基于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.pdf

基于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化 控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 陳維榕 李莉婕 趙澤英 韓 威 鄒 瑋 趙晨潔 貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所 貴州 貴陽(yáng) 550006 摘 要 水肥一體化技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的重要技術(shù)之一 改進(jìn)與優(yōu)化水肥一體化控制系 統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)高效的水肥作業(yè)控制 對(duì)推進(jìn)水肥一體技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展具有積極意義 為提升水肥一 體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)效 促進(jìn)其推廣提供技術(shù)支撐 在現(xiàn)行的水肥一體化設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)上 通過(guò)建立云邊端協(xié)同 的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 并合理配置模糊控制 模型控制和優(yōu)化控制3種控制策略 結(jié)合數(shù)據(jù)的流式處理技術(shù) 開(kāi)發(fā)基 于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分傳感器 生長(zhǎng)環(huán)境氣象站 水泵 施 肥泵 流量計(jì) 變頻器 田間灌溉電池閥等設(shè)施設(shè)備的集中管控 并通過(guò)不同控制策略的模塊化部署 對(duì)相 關(guān)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行智慧管控 極大提高水肥一體化設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行效率 關(guān)鍵詞 水肥一體 云計(jì)算 邊緣計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 控制策略 智慧農(nóng)業(yè) 中圖分類(lèi) 號(hào) S224 21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí) 碼 A 文章編 號(hào) 1004 8421 2024 11 0287 0058 06 水肥一體化技術(shù)是涉及農(nóng)田灌溉 作物 栽培和土壤耕作等多方面的綜合性現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 新技術(shù)之一 其借助外部壓力系統(tǒng) 或地形 自然落差 將可溶性固體肥料或液體肥料 根據(jù)作物需肥規(guī)律特點(diǎn)與水均勻混合 通過(guò) 可控管道系統(tǒng) 均勻 穩(wěn)定 定量輸送到作 物根系生長(zhǎng)區(qū)域 將灌溉與施肥融為一體 實(shí) 現(xiàn)科學(xué)種植和可控化管理 可滿足不同作物 在其不同生長(zhǎng)階段對(duì)水肥的精準(zhǔn)需求 提升 作物品質(zhì)和產(chǎn)量 同時(shí)提高肥料和水的利用 率 具有節(jié)水 節(jié)肥 省工 高效等優(yōu)點(diǎn) 在 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī) 信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展 水肥一體化技術(shù)得到 一定的創(chuàng)新發(fā)展 如基于無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng) 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)的果園水肥一體化控制系統(tǒng) 可按果樹(shù)所需養(yǎng)分和水分定量定點(diǎn)精確施肥 和灌溉 已在貴州多個(gè)果樹(shù)種植基地進(jìn)行多 年的應(yīng)用示范 1 水肥管理模型是水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的 基礎(chǔ) 為進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù) 提升模型精度 與設(shè)備的響應(yīng)速度 對(duì)水肥一體化設(shè)施設(shè)備 實(shí)現(xiàn)更高效精準(zhǔn)的控制 對(duì)水肥一體化控制 系統(tǒng)涉及的設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)性能提出更高要求 云邊端技術(shù)是通過(guò)將云計(jì)算與邊緣計(jì)算緊密 結(jié)合 合理分配云計(jì)算與邊緣計(jì)算任務(wù) 共同 完成復(fù)雜計(jì)算任務(wù)和任務(wù)調(diào)度 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 實(shí)時(shí)處理和分析 更好地響應(yīng)用戶需求 其 已在智慧交通 智慧城市 智慧能源等 2 3 領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 