[发明专利]基于神经网络模型的农业精准施肥系统及施肥方法

说明书

技术领域

本发明涉及精准农业系统农田施肥技术领域，尤其是一种基于神经网络模型的农业精准施肥系统及施肥方法。

背景技术

传统的农业生产技术是以大地块作为管理单元进行的，上千亩大的地块内环境、土壤因素等差异很大，这样的生产技术会造成施与需的不均衡，无法充分发挥作物生长潜力，影响经济效益和生态效益。精准农业是基于全球卫星定位技术、现代信息管理技术、作物辅助决策支持技术和农业工程装备技术等集成组装起来的作物生产管理技术，将农田划为较小单元，以作物产量和生长环境条件的时空差异性为依据，对作物进行农业生产栽培管理，其精准在于，利用GPS、GIS、RS、DSS系统即时检测作物、农田、土壤参数，根据管理单元土壤特点和作物生长发育需要，制定生产处方图，以此进行播种、施肥、喷药、灌溉等投放管理。

精准施肥是精准农业技术中的核心内容，精准施肥的实施可以节约肥料，增加粮食产量，均衡土壤养分，技术是依据土壤养分状况、作物需肥规律和目标产量，调节施肥量、氮磷钾比例和施肥时期，以提高化肥利用率，最大限度地利用土地资源，以合理的肥料投入量获取最高产量和最大经济效益，保护农业生态环境和自然资源。精准施肥的重难点在于制定决策模型，由于目标产量很难估计准确，产量和土壤养分、施肥量以及其它影响因素间呈高度的非线性，现有传统的施肥模型与当前生产实践相互矛盾之处多,积累的大量数据难以指导生产实践。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种智能化程度强、具有较高的精度和鲁棒性的基于神经网络模型的农业精准施肥系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于神经网络模型的农业精准施肥系统，包括用于采集农田土壤参数的传感器数据采集模块，其输出端依次通过网关、数据传输模块与和中央处理器相连的数据库相连，中央处理器的输入输出端分别与RS遥感模块、GPS定位模块、GIS地理信息模块、DSS作物生长决策支持模块的输入输出端相连。

所述传感器数据采集模块由土壤温度传感器、土壤水分测量传感器和用于测量土壤中氮、磷、钾含量的土壤营养元素测定传感器组成。

所述传感器数据采集模块、RS遥感模块、GPS定位模块共同绑定在移动农田作业机械上。

所述数据传输模块采用GPRS无线网络模块。

所述中央处理器为后台计算机。

本发明的另一目的在于提供一种基于神经网络模型的农业精准施肥系统的施肥方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）由传感器数据采集模块采集待检测农田土壤的土壤参数，并通过网关、数据传输模块发送至数据库；

（2）中央处理器调用数据库中存储的土壤参数进行运算，先构建神经元结构模型，再选择激活函数，最后进行后向传播学习，得到训练目标，训练所获得的样本数据，得出基于后向传播学习的神经网络模型；

（3）在神经网络模型的基础上，运用GIS地理信息模块，并结合DSS作物生长决策支持模块提供的精准施肥决策，给出精准农业施肥方法。

在步骤（2）中，所述构建神经元结构模型是指，神经元i的输出yi为：

yi=F(Σj=1nwjxj-θi),i≠j]]>

其中，y_i是神经元i的输出，它与其它多个神经元通过权连接起来；x_j是网络输入，j=1,2,…,n；w_j为输入权重，j=1,2,…n；θ_i是神经元i的阀值，F为激活函数。

在步骤（2）中，所述选择激活函数是指，选用激活函数Sigmoid函数：