氣情況，是利用GPRS通訊模塊，通過國家氣象局提供的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)接口，從中國氣象網(wǎng)訪問中央氣象數(shù)據(jù)庫、查詢實時天氣預(yù)報，接收數(shù)據(jù)傳送到天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)總線將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元，為中央控制單元做出灌溉施肥決策提供實時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)。

所述的氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)包括氣象實時數(shù)據(jù)采集控制器、土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器。所述的實時數(shù)據(jù)采集控制器用于采集各個農(nóng)田實時氣象數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線傳送給中央控制單元，通過氣象監(jiān)測支架安裝在大田地表之上；所述的土壤水分傳感器是現(xiàn)有的現(xiàn)插現(xiàn)測型，可對表層和深層土壤進(jìn)行墑情的定點監(jiān)測和在線測量；所述的風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器均安裝在支撐架上通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線與實時數(shù)據(jù)采集控制器相連接，用于采集大田風(fēng)速、氣溫、光照和雨量的數(shù)據(jù)，并通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線將數(shù)據(jù)傳送到實時數(shù)據(jù)采集控制器。

所述的云計算平臺是計算和數(shù)據(jù)存儲處理兼顧的綜合云計算平臺，用于計算和存儲氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)和天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間的歷史數(shù)據(jù)，通過GPRS通訊模塊將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊，為灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策提供作物周年生長需水需肥量數(shù)據(jù)。

所述的中央控制單元用于運行智能預(yù)測灌溉施肥控制系統(tǒng)軟件，可執(zhí)行數(shù)據(jù)通訊處理、灌溉施肥智能決策、建立灌溉施肥數(shù)學(xué)模型及灌溉施肥狀態(tài)的故障診斷、錯誤處理；智能預(yù)測灌溉施肥控制系統(tǒng)軟件包括數(shù)據(jù)通訊及處理軟件模塊、灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊、灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊和自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊(智能預(yù)測灌溉施肥控制系統(tǒng)軟件可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程)。所述的數(shù)據(jù)通訊及處理軟件模塊可通過系統(tǒng)總線接收云計算平臺的數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)運算及處理分析，為灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)；所述的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊可根據(jù)云計算平臺傳送來的數(shù)據(jù)做出灌溉施肥的決策，具體決策包括：根據(jù)實時天氣和大田中土壤水分、風(fēng)速、氣溫、光照，結(jié)合天氣預(yù)報預(yù)測,依據(jù)云計算平臺中存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間，專家、種糧戶對作物周年生長施肥時間和灌溉施肥量做出決策，進(jìn)而 控制灌溉施肥時間和灌溉施肥量；所述的灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊可根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出的決策建立灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型，從而確定最優(yōu)化算法實現(xiàn)精量灌溉施肥；所述的自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊根據(jù)灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)反饋的信號檢測壓力傳感器、流量傳感器的真實示數(shù)，確定出現(xiàn)故障位置并進(jìn)行檢修，以保證管道中壓力和流量的正常。

所述的灌溉施肥控制子系統(tǒng)可根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊的決策來執(zhí)行灌溉施肥操作，包括灌溉施肥執(zhí)行單元和灌溉施肥控制器。

所述的灌溉施肥執(zhí)行單元包括精量配肥裝置和首部樞紐裝置。所述的精量施肥裝置包括精量排肥機(jī)構(gòu)和攪拌器，用于精量排肥和配置濃度可控的母液；所述的精量排肥機(jī)構(gòu)選用現(xiàn)有螺旋絞龍組裝成的排肥機(jī)構(gòu)；所述的攪拌器用于攪碎、溶解和過濾顆粒肥。所述的首部樞紐裝置可采用現(xiàn)有設(shè)備(如申請?zhí)枮?01610539657.4的一種移動式微噴灌水肥一體化綜合管理系統(tǒng)及其管控方法)；首部樞紐裝置包括主管道、水泵、逆止閥、壓力表、過濾器、電磁閥、母液罐、注肥泵、母液罐進(jìn)水管和母液罐出液管；首部樞紐裝置用于水源取水加壓，并為配置濃度可控母液提供清水，經(jīng)過濾處理，擔(dān)負(fù)著整個灌溉施肥系統(tǒng)的加壓、供水、過濾、量測任務(wù)；