基于其技術(shù)優(yōu)勢(shì) 探索云邊端 技術(shù)與水肥一體化技術(shù)的結(jié)合 綜合應(yīng)用云 計(jì)算 邊緣計(jì)算 人工智能 大數(shù)據(jù) 物聯(lián) 網(wǎng)等技術(shù) 在水肥一體化設(shè)施運(yùn)行控制中實(shí) 現(xiàn)云邊端協(xié)同 對(duì)進(jìn)一步提升水肥一體化技 術(shù)的應(yīng)用效果具有積極意義 因此 依托貴 州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所智慧農(nóng)業(yè)基地水肥 一體化設(shè)施 借鑒前人研究 設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)基于 云邊端技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng) 為提升 水肥一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)效 促進(jìn)其推廣應(yīng)用 提供技術(shù)支撐 1 總體架構(gòu) 根據(jù)水肥一體化設(shè)施的運(yùn)行邏輯 設(shè)計(jì) 收稿日期 2024 01 02 基金項(xiàng)目 貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目 貴州數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)研究創(chuàng)新能力建設(shè) 黔科合院所創(chuàng)能 2011 4001 作者簡(jiǎn)介 陳維榕 1987 女 助理研究員 從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究 E mail 515239705 通信作者 趙澤英 1975 男 研究員 從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究 E mail zeyingzhao 農(nóng)技服務(wù) 2024 41 11 58 63 投稿網(wǎng)址 如圖1所示的控制系統(tǒng)總體架構(gòu) 其中 按 種植作物不同生長(zhǎng)期對(duì)水分和養(yǎng)分的需求構(gòu) 建作物生長(zhǎng)模型 為制定水肥配方提供依據(jù) 根據(jù)水肥配方建立相應(yīng)的控制任務(wù) 精確開(kāi) 啟灌溉與施肥設(shè)備進(jìn)行灌溉與施肥 同時(shí)將 控制過(guò)程中的環(huán)境數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 傳輸至邊緣服務(wù)器進(jìn)行分析 必要時(shí)同步傳 輸至云服務(wù)器 由后者協(xié)助邊緣服務(wù)器進(jìn)行 分析 通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果適時(shí)停止灌溉與施 肥作業(yè) 選擇灌溉模式 作物生長(zhǎng)水分 養(yǎng)分需求配方 作物生長(zhǎng)模型 選擇灌溉區(qū)生成灌溉控制任務(wù) 打開(kāi)變頻水泵 打開(kāi)當(dāng)前需要灌溉區(qū)域的分電磁閥 土壤相關(guān)傳感器 設(shè)備相關(guān)傳感器 灌溉 反饋數(shù)據(jù)到邊緣服務(wù)器 所有區(qū)域是否 灌溉完成 同步數(shù)據(jù)到云端服務(wù)器 關(guān)閉當(dāng)前灌溉區(qū) 關(guān)閉系統(tǒng) 圖 1 基于云邊端協(xié)同的水肥一體化控制系統(tǒng)總體架構(gòu) 2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算架構(gòu) 其將 由中心服務(wù)器負(fù)責(zé)的任務(wù)加以分解 并分發(fā) 至網(wǎng)絡(luò)的邊緣端 由邊緣端負(fù)責(zé)運(yùn)算 因而能 降低數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間 減小傳輸延遲 但邊 緣端受邊緣終端計(jì)算能力的限制 計(jì)算能力 有限 對(duì)于復(fù)雜計(jì)算存在無(wú)法計(jì)算或計(jì)算時(shí) 間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題 云計(jì)算可將大型計(jì)算任務(wù)置 于云端處理 但對(duì)需要低延遲的應(yīng)用可能受 網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸制約而影響響應(yīng)速度 針對(duì)邊 緣計(jì)算與云計(jì)算存在的不足 云邊協(xié)同將二 者有機(jī)結(jié)合 通過(guò)合理分配云計(jì)算與邊緣計(jì) 算的任務(wù) 在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的下沉 將云計(jì)算擴(kuò)展到邊緣計(jì)算端 將復(fù)雜的計(jì)算 模型 如預(yù)測(cè)控制和優(yōu)化控制所需的計(jì)算任 務(wù)置于云端處理 同時(shí)將模糊控制集成于邊 緣服務(wù)器 以解決邊緣服務(wù)器計(jì)算能力弱的 問(wèn)題 4 6 基于此 構(gòu)建 云 邊 端 的三級(jí) 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 其中 云 包括云服務(wù)器或?qū)嶓w 服務(wù)器 負(fù)責(zé)復(fù)雜的水肥管控策略計(jì)算 管 控計(jì)劃配置及任務(wù)生成 