基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统技术领域
本发明涉及一种基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，属于农业机械的技术领域。
背景技术
农业信息化和智能化已经成为中国新农村建设的主要内容和发展方向，在农业集成化、土地规模化经营的今天，农业服务机械替代了越来越多的人工。对于拥有大规模农药喷洒机械的企业来说，如何管理和控制这些农用机械，是企业发展的重要问题。传统的管理模式主要采用人工方式，大部分的机械设备不提供通信接口或者提供的通信接口仅用于总线化通信，也就是说这些设备不具有或者不完全具有Internet接入和远程通信能力，在此基础上建立的监控系统较为粗放，只能实现本地化集中监控或者由人工负责现场看管；此种模式，很少顾及水、农药等的使用成本与效率，很少关注农业机械的具体作业状态，不利于精准农业的发展。
另一方面，对于拥有一定面积的农场主而言，通常选择使用农田服务外包模式，机械化带来巨大便利的同时，也带来了一些问题，如现有农业机械上所附着的通信技术不足以完成作业信息的共享，导致农场主无法直接参与到播种、农药喷洒、施肥等农业活动中。农场主如何借助智能手段实时关注到农作物的生长状况与外包服务的过程，也是制约现阶段智能农业机械管理系统发展的重要瓶颈。
具体到农药喷洒作业来说，必须考量作物、土壤、湿度、光照等因子的综合变化，才能找到科学合理的农药喷洒时间与方式，而现有的农药喷洒技术过多依赖经验习惯，尚没有智能化技术来支撑多因子综合考量后再决定施药作业的机制。
因此，现有的农药喷洒系统中，农药喷色直接应用在农用机械方面，对农业活动的指导远远不够，不能集成系统化控制管理，也无法实现精准农业的目标，农户也不能直观的了解农田状况与作业过程，也就是现有的农药喷洒系统效率低下，不便于信息的共享。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，解决现有的农药喷洒系统不能集成系统化控制管理、效率低下，不便于信息的共享的问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，包括：
基本信息采集模块，用于采集用户信息和服务区域农情站信息、服务区域气象站天气信息，及分别存储于构建的用户信息数据库、农情站信息数据库、气象站信息数据库中；
农田信息采集模块，包括设置于农田的传感器阵列，所述传感器阵列用于实时测量所在农田的温度、湿度及风速，并存储于实际农情信息数据库；
中央控制模块，用于根据服务区域农情站信息，并以预设农情信息为约束条件为每种预设农情信息配置用药时间和用药品种配比，以形成预设用药时间表和预设用药品种配比表；及将农田信息采集模块所获取实际农情信息数据库映射至预设用药品种配比表，获取每个实际农情信息所对应的用药品种配比；将农田信息采集模块所获取实际农情信息数据库映射至预设用药时间表，并结合服务区域气象站天气信息对用药时间段的用药效力分析判断，获取用药有效时间段；
数据发送模块，用于将中央控制模块获取的服务区域用药品种配比和用药有效时间段进行传输；
机械作业装置，包括GPS定位模块、液面传感模块、处理及执行模块；所述GPS定位模块用于获取机械的行驶信息；所述液面传感模块，用于获取所存储农药的实时液面高度；所述处理及执行模块，用于按照接收的服务区域用药品种配比和用药有效时间段，对服务区域农田执行农药喷洒作业，以及根据所获取机械行驶信息和实时液面高度计算获得农药喷洒量，和根据所述农药喷洒量计算获得农药剩余量；
数据接收模块，用于将接收的农药喷洒量和农药剩余量传输至中央控制模块，所述中央控制模块还用于将机械作业装置的农药喷洒量和农药剩余量进行显示。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：还包括用户终端，所述用户终端与数据发送模块或数据接收模块相连。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述服务区域实际气象信息包括雨情或风情数据。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述农田信息采集模块的传感器阵列还用于采集植株的生长信息及病虫害信息。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述机械作业装置中处理及执行模块还用于根据农药剩余量和用药有效时间段控制机械行驶速度。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明所提供的基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，能够为客户提供精细化、点对点的综合服务，也能够为关联地域内的用户提供基于气象、农情状况的施药信息；系统的作业专业性体现在多渠道采集相关信息后，经过中央控制模块进行分析处理，科学处理相关数据，选取出最科学合理的用药品种配比和用药有效时间段，并由智能化喷药机械实施精确作业，科学的确保农药方式、时间选择的准确性。