所述的灌溉施肥控制器可根據(jù)傳感器模塊測得的數(shù)據(jù)來控制精量排肥機(jī)構(gòu)、注肥泵、攪拌器和電磁閥動作實現(xiàn)精量排肥和濃度可調(diào)控母液的配置；灌溉施肥控制器包括精量排肥機(jī)構(gòu)控制器、攪拌器控制器、注肥泵控制器、傳感器模塊以及系統(tǒng)人機(jī)交互模塊；所述的灌溉施肥控制器選用STM32型單片機(jī)；所述的傳感器模塊包括EC傳感器、PH傳感器、壓力傳感器和流量傳感器，并通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線與灌溉施肥控制器連接相互通訊；所述的EC傳感器和PH傳感器安裝在母液罐底部側(cè)面，用于檢測母液罐內(nèi)母液的EC值和PH值；所述的壓力傳感器安裝在主管道末端，用于檢測主管道的壓力；所述的流量傳感器分別安裝在母液罐進(jìn)水管、母液罐出液管和主管道上，用于檢測進(jìn)出母液罐和主管道的流量；所述的精量排肥機(jī)構(gòu)控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接精量排肥機(jī)構(gòu)，灌溉施肥控制器輸出信號控制精量排肥機(jī)構(gòu)動作；所述的攪拌器控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接攪拌器電機(jī)，灌溉施肥控制器輸出信號控制攪拌電機(jī)動作；所述的注肥泵控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接注肥泵，灌溉施肥控制器輸出信號調(diào)節(jié)注肥泵的輸出流量。所述的系統(tǒng)人機(jī)交互模塊可實現(xiàn)人機(jī)交互，便于專家和種糧戶將作物長勢隨時輸入到中央控制單元以使灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊作出決策，系統(tǒng)人機(jī)交互模塊包括電腦主機(jī)、液晶屏、鍵盤和鼠標(biāo)，所述的電腦主機(jī)用于安裝中央控制單元的各個軟件；所述的液晶屏、鍵盤和鼠標(biāo)均通過數(shù)據(jù)線與電腦主機(jī)連接。

所述的灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)用于實時檢測整個系統(tǒng)在灌溉施肥的過程中的狀態(tài)和故障并通過系統(tǒng)總線反饋到中央控制單元，中央控制單元的自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊再通過灌溉施肥控制子系統(tǒng)作出相應(yīng)的操作以及報警。

本發(fā)明一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：

1)天氣預(yù)報查詢接收工作：天氣預(yù)報查詢接收時，操作人員利用GPRS通訊模塊，通過國家氣象局提供的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)接口，從中國氣象網(wǎng)訪問中央氣象數(shù)據(jù)庫、查詢實時天氣預(yù)報，接收數(shù)據(jù)傳送到天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)總線將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元，為中央控制單元做出灌溉施肥決策提供實時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)。

2)氣象實時數(shù)據(jù)采集工作：氣象實時數(shù)據(jù)采集的過程中，土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線將采集的數(shù)據(jù)輸送到實時數(shù)據(jù)采集控制器中，實時數(shù)據(jù)采集控制器將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線傳送給中央控制單元，中央控制單元的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策。

3)灌溉施肥決策工作：灌溉施肥決策根據(jù)實時天氣和大田中土壤水分、風(fēng)速、氣溫、光照，結(jié)合天氣預(yù)報預(yù)測,依據(jù)云計算平臺中歷史存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間以及對作物長勢的現(xiàn)場描述，灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊將四種數(shù)據(jù)協(xié)同處理，優(yōu)化產(chǎn)生最佳的灌溉施肥決策，四種數(shù)據(jù)協(xié)同是采用ECA規(guī)則處理機(jī)制。

定義一個ECA規(guī)則是一個三元組，定義為R＝(E,C,A)。其中，E為激活該規(guī)則的事件；C為條件集，用以反映環(huán)境中的不同情況；A為操作集(或動作集合)。C在這里通稱為對象變量。對象變量是數(shù)據(jù)流中涉及的影響工作流路徑選擇的特性或參數(shù)，簡稱變量。變量以x_i來表示，變量集合記為X＝{x₁,x₂,…,x_k}。變量x_i的取值范圍為域，用符號D_i來表示。