水肥設(shè)備操作日志 及環(huán)境數(shù)據(jù)匯總與分析 邊 為實(shí)體服務(wù)器 負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的水肥管控計(jì)劃配置及任務(wù)生成 以及設(shè)備連接 管控與數(shù)據(jù)采集 并能與云 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步 端 為PLC 可編程 邏輯控制器 組態(tài)屏 負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的水肥管控 策略配置與執(zhí)行 以及與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互 圖2 云服務(wù)器 互聯(lián)網(wǎng) 無(wú)線 4G 5G 路由器1 n 邊服務(wù)器 局域網(wǎng) 控制器 1 n 組態(tài)屏 設(shè)備1 n 網(wǎng)關(guān)1 n 傳感器1 n 圖 2 基于云邊端協(xié)同的水肥一體化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 另外 為保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全 根據(jù) 管 理 分析 決策 處置一體化 的建設(shè)理念 將云服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)控制端的安全資源集成于 統(tǒng)一的安全解決方案中 通過(guò)統(tǒng)一的管理平 臺(tái)對(duì)傳感器 控制設(shè)備 云服務(wù)器 邊服務(wù) 器等配置相應(yīng)的安全資源 安全策略和安全 邊界 按需部署在云邊端的安全資源上 統(tǒng)一 全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)和終端的網(wǎng)絡(luò)安全性能 降低策 略配置錯(cuò)誤引發(fā)的沖突和冗余 實(shí)現(xiàn)安全風(fēng) 險(xiǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè) 威脅主動(dòng)研判 智能全局 防控 11 期陳維榕 等 基于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 59 3 數(shù)據(jù)處理 云邊端協(xié)同的水肥一體化控制系統(tǒng)架構(gòu) 涉及邊緣傳感器采集數(shù)據(jù)的處理 數(shù)據(jù)安全 性 灌溉電磁閥控制的自動(dòng)化 智能化 高 可用性和可擴(kuò)展性等 需處理的數(shù)據(jù)類(lèi)型包 括環(huán)境傳感器數(shù)據(jù) 植株生長(zhǎng)數(shù)據(jù) 設(shè)備傳 感器數(shù)據(jù) 其中 環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)包括土壤 溫濕度 空氣溫濕度 降雨量 蒸發(fā)量等 是水肥一體化技術(shù)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù) 植株生長(zhǎng) 數(shù)據(jù)包括作物生長(zhǎng)周期 作物不同生長(zhǎng)期的 需水量和需水時(shí)間 設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)包括流 量 灌溉時(shí)長(zhǎng) 水池水深 水泵狀態(tài) 田間 電磁閥狀態(tài)等 是保障水肥一體化系統(tǒng)供水 的關(guān)鍵因子 由于控制設(shè)備須實(shí)時(shí)響應(yīng)下達(dá) 的灌溉與施肥任務(wù) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流在云邊端協(xié) 同架構(gòu)中至關(guān)重要 通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采取流式處 理技術(shù) 包括使用流式處理引擎和復(fù)雜事件 處理系統(tǒng) 以快速執(zhí)行控制任務(wù) 同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行轉(zhuǎn)化 清洗 聚合和挖掘 圖3 通過(guò)數(shù) 據(jù)分析 為長(zhǎng)期的水肥運(yùn)籌決策提供依據(jù) 土壤溫度1 土壤溫濕度 電流數(shù)據(jù) 電壓數(shù)據(jù) 電阻數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 數(shù)據(jù)清理數(shù)據(jù)分析 傳感器 土壤溫濕度 傳感器 空氣溫濕度 傳感器 空氣溫濕度 傳感器 土壤溫度n 土壤濕度1 土壤濕度n 空氣溫度1 空氣溫度n 空氣濕度1 空氣濕度n 土壤溫度 土壤濕度 空氣溫度 空氣濕度 聚合和挖掘有效數(shù)據(jù) 水泵控制策略 分區(qū)電磁閥控制策略 施肥泵控制策略 圖 3 基于云邊端協(xié)同的水肥一體化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程 4 系統(tǒng)控制 系統(tǒng)的控制策略包括模糊控制 模型控 制和優(yōu)化控制3種 可根據(jù)作物生長(zhǎng)環(huán)境的 動(dòng)態(tài)變化和作物實(shí)際水肥需求進(jìn)行選擇和優(yōu) 化 從而提高設(shè)備管控的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn) 定性 