本系统可以改变现阶段农业机械管理的现状，原先粗放的管理模式被取代，取而代之的是一种基于液面传感与实时定位的智能监控模式，提示及时修正相关参数，确保作业质量。以及客户充分参与并分享整个智能作业过程，可以适时对农药喷洒过程进行监控，做到全时获取各类信息，确保作业质量，使得客户充分参与并分享整个智能作业过程。
附图说明
图1为本发明基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统的示意图。
图2为本发明实施例中无雨情对用药有效时间段选择影响的示意图。
图3为本发明实施例中有雨情且时刻点距离较远时对用药有效时间段选择影响的示意图。
图4为本发明实施例中有雨情且时刻点距离较近时对用药有效时间段选择影响的示意图。
图5为本发明实施例中均有雨情对用药有效时间段选择影响的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明设计了一种基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，系统包括基本信息采集模块、农田信息采集模块、中央控制模块、数据发送模块、机械作业装置、数据接收模块。其中，基本信息采集模块，用于采集用户信息和服务区域农情站信息、服务区域气象站天气信息，及分别存储于构建的用户信息数据库、农情站信息数据库、气象站信息数据库中，该服务区域气象站天气信息可以包括雨情或风情等数据。其中，基本信息采集模块采集用户信息有如下作用：记录下用户的智能用户终端信息，数据发送模块可以通过消息推送的方式将作业执行清单反馈至客户的智能终端；以及记录下用户的个人信息与付费信息，在智能终端收到推送的作业消息后，智能终端可以依据作业消息反馈的机械、农药的使用量用以结算资费。上述服务区域农情站信息主要包括作业区域内的农情专家推测信息，即在该区域该时段的预测用药时间与用药品种配比，以便后续中央控制模块中预设用药时间表和用药品种配比表的生成。
农田信息采集模块，主要包括设置于服务区域内农田的传感器阵列，由此形成信息采集点阵。所述传感器阵列用于实时测量所在农田的温度、湿度及风速，并存储于实际农情信息数据库。进一步地，还可以通过设置的传感器获取全时全域反映植株的生长状况信息及病虫害信息的情况。
中央控制模块，与基本信息采集模块、农田信息采集模块分别相连，主要用于根据服务区域农情站信息，并以预设农情信息为约束条件为每种预设农情信息配置用药时间和用药品种配比，以形成预设用药时间表和预设用药品种配比表；及将农田信息采集模块所获取实际农情信息数据库映射至预设用药品种配比表，获取每个实际农情信息所对应的用药品种配比；将农田信息采集模块所获取实际农情信息数据库映射至预设用药时间表，并结合服务区域气象站天气信息对用药时间段的用药效力分析判断，获取用药有效时间段。数据发送模块，与中央控制模块相连，用于将中央控制模块获取的服务区域用药品种配比和用药有效时间段进行传输。
机械作业装置，包括GPS定位模块、液面传感模块、处理及执行模块；所述GPS定位模块用于获取机械的行驶信息；所述液面传感模块，用于获取所存储农药的实时液面高度；所述处理及执行模块，包括喷洒的机械结构，用于按照接收的服务区域用药品种配比和用药有效时间段，对服务区域农田执行农药喷洒作业，以及根据所获取机械行驶信息和实时液面高度计算获得农药喷洒量，和根据所述农药喷洒量计算获得农药剩余量；
数据接收模块，与机械作业装置、中央控制模块分别相连，用于将接收的农药喷洒量和农药剩余量传输至中央控制模块，所述中央控制模块还用于将机械作业装置的农药喷洒量和农药剩余量进行显示。
由此，管理者可以对喷洒作业进行系统管理和控制，适时对农药喷洒过程进行监控，做到全时获取各类信息，确保作业质量，使得用户充分参与并分享整个智能作业过程。
