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专利号: 2025107742180
申请人: 广元兰顿农业科技发展有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:包括如下步骤:从土壤墒情传感器、气象站和植株图像采集设备获取多源异构数据,包括土壤湿度、养分含量、温度、降雨量和植株生长状态,再采用主成分分析法提取土壤墒情、气象条件和植株生长状态的关键特征,得到降维后的特征集;

根据特征集建立生长需求模型,再采用长短时记忆神经网络训练生长需求模型,输入土壤湿度、养分含量、气象条件和植株生长图像,输出各生长阶段的水肥需求量,得到生长需求预测结果;

当生长需求预测结果中水肥需求量超过预设阈值,则采用线性规划算法,输入水肥需求量、土壤墒情和气象条件,优化灌溉和施肥量,得到精准灌溉施肥方案;

根据精准灌溉施肥方案,采用区块链技术存储方案数据和传感器数据,输入灌溉施肥量、土壤墒情和气象记录,生成加密数据块,得到可信数据存储结果;

从可信数据存储结果获取加密数据块,采用边缘计算设备解密并分析数据,输入灌溉施肥方案和实时传感器数据,生成实时控制指令,得到协同控制指令集;

根据协同控制指令集,采用无线传感器网络传输指令至灌溉和施肥设备,输入控制指令和设备状态,执行精准水肥施用,得到水肥施用记录,再采用随机森林算法分析水肥利用效率,输入施用记录、土壤墒情和植株生长状态,判断水肥施用效果,得到优化调整参数;

根据优化调整参数,采用梯度下降算法更新生长需求模型参数,输入调整参数和实时特征集,优化模型预测精度,得到更新后的生长需求模型。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到降维后的特征集,具体包括:采用标准化方法对采集数据的土壤墒情、气象条件和植株生长数据进行预处理,得到标准化数据集;

通过主成分分析法对标准化数据集进行特征提取,得到关键特征集,当关键特征集的主成分贡献率低于预设阈值,则调整主成分分析的参数,重新提取关键特征,得到优化特征集;

根据优化特征集,采用K均值聚类算法对土壤墒情、气象条件和植株生长状态进行分组,得到特征分组结果,再计算各组内土壤墒情与植株生长状态的相关系数,得到相关性分析结果;

当相关性分析结果中相关系数低于预设阈值,则对分组结果进行重新聚类,得到更新分组结果,并生成降维后的特征集,确定最终特征集。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到生长需求预测结果,具体包括:获取土壤湿度、养分含量、气象条件和植株图像数据,通过传感器采集土壤和气象信息,采用高分辨率相机拍摄植株图像,得到输入数据集,再采用图像预处理技术对植株图像进行去噪和分割,得到第二图像数据集;

通过标准化处理土壤和气象数据,得到归一化数据集,根据归一化数据集和第二图像数据集,提取植株图像的纹理和颜色特征,结合土壤湿度和气象条件,构建多维特征向量,得到综合特征集;

采用长短时记忆神经网络训练生长需求模型,输入综合特征集,若训练集损失低于预设阈值,则停止训练,得到训练完成的模型;

通过训练完成的模型,输入实时采集的综合特征集,预测各生长阶段的水肥需求量,得到预测需求结果。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到精准灌溉施肥方案,具体包括:当水肥需求量超出预设阈值,则从预测结果中获取水肥需求量、土壤墒情和气象条件,确定输入数据集,再通过线性规划算法处理输入数据集,优化灌溉和施肥量,得到初步灌溉施肥方案;

根据初步灌溉施肥方案,结合土壤墒情和气象条件,判断方案是否满足精准灌溉施肥约束条件,得到调整后的灌溉施肥方案,当调整后的灌溉施肥方案满足约束条件,则采用时间序列分析算法,预测未来水肥需求变化趋势,得到需求预测数据;

根据需求预测数据,结合当前土壤墒情和气象条件,更新线性规划算法的输入参数,得到优化后的精准灌溉施肥方案;

根据优化后的精准灌溉施肥方案生成实时控制指令,输出到灌溉和施肥设备,确定执行方案,当执行方案运行后,采集土壤墒情和气象条件的实时数据,判断是否需调整水肥需求量,得到更新后的输入数据集。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到可信数据存储结果,具体包括:通过区块链技术,将方案数据记录与传感器数据结合,生成加密数据块,存储至分布式账本,得到可信数据存储结果,当加密数据块的存储时间戳晚于预设阈值,则通过智能合约触发数据验证,判断数据完整性,得到验证结果;

根据验证结果,采用决策树算法分析土壤墒情与气象记录的关联性,确定灌溉施肥调整参数,再通过区块链网络广播调整参数,获取分布式节点共识确认,得到最终灌溉施肥方案;