定義X＝{x₁,x₂,x₃,x₄}；x₁為當(dāng)?shù)貙崟r氣象數(shù)據(jù)，x₂為農(nóng)作物生長的歷史數(shù)據(jù)，x₃為天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，x₄為作物長勢的現(xiàn)場描述數(shù)據(jù)。

D₁＝{傳感器檢測大田溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)}；

D₂＝{往年作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間的數(shù)據(jù)}；

D₃＝{天氣預(yù)報溫度、雨量、濕度、光照、風(fēng)速等數(shù)據(jù)}；

D₄＝{對農(nóng)作物的苗情、長勢、病蟲害等現(xiàn)場描述數(shù)據(jù)}；

A＝{精量排肥電機(jī)增速、精量排肥電機(jī)減速、注肥泵開、注肥泵關(guān)、電磁閥開、電磁閥關(guān)、攪拌電機(jī)開、攪拌電機(jī)關(guān)}

E＝{策略1，策略2，策略3}

策略1：灌溉：天氣正常，土壤濕度達(dá)到預(yù)設(shè)定下限值，開始灌溉；當(dāng)濕度達(dá)到作物生長適合的適度后，停止灌溉。

策略2：灌溉施肥：依據(jù)云計算平臺中歷史存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間以及對作物長勢的現(xiàn)場描述，進(jìn)行施肥量的控制，已到需要施肥時節(jié)，需要施肥，作物長勢不好，需要施肥，施肥是在灌溉的情況下進(jìn)行。

策略3：未來三天天氣預(yù)報的天氣情況，有雨且降水量滿足作物生長的需水量，不進(jìn)行灌溉，無雨或有雨但降水量不滿足作物生長的需水量，進(jìn)行灌溉。

近三年內(nèi)同一時間內(nèi)數(shù)據(jù)平均值溫度T0、濕度H0、光照強(qiáng)度L0、風(fēng)速V0；天氣預(yù)報數(shù)據(jù)溫度T2、風(fēng)速V2、濕度H2、光照強(qiáng)度L2、氣壓P2；測得的實時參數(shù)溫度T1、濕度H1、光照強(qiáng)度L1、風(fēng)速V1、氣壓P1。按照如下公式

對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中K₁為近三年內(nèi)同一天有雨雪等情況加權(quán)值(取值范圍1-10)，K₂為天氣預(yù)報有雨雪等情況加權(quán)值(取值范圍1-10)，K₃為歷史數(shù)據(jù)加權(quán)值(1-10)，K₄為天氣預(yù)報數(shù)據(jù)加權(quán)值(取值范圍1-10)。

設(shè)定判斷天氣突變的臨界值S0。

當(dāng)S<S0時，表示天氣正常，可進(jìn)行灌溉或者灌溉施肥。

當(dāng)S≥S0時，表示天氣突變，有雨雪的機(jī)率大，不進(jìn)行灌溉或者灌溉施肥。

4)灌溉施肥執(zhí)行工作：灌溉施肥執(zhí)行工作的過程中，先通過中央控制單元中的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策，灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊再根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出的決策建立灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型，從而確定最優(yōu)化算法實現(xiàn)精量灌溉施肥；中央控制單元將灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型通過系統(tǒng)總線傳送給灌溉施肥控制子系統(tǒng)，灌溉施肥控制子系統(tǒng)的灌溉施肥控制器控制精量排肥裝置和首部樞紐裝置完成具體的灌溉施肥操作。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明可以綜合考慮天氣預(yù)報、云計算平臺、氣象的實時采集以及作物生長過程中的長勢情況等因素，作出相對應(yīng)的灌溉施肥決策，準(zhǔn)確的做到精量灌溉和精量施肥。

2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度較高，工作效率高，移動方便，不受地域限制。

3)本發(fā)明可以實現(xiàn)溶解性能好的顆粒肥的水肥一體化比如尿素、氯化鉀、硝酸鉀等，大大降低了成本，拓展了水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍。