4 1 模糊控制 模糊控制是基于模糊邏輯的控制方法 可應(yīng)用于復(fù)雜的非線性系統(tǒng) 有研究表明 將模糊控制策略應(yīng)用于水肥一體化系統(tǒng)的水 分與肥液混合控制 可較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)水與提 質(zhì)的雙重改善 7 借鑒前人研究 通過(guò)將輸入 土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量和輸出量進(jìn)行模糊化處理 利用模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策 實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥 一體化系統(tǒng)的控制 圖4 4 2 模型預(yù)測(cè)控制 基于作物不同生長(zhǎng)期的水肥需求建立生 長(zhǎng)模型 是系統(tǒng)預(yù)測(cè)與控制的關(guān)鍵部分 基 于作物生長(zhǎng)模型 結(jié)合作物生長(zhǎng)環(huán)境與生長(zhǎng) 狀態(tài)建立動(dòng)態(tài)算法 根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)的 變化 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)和控制 通過(guò)持 續(xù)的預(yù)測(cè)和調(diào)整 可逐步優(yōu)化系統(tǒng)性能 及時(shí) 有效適應(yīng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的水肥需求變化 4 3 優(yōu)化控制 優(yōu)化控制是在模型預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上 對(duì)其 輸入1 土壤水分 輸入2 土壤溫度 輸入3 空氣溫度 水肥模糊控制器 輸出1 水泵啟停時(shí)間 輸出2 施肥泵啟停時(shí) 圖 4 水肥一體化系統(tǒng)的模糊控制過(guò)程 60 農(nóng) 技 服 務(wù) 每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的迭代求解優(yōu)化 通過(guò)反復(fù)的 預(yù)測(cè)和優(yōu)化求解得到最優(yōu)的水肥需求量 并 將其作為控制器參數(shù)輸出作用于水肥設(shè)備 優(yōu)化控制的求解耗時(shí)較長(zhǎng) 而控制器下達(dá)動(dòng) 作指令對(duì)實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng) 優(yōu)化控制無(wú)法兼 顧預(yù)測(cè)結(jié)果的精確度與快速執(zhí)行控制命令 是優(yōu)化控制目前的主要缺點(diǎn)之一 4 4 不同控制策略的性能比較與選擇 為選擇適宜的控制策略 對(duì)云邊端水肥 一體化控制系統(tǒng)在不同控制策略下進(jìn)行精準(zhǔn) 化作業(yè)的性能進(jìn)行驗(yàn)證 將模糊控制 模型 預(yù)測(cè)控制 優(yōu)化控制3種策略分別部署在邊 端服務(wù)器和云端服務(wù)器 在邊端進(jìn)行同一條 件的參數(shù)數(shù)據(jù)輸入 參考張繼飛等 8 在智慧 漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)部署中對(duì)傳輸時(shí) 長(zhǎng)的計(jì)算方法 考察不同控制策略在不同服 務(wù)器端的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng) 假設(shè)水肥一體化系統(tǒng)中邊端分區(qū)的供水 電磁閥部署在為M的正方形區(qū)域 L為水肥 一體化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的鏈路負(fù)載 P 為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的帶寬 為網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào) d為信號(hào)的輸送距離 采用能耗均衡調(diào)度 得 到輸出的信道模型M M L P d2 基于上式 設(shè)R為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆娮?為設(shè)備網(wǎng)絡(luò)吞吐量 T為設(shè)備電磁閥節(jié)點(diǎn)的鏈 路平均功耗 采用全網(wǎng)均衡控制方法 進(jìn)一步 得到系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷扵c Tc L P R T M 基于傳感節(jié)點(diǎn)部署 結(jié)合自適應(yīng)路由轉(zhuǎn) 發(fā)協(xié)議 設(shè)i為田間電磁閥節(jié)點(diǎn) q為設(shè)備多 脈沖響應(yīng)值 計(jì)算m階信道模型的反射特征 量 得出水肥一體化控制系統(tǒng)設(shè)備的信道傳 輸時(shí)延ti n ti n M i 1 q Tc i 利用貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所智慧農(nóng) 業(yè)基地火龍果種植試驗(yàn)數(shù)據(jù) 根據(jù)上述公式 計(jì)算得出 模糊控制策略在邊端響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)較 短 為0 09 s 較模型預(yù)測(cè)控制和優(yōu)化控制策 