从最终灌溉施肥方案中提取关键参数,采用数据映射技术生成控制指令,输出至灌溉设备,得到执行结果。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到协同控制指令集,具体包括:从可信存储获取加密数据块,采用预设密钥验证数据完整性,若完整性通过,则确定加密数据块有效,通过边缘设备对有效加密数据块执行解密操作,采用AES算法解析数据结构,得到解密数据;

从解密数据中提取环境参数与作物参数,融合传感器数据,生成融合数据集,并根据融合数据集与预设灌溉施肥方案,采用决策树算法判断灌溉与施肥需求,确定实时控制参数;

根据实时控制参数,生成设备控制指令,若参数超出预设阈值,则调整指令优先级,得到控制指令集;

通过协同调度算法整合控制指令集,生成协同控制指令集,再从协同控制指令集中提取执行序列,输出至农业设备执行。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到水肥施用记录,具体包括:通过无线传感器网络采集环境参数与设备状态,生成传感器数据,当传感器数据超出预设阈值,则根据协同控制逻辑生成控制指令;

采用网络传输将控制指令发送至灌溉设备与施肥设备,确定指令接收状态,再根据指令执行情况,获取灌溉设备与施肥设备的运行数据,判断精准施用完成度;

通过运行数据与传感器数据对比,采用随机森林算法优化水肥管理策略,得到调整后的控制指令;

根据调整后的控制指令,执行新一轮精准水肥施用,生成施用记录,再从施用记录中提取关键参数,判断水肥管理效果,更新协同控制逻辑。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到优化调整参数,具体包括:获取水肥施用记录、土壤墒情数据和植株生长状态,整合为结构化数据集,包含施用水量数据、肥料施用量、土壤湿度变化和植株生长指标,得到预处理数据集;

再采用随机森林算法对预处理数据集进行训练,构建水肥利用效率预测模型,输入施用水量数据、肥料施用量、土壤湿度变化和植株生长指标,输出水肥利用效率预测值;

将水肥利用效率预测值与预设的水肥利用效率阈值进行对比,计算水肥利用效率与预设阈值的偏差,当偏差超过预设阈值,则标记为低效施用,得到施用效果判断结果;

根据施用效果判断结果,提取低效施用的记录,分析施用水量数据和肥料施用量的分布特征,得到施用量异常模式,再采用线性回归算法对施用量异常模式进行拟合,输入施用水量数据、肥料施用量和土壤湿度变化,输出调整后的施用量建议,得到初步优化参数;

根据初步优化参数,结合植株生长指标和土壤湿度变化,采用预设的规则库进行校正,当优化参数与规则库中生长指标的匹配度低于预设阈值,则调整参数值,得到最终优化调整参数;

通过最终优化调整参数,更新水肥施用记录,生成新的施用计划,输出到数据库,得到优化后的施用方案。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:得到更新后的生长需求模型,具体包括:通过实时采集系统获取实时特征集和调整参数,存储为标准化数据集,得到处理后的输入数据,再采用数据预处理模块对输入数据进行归一化和去噪处理,生成适合模型训练的特征集;

当特征集维度超过预设阈值,则通过主成分分析算法降维,得到压缩后的特征集,根据压缩后的特征集,采用梯度下降算法迭代更新生长需求模型参数,计算损失函数值,得到初步优化模型;

通过交叉验证方法评估初步优化模型的预测精度,计算精度评估指标,得到模型性能数据,当模型性能数据未达到预设阈值,则调整学习率并重新执行梯度下降算法,得到最终优化模型,并输出更新后的生长需求模型参数。

10.基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥决策系统,用于实现如权利要求1‑9任一项所述的基于物联网的中药材标准基地智能灌溉与施肥方法,其特征在于:包括:数据采集模块,从土壤墒情传感器、气象站和植株图像采集设备获取多源异构数据,包括土壤湿度、养分含量、温度、降雨量和植株生长状态;

预处理与特征提取模块,对采集的数据进行标准化处理,采用主成分分析法提取关键特征,降低数据维度并优化特征集;

生长需求预测模块,基于优化后的特征集,构建并训练生长需求模型,利用长短时记忆神经网络预测各生长阶段的水肥需求量,生成优化的水肥调度方案;

灌溉施肥方案生成模块,当预测的水肥需求量超过预设阈值时,采用线性规划算法优化灌溉和施肥量,结合土壤墒情和气象条件,生成精准灌溉施肥方案;

数据存储与验证模块,利用区块链技术存储灌溉施肥方案和传感器数据,生成加密数据块并存储至分布式账本,通过智能合约验证数据完整性;

实时控制与协同调度模块,从可信数据存储中获取加密数据块,通过边缘计算设备解密并分析数据,生成协同控制指令集,进行灌溉施肥设备的协同作业;

效率评估与优化模块,通过无线传感器网络传输控制指令至灌溉施肥设备,执行精准水肥施用,采用随机森林算法分析水肥利用效率,优化水肥施用方案;

模型更新模块,根据优化调整参数,采用梯度下降算法更新生长需求模型参数,优化模型预测精度。