4)本發(fā)明可以自動配肥實現(xiàn)母液隨排隨配，提高了裝置工作的連續(xù)性，省時省力。

5)本發(fā)明有良好的人機(jī)交互界面，可以做到實時描述作物長勢，及時根據(jù)作物長勢進(jìn)行灌溉施肥。

6)本發(fā)明可以實時檢測灌溉施肥狀態(tài)，在線診斷故障，并及時的作出響應(yīng)。

附圖說明

圖1為基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)功能流程圖

圖3為基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)的原理框圖

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進(jìn)行進(jìn)一步的說明。本發(fā)明一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)，如圖1、2、3所示。智能預(yù)測灌溉施肥系統(tǒng)包括天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)、氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)、云計算平臺、中央控制單元、灌溉施肥控制子系統(tǒng)和灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)包括天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)、氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)、云計算平臺、中央控制單元、灌溉施肥控制子系統(tǒng)和灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)。

所述的天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)可查詢未來幾天的天氣情況，是利用GPRS通訊模塊，通過國家氣象局提供的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)接口，從中國氣象網(wǎng)訪問中央氣象數(shù)據(jù)庫、查詢實時天氣預(yù)報，接收數(shù)據(jù)傳送到天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)總線將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元，為中央控制單元做出灌溉施肥決策提供實時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)。

所述的氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)包括氣象實時數(shù)據(jù)采集控制器、土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器。所述的實時數(shù)據(jù)采集控制器用于采集各個農(nóng)田實時氣象數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線傳送給中央控制單元，通過氣象監(jiān)測支架安裝在大田地表之上；所述的土壤水分傳感器對表層和深層土壤進(jìn)行墑情的定點監(jiān)測和在線測量，安裝在地表下相應(yīng)的位置；所述的風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器均安裝在支撐架上通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線與實時數(shù)據(jù)采集控制器相連接，用于采集大田風(fēng)速、氣溫、光照和雨量的數(shù)據(jù)，并通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線將數(shù)據(jù)傳送到實時數(shù)據(jù)采集控制器。

所述的云計算平臺是計算和數(shù)據(jù)存儲處理兼顧的綜合云計算平臺，用于計算和存儲氣象實時數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)和天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間的歷史數(shù)據(jù)，通過GPRS通訊模塊將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊，為灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策提供作物周年生長需水需肥量數(shù)據(jù)。

所述的中央控制單元用于運行智能預(yù)測灌溉施肥控制系統(tǒng)軟件，可執(zhí)行數(shù)據(jù)通訊處理、灌溉施肥智能決策、建立灌溉施肥數(shù)學(xué)模型及灌溉施肥狀態(tài)的故障診斷、錯誤處理，系統(tǒng)軟 件包括數(shù)據(jù)通訊及處理軟件模塊、灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊、灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊和自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊。所述的數(shù)據(jù)通訊及處理軟件模塊可通過系統(tǒng)總線接收云計算平臺的數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)運算及處理分析，為灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)；所述的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊可根據(jù)云計算平臺傳送來的數(shù)據(jù)做出灌溉施肥的決策，具體決策包括：根據(jù)實時天氣和大田中土壤水分、風(fēng)速、氣溫、光照，結(jié)合天氣預(yù)報預(yù)測,依據(jù)云計算平臺中存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間，專家、種糧戶對作物周年生長施肥時間和灌溉施肥量做出決策，進(jìn)而控制灌溉施肥時間和灌溉施肥量；所述的灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊可根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出的決策建立灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型，從而確定最優(yōu)化算法實現(xiàn)精量灌溉施肥；所述的自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊可根據(jù)灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)反饋的信號做出相應(yīng)的操作，主要是通過壓力傳感器、流量傳感器來檢測管道中壓力和流量是否正常工作。

所述的灌溉施肥控制子系統(tǒng)可根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊的決策來執(zhí)行灌溉施肥操作，包括灌溉施肥執(zhí)行單元和灌溉施肥控制器。

所述的灌溉施肥執(zhí)行單元包括精量配肥裝置和首部樞紐裝置。所述的精量施肥裝置包括精量排肥機(jī)構(gòu)和攪拌器，用于精量排肥和配置濃度可控的母液；所述的精量排肥機(jī)構(gòu)是選用現(xiàn)有螺旋絞龍組裝成的排肥機(jī)構(gòu)；所述的攪拌器用于攪碎、溶解和過濾顆粒肥。所述的首部樞紐裝置用于水源取水加壓，并為配置濃度可控母液提供清水，經(jīng)過濾處理，擔(dān)負(fù)著整個灌溉施肥系統(tǒng)的加壓、供水、過濾、量測任務(wù)包括主管道、水泵、逆止閥、壓力表、過濾器、電磁閥、母液罐、注肥泵、母液罐進(jìn)水管和母液罐出液管。