略在不同部署位置的平均響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)更短 表1 原因主要是模糊控制的計(jì)算簡(jiǎn)單 對(duì) 服務(wù)器性能要求低 網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)長(zhǎng)因此極大 縮短 因而模糊控制策略部署在邊端服務(wù)器 較云端更合適 模型預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制策略均 對(duì)服務(wù)器的計(jì)算能力要求較高 其在云端服 務(wù)器的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)較邊端服務(wù)器更短 分別相 差0 03 s和0 05 s 因而更適合部署在云端服 務(wù)器 表 1 不同控制策略下水肥一體化控制系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)長(zhǎng) 控制策略類(lèi)型部署位置平均響應(yīng)時(shí)長(zhǎng) s 模糊控制邊服務(wù)器0 09 云服務(wù)器0 16 模型預(yù)測(cè)控制邊服務(wù)器0 18 云服務(wù)器0 15 優(yōu)化控制邊服務(wù)器0 35 云服務(wù)器0 30 根據(jù)不同控制策略的性能表現(xiàn)與實(shí)際的 控制需求 對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的配置 其中 模糊 控制策略僅針對(duì)作物生長(zhǎng)土壤水分 土壤溫 度 空氣溫度3個(gè)參數(shù) 將各參數(shù)的5次有 效數(shù)據(jù)平差處理后作為模糊計(jì)算的數(shù)據(jù)輸入 與針對(duì)火龍果當(dāng)前生長(zhǎng)周期所設(shè)置的觸發(fā)水 泵或施肥泵啟停閾值進(jìn)行比較 生成水泵或 施肥泵啟停指令 模型控制策略基于火龍果 不同生長(zhǎng)周期對(duì)空氣溫濕度 光照強(qiáng)度 日 照時(shí)長(zhǎng) 土壤溫濕度 降雨量的要求 按各 因素在火龍果生長(zhǎng)周期中的影響因子權(quán)重 通過(guò)數(shù)據(jù)提取處理和計(jì)算分析后 計(jì)算觸發(fā) 水泵或施肥泵的啟停概率 并據(jù)此生成啟停 指令 優(yōu)化控制策略是在模糊控制策略基礎(chǔ) 上 除空氣溫濕度 光照強(qiáng)度 日照時(shí)長(zhǎng)等 輸入?yún)?shù)外 加入氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù) 對(duì)其每一個(gè) 時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代求解 計(jì)算觸發(fā)水泵 或施肥泵的啟停概率 并生成啟停指令 5 系統(tǒng)應(yīng)用 依托現(xiàn)行的水肥一體化設(shè)施設(shè)備 通過(guò) 11 期陳維榕 等 基于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 61 建立云邊端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架并配置相應(yīng)的控 制策略 開(kāi)發(fā)建立基于云邊端協(xié)同模式的水 肥一體化控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)在貴州省農(nóng)業(yè)科 技信息研究所智慧農(nóng)業(yè)基地開(kāi)展試驗(yàn)應(yīng)用 可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分傳感器 生長(zhǎng)環(huán)境氣象站 水泵 施肥泵 流量計(jì) 變頻器 田間灌溉 電池閥等設(shè)施設(shè)備的集中管控 并通過(guò)不同 控制策略的模塊化部署 對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行智 能控制 極大提高水肥一體化設(shè)備的運(yùn)行 效率 5 1 設(shè)備管理 對(duì)生產(chǎn)基地現(xiàn)有設(shè)備 根據(jù)其功能特點(diǎn) 分類(lèi)進(jìn)行管理 涉及設(shè)備的基礎(chǔ)信息與安裝 信息 如設(shè)備名稱 設(shè)備類(lèi)型 安裝位置 設(shè)備狀態(tài) 父級(jí)設(shè)備 子級(jí)設(shè)備 關(guān)聯(lián)設(shè)備 通訊協(xié)議 轉(zhuǎn)化規(guī)則等 圖5 圖 5 水肥一體化控制系統(tǒng)的設(shè)備管理頁(yè)面 5 2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè) 對(duì)在線設(shè)備可查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 可查看傳 感器設(shè)備當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù) 且可 對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí) 以便后期建模時(shí)進(jìn)行 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 同時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 進(jìn)一 步掌握生產(chǎn)基地的環(huán)境變化特征和趨勢(shì) 