本系统中核心部分在于中央控制模块的综合处理控制，在获取到每个实际农情信息所对应的用药品种配比后，为了用药时间段的精准确定，可以将实际农情带入预设的预设用药时间表分析，比较比如可以包括在长时间雨季的情况下，预设农药应改换用抗水型新型农药；在风速较大的情况下，农药的选择应改换用高黏附性的农药等分析过程。农药喷洒时间的选择是在预设用药时间表中，结合田间所测的实际农田信息数据，模拟生成不同喷洒时间所得的不同农药效力值，比较求得最优化的时间选择，以便后续机械作业装置生成作业执行清单。
若用药有效时间段如果选择不当，会使用药效力降低，甚至会导致药效全无，因此需要考虑到雨情、风情等会对用药效力形成直接影响。服务区域气象站天气信息对用药时间段的用药效力分析判断具体分析过程可以如下：
为定量分析天气因子对用药效力的影响，系统建立起用药有效时间段提取分析窗口，力求确定合理的用药有效时间段。以天气信息中，雨情对用药有效时间段选择的影响为例，首先建立窗口的坐标系，横轴代表时间，纵轴代表农药效力。曲线不断下降形成的区域代表农药发挥效力的区间（简称为效力区间）。假定农业专家所发布的一次用药时间段固定不变，本系统会比对农田信息采集模块的传感器阵列生成的数据，在用药区间内运行出合适的用药时间选取方案。
然后，结合雨情的具体情况进行判断。第一种情况，如图2所示，设定全服务区域无雨情的情况，其横坐标中a点代表预设用药时间表估测用药时间点，纵坐标代表农药效力，曲线不断下降形成的区域代表农药发挥效力的区间。因此，从a点开始至曲线最后到达横坐标的距离为估测用药时间段，由于该中情况下无雨情，农药效力最大，原先预设用药时间表所估测用药时间段即可提取确定为合适的用药有效时间段。
第二种情况，如图3所示，设定全服务区出现雨情，其横坐标中a点代表预设用药时间表估测用药时间点，服务区域气象站天气信息反映出b点时下雨，且ab两个时刻点距离较远。农药效力会在b点时受到部分影响，原先预设用药时间表所估测用药时间段需前移至a'点，此时效力区间不会因雨量消减，仍保持最大效力（虚线）。因此，提取a'点至曲线最后到达横坐标的距离确定为合适的用药有效时间段。
第三种情况，如图4所示，设定全服务区域出现雨情，其横坐标中a点代表预设用药时间表估测用药时间点，服务区域气象站天气信息反映出b点时下雨，且ab两个时刻点距离较近。农药效力会在b点时受到很大影响，原先预设用药时间表所估测用药时间段需前移至a'点，此时效力区间仍保持较大效力（虚线）。因此，提取a'点至曲线最后到达横坐标的距离确定为合适的用药有效时间段。
第四种情况，如图5所示，设定全服务区域有雨情，其横坐标中a点代表预设用药时间表估测用药时间点，使用普通农药，效力区间基本消失，因此无法提取获得用药有效时间段，或提示管理者需要选择新型抗水型农药，以保证在雨季依然发挥效力。
同时，系统亦可以建立起风情等其他因子对用药有效时间段判断的窗口，其原理如上述雨情分析过程。由此，中央控制模块就是在采集所得的温度、湿度、雨量等数据基础上，综合得出所喷农药得到的农药效力区间，通过比较选择最优化的喷洒时间段。
在此基础上，机械作业装置在确定用药品种配比和用药有效时间段后，生成作业执行清单，交由智能喷药机械对对应区域的农田进场作业。智能喷药机械上载有的液面传感器能够反映出每个作业瞬间的耗药量，GPS定位模块能够反映机械的行驶轨迹，行驶速度等行驶数据；这些数据能够实时的反映在机载显示屏上，当相关数据产生波动时，表明机械的喷洒速率并不一致，此时若不做出相应修改，会导致农药喷洒的不均匀。
机械作业装置依据行驶速率与液面传感器反应的瞬时消耗量可以计算出单位面积里面的喷洒农药量，通过作业执行清单内模拟计算得出的农药使用量。并根据所述农药喷洒量计算获得农药剩余量，所述机械作业装置中处理及执行模块还用于根据农药剩余量和用药有效时间段控制机械行驶速度，以稳定行驶速度及农药喷洒速度，再优化作业路线设计，进而确保整个服务区域的作业质量，由此实现均匀喷洒。同时，智能喷药机械作业数据能及时传输至中央控制模块，进而支撑用户信息反馈等功能。
系统进一步还包括用户终端，所述用户终端与数据发送模块或数据接收模块相连。中央服务器将得到的用户信息数据库、农情站信息数据库、气象站信息数据库、实际农情信息数据库、及用药品种配比和用药有效时间段、农药使用量等数据整合，发送至用户终端，实现信息共享。在智能终端收到推送的作业消息后，可以依据作业消息反馈的机械、农药的使用量用以结算资费。用户也可以通过终端反馈相应指令，使得用户充分参与并分享整个智能作业过程。
综上，本发明所提供的基于物联网的农药喷洒机械管理控制系统，可以选取出科学合理的用药品种配比和用药有效时间段，并由智能化喷药机械实施精确作业，科学的确保农药方式、时间选择的准确性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。