所述的灌溉施肥控制器可根據(jù)傳感器模塊測得的數(shù)據(jù)來控制精量排肥機(jī)構(gòu)、注肥泵、攪拌器和電磁閥動作實現(xiàn)精量排肥和濃度可調(diào)控母液的配置，包括灌溉施肥控制器、精量排肥機(jī)構(gòu)控制器、攪拌器控制器、注肥泵控制器、傳感器模塊以及系統(tǒng)人機(jī)交互模塊。所述的灌溉施肥控制器選用STM32型單片機(jī)；所述的傳感器模塊通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線與灌溉施肥控制器連接相互通訊，包括EC傳感器、PH傳感器、壓力傳感器和流量傳感器，所述的EC傳感器和PH傳感器安裝在母液罐底部側(cè)面，用于檢測母液罐內(nèi)母液的EC值和PH值；所述的壓力傳感器安裝在主管道末端，用于檢測主管道的壓力；所述的流量傳感器分別安裝在母液罐進(jìn)水管、母液罐出液管和主管道上，用于檢測進(jìn)出母液罐和主管道的流量；所述的精量排肥機(jī)構(gòu)控制器一端連接灌溉施肥控制器另一端連接精量排肥機(jī)構(gòu)，灌溉施肥控制器輸出信號控制精量排肥機(jī)構(gòu)動作；所述的攪拌器控制器一端連接灌溉施肥控制器另一端連接攪拌器電機(jī)，灌溉施肥控制器輸出信號控制攪拌電機(jī)動作；所述的注肥泵控制器一端連接灌溉施肥控制器 另一端連接注肥泵，灌溉施肥控制器輸出信號調(diào)節(jié)注肥泵的輸出流量。所述的系統(tǒng)人機(jī)交互模塊可實現(xiàn)人機(jī)交互，便于專家和種糧戶將作物長勢隨時輸入到中央控制單元以使灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊作出決策，包括電腦主機(jī)、液晶屏、鍵盤和鼠標(biāo)，所述的電腦主機(jī)用于安裝中央控制單元的各個軟件；所述的液晶屏、鍵盤和鼠標(biāo)均通過數(shù)據(jù)線與電腦主機(jī)連接。

所述的灌溉施肥狀態(tài)監(jiān)測及在線故障檢測系統(tǒng)用于實時檢測整個系統(tǒng)在灌溉施肥的過程中的狀態(tài)和故障并通過系統(tǒng)總線反饋到中央控制單元，中央控制單元的自動化系統(tǒng)錯誤處理軟件模塊再通過灌溉施肥控制子系統(tǒng)作出相應(yīng)的操作以及報警。

本發(fā)明一種基于多源信息融合的農(nóng)田水肥一體化智能管控系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：

1)天氣預(yù)報查詢接收工作：天氣預(yù)報查詢接收時，操作人員利用GPRS通訊模塊，通過國家氣象局提供的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)接口，從中國氣象網(wǎng)訪問中央氣象數(shù)據(jù)庫、查詢實時天氣預(yù)報，接收數(shù)據(jù)傳送到天氣預(yù)報查詢接收子系統(tǒng)，再通過系統(tǒng)總線將數(shù)據(jù)傳送到中央控制單元，為中央控制單元做出灌溉施肥決策提供實時氣象預(yù)報數(shù)據(jù)。

2)氣象實時數(shù)據(jù)采集工作：氣象實時數(shù)據(jù)采集的過程中，土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器通過傳感器數(shù)據(jù)采集總線將采集的數(shù)據(jù)輸送到實時數(shù)據(jù)采集控制器中，實時數(shù)據(jù)采集控制器將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線傳送給中央控制單元，中央控制單元的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策。

3)灌溉施肥決策工作：灌溉施肥決策根據(jù)實時天氣和大田中土壤水分、風(fēng)速、氣溫、光照，結(jié)合天氣預(yù)報預(yù)測,依據(jù)云計算平臺中歷史存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間以及對作物長勢的現(xiàn)場描述，灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊將四種數(shù)據(jù)協(xié)同處理，優(yōu)化產(chǎn)生最佳的灌溉施肥決策，四種數(shù)據(jù)協(xié)同是采用ECA規(guī)則處理機(jī)制。