圖6 5 3 智慧控制 智慧控制主要結(jié)合生產(chǎn)基地種植的作物 生長(zhǎng)情況 環(huán)境信息 通過(guò)模糊控制 模型 控制和優(yōu)化控制3種不同策略對(duì)基地水泵 施肥泵 田間電磁閥進(jìn)行智能管控 實(shí)現(xiàn)基 地水肥灌溉無(wú)人化管理 必要時(shí)系統(tǒng)也提供 手動(dòng)管控 5 4 設(shè)備告警 對(duì)設(shè)備異常情況進(jìn)行告警提醒 包括設(shè) 備狀態(tài)異常和采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常告警 管理 員可對(duì)告警信息進(jìn)行響應(yīng) 執(zhí)行相應(yīng)控制任 務(wù) 經(jīng)處理的告警信息不再重復(fù)提醒 圖7 圖 6 水肥一體化控制系統(tǒng)的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 圖 7 水肥一體化控制系統(tǒng)的設(shè)備告警頁(yè)面 62 農(nóng) 技 服 務(wù) 6 小結(jié) 水肥一體化技術(shù)在我國(guó)于20世紀(jì)80年 代初步應(yīng)用 經(jīng)多年的研究與實(shí)踐 水肥一體 化技術(shù)已在我國(guó)果園生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 對(duì)果樹(shù)種植實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥提供了有效的技術(shù) 手段 精準(zhǔn)高效的水肥一體化作業(yè)控制是保 障水肥一體化技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵 對(duì)此 將云邊端協(xié)同技術(shù) 作物生長(zhǎng)模型與現(xiàn)行的 水肥一體化設(shè)施設(shè)備進(jìn)行有機(jī)結(jié)合 發(fā)揮不 同數(shù)據(jù)處理設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì) 并合理部署不 同的控制策略 可建立更為精準(zhǔn)高效的水肥 一體化控制系統(tǒng) 考慮到實(shí)際生產(chǎn)受各種因 素影響的復(fù)雜性 未來(lái)須進(jìn)一步根據(jù)現(xiàn)實(shí)生 產(chǎn)條件與需求 優(yōu)化不同控制策略的部署方 式 提高控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析的 性能與可靠性 提高水肥一體化作業(yè)的執(zhí)行 效率 同時(shí) 探索人工智能技術(shù)在水肥一體化 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 9 提高水肥一體化控制系 統(tǒng)的智能化水平 推進(jìn)水肥一體化技術(shù)的創(chuàng) 新發(fā)展 參 考 文 獻(xiàn) 陳維榕 王虎 彭志良 等 基于物聯(lián)網(wǎng)的果園水肥一 體化控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 J 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016 44 8 140 143 1 朱思峰 宋兆威 陳昊 等 智慧交通場(chǎng)景下云邊端協(xié) 同的多目標(biāo)優(yōu)化卸載決策 J 西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2024 51 3 63 75 2 肖靖 曾錦松 許佳慶 等 基于云邊端協(xié)同技術(shù)的電 力安全管控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 供用電 2023 40 5 44 52 3 徐尤華 熊傳玉 智慧農(nóng)業(yè)下的水肥一體機(jī)精準(zhǔn)化作 業(yè)研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2024 46 8 231 234 239 4 楊立杰 趙楠 潘彥鵬 等 面向裝備運(yùn)用的云邊端大 數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì) J 網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理 2023 42 S2 150 155 5 宋今 張河翔 云邊端融合的算網(wǎng)架構(gòu)在智慧園區(qū)中 的應(yīng)用研究 J 信息通信技術(shù)與政策 2024 50 2 55 62 6 胡偉強(qiáng) 基于模糊策略的水肥一體機(jī)控制可行性分 析 J 農(nóng)機(jī)化研究 2024 46 8 226 230 7 張繼飛 魏茂春 林超 智慧漁業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)物聯(lián)設(shè) 備安全監(jiān)控技術(shù) J 信息技術(shù) 2022 4 2 97 101 8 劉炳鑠 果園分布式水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) D 泰安 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 9 責(zé)任編輯 黃筑斌 11 期陳維榕 等 基于云邊端協(xié)同技術(shù)的水肥一體化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 63