定義：一個ECA規(guī)則是一個三元組，定義為R＝(E,C,A)。其中，E為激活該規(guī)則的事件；C為條件集，用以反映環(huán)境中的不同情況；A為操作集(或動作集合)。C在這里通稱為對象變量。對象變量是數(shù)據(jù)流中涉及的影響工作流路徑選擇的特性或參數(shù)，簡稱變量。變量以x_i來表示，變量集合記為X＝{x₁,x₂,…,x_k}。變量x_i的取值范圍為域，用符號D_i來表示。

定義X＝{x₁,x₂,x₃,x₄}；x₁為當(dāng)?shù)貙崟r氣象數(shù)據(jù)，x₂為農(nóng)作物生長的歷史數(shù)據(jù)，x₃為天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，x₄為作物長勢的現(xiàn)場描述數(shù)據(jù)。

D₁＝{傳感器檢測大田溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)}；

D₂＝{往年作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間的數(shù)據(jù)}；

D₃＝{天氣預(yù)報溫度、雨量、濕度、光照、風(fēng)速等數(shù)據(jù)}；

D₄＝{對農(nóng)作物的苗情、長勢、病蟲害等現(xiàn)場描述數(shù)據(jù)}；

A＝{精量排肥電機(jī)增速、精量排肥電機(jī)減速、注肥泵開、注肥泵關(guān)、電磁閥開、電磁閥關(guān)、攪拌電機(jī)開、攪拌電機(jī)關(guān)}

E＝{策略1，策略2，策略3}

策略1：灌溉：天氣正常，土壤濕度達(dá)到預(yù)設(shè)定下限值，開始灌溉；當(dāng)濕度達(dá)到作物生長適合的適度后，停止灌溉。

策略2：灌溉施肥：依據(jù)云計算平臺中歷史存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間以及對作物長勢的現(xiàn)場描述，進(jìn)行施肥量的控制，已到需要施肥時節(jié)，需要施肥，作物長勢不好，需要施肥，施肥是在灌溉的情況下進(jìn)行。

策略3：未來三天天氣預(yù)報的天氣情況，有雨且降水量滿足作物生長的需水量，不進(jìn)行灌溉，無雨或有雨但降水量不滿足作物生長的需水量，進(jìn)行灌溉。

近三年內(nèi)同一時間內(nèi)數(shù)據(jù)平均值溫度T0、濕度H0、光照強(qiáng)度L0、風(fēng)速V0；天氣預(yù)報數(shù)據(jù)溫度T2、風(fēng)速V2、濕度H2、光照強(qiáng)度L2、氣壓P2；測得的實時參數(shù)溫度T1、濕度H1、光照強(qiáng)度L1、風(fēng)速V1、氣壓P1。按照如下公式

對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中K₁為近三年內(nèi)同一天有雨雪等情況加權(quán)值(取值范圍1-10)，K₂為天氣預(yù)報有雨雪等情況加權(quán)值(取值范圍1-10)，K₃為歷史數(shù)據(jù)加權(quán)值(1-10)，K₄為天氣預(yù)報數(shù)據(jù)加權(quán)值(取值范圍1-10)。

設(shè)定判斷天氣突變的臨界值S0。

當(dāng)S<S0時，表示天氣正常，可進(jìn)行灌溉或者灌溉施肥。

當(dāng)S≥S0時，表示天氣突變，有雨雪的機(jī)率大，不進(jìn)行灌溉或者灌溉施肥。

4)灌溉施肥執(zhí)行工作：灌溉施肥執(zhí)行工作的過程中，先通過中央控制單元中的灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出灌溉施肥決策，灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊再根據(jù)灌溉施肥智能決策專家系統(tǒng)軟件模塊做出的決策建立灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型，從而確定最優(yōu)化算法實現(xiàn)精量灌溉施肥；中央控制單元將灌溉施肥以及肥料母液動態(tài)調(diào)控數(shù)學(xué)模型通過系統(tǒng)總線傳送給灌溉施肥控制子系統(tǒng)，灌溉施肥控制子系統(tǒng)的灌溉施肥控制器控制精量排肥裝置和首部樞紐裝置完成具體的灌溉施肥操作。