基于大数据分析的智慧灌溉系统研究与实现
发布时间：2020-12-30 19:58
淡水资源短缺是世界范围内最严峻的问题之一。淡水资源主要消耗在农业生产过程中,而其中农田灌溉用水占较大比重。因此采用合理有效的节水灌溉措施,使用大数据分析技术展开智慧灌溉系统的研究工作,实现淡水资源合理利用是解决淡水资源供应短缺的关键。本文以都江堰现代化示范性灌区建设项目为背景,结合大数据分析技术和机器学习算法,开发了以实现灌区现代化为目标的智慧灌溉系统。本文将采集到的大量土壤墒情数据和气象数据用机器学习算法进行分析,分别用分类回归树、ARIMA、多元线性回归算法建立土壤墒情预测模型,预测未来3小时内的土壤墒情变化,通过误差分析比较模型预测结果,得出分类回归树算法的实际效果较好,并将其应用在智慧灌溉系统中。灌区内的田间电磁阀会根据预测模型自动调整,且系统中能自动生成灌溉预案,从而实现定时定量的自动灌溉。本文通过前期的需求分析及调研,将系统划分为田间设备管控、管道输水计量监控、灌溉数据展示、实时视频监控、系统综合管理和智慧灌溉分析六个模块。其中田间设备管控模块主要实现设备实时控制、定时控制、自动控制和设备状态监测;管道输水计量监控主要实现管道阀门的远程操作和运行参数的实时监测;灌溉数据展示...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据存储拓扑关系图
第五章智慧灌溉系统详细实现39第五章智慧灌溉系统详细实现智慧灌溉系统的详细实现一方面包括灌溉业务功能的实现，包括系统安全控制、设备管理、系统综合管理等；另一方面包括大数据分析的实现和应用，包括土壤墒情预测、灌溉用水量计算和灌溉决策。由于篇幅限制，下面将对部分具体功能点进行描述。5.1系统安全控制实现系统使用JSONWebToken实现token认证，保证单点登录从而实现系统安全控制。用户第一次登录时获取其用户名、密码和登录的IP地址，验证用户成功后生成token令牌并将用户权限等相关信息存储至Redis中，用户每次在系统提出访问请求都需要在请求头部中加上如下认证：Bearer+空格+token。服务器通过该请求头认证用户。用户过一段时间后访问系统时可直接从缓存中获取相关信息，而不需要再访问用户数据库。系统登录页面效果如图5-1所示。图5-1智慧灌溉平台登录页面效果图系统安全控制的部分服务层代码实现如下：@OverridepublicLoginResultPologin(StringloginName,Stringpassword,StringloginIp)throwsServiceException{try{StringMD5Password=DigestUtils.md5DigestAsHex(password.trim().getBytes());LoginUserPouserPo=cfgUserDao.login(loginName,MD5Password);if(userPo==null){thrownewServiceException("用户不存在");}
第五章智慧灌溉系统详细实现43例表示，如图5-2展示的是设备图层显示效果，其中点位信息表示设备，底层的浅色区域表示每块区域的种植作物，蓝色折线表示具体的管道。图5-2设备图层显示效果5.3设备实时控制实现智慧灌溉系统的一个核心功能点是设备的控制。一方面，远程控制设备，无需到现场手动操作设备是智能化的体现；另一方面，根据大数据分析结果，设置设备的自动启闭时间，实现设备智慧化调控。根据上一章的详细设计，将设备控制划分为实时控制、定时控制和自动控制。下面以闸门控制为例说明如何实现闸门自动化控制，其他设备控制方法类似，在此不作描述。灌区的闸门共计四个，其中有三类闸门使用同一个接口实现控制，另一个闸门单独控制。闸门控制模式可选恒定开度控制、恒定流量控制和恒定闸前水位控制，控制类型分为普通控制和紧急控制，控制类型用type表示，type设置为1表示普通控制，type设置为0表示紧急控制。闸门控制通过调用闸门外供接口实现，为了系统安全性，将拼接的JSON字符串进行加密等操作后再提供给前端调用，闸门控制的服务层代码如下：publicStringgateControl(Stringtype,GateControlVovo)throwsServiceException{try{StringBufferurl=newStringBuffer();url.append(gateUrl);Stringresult=null;JSONObjectjson=newJSONObject();json.put("token",gateToken);
【参考文献】：
期刊论文
[1]西北地区高效节水灌溉技术发展现状及对策[J]. 蔺宝军,张芮,高彦婷,张帅. 水利规划与设计. 2019(03)
[2]大型灌区智慧灌溉系统开发与应用[J]. 李增焕,毛崇华,杨铖,汪文超,吴志炎,崔远来,刘方平. 中国农村水利水电. 2019(02)
[3]区域高效节水灌溉发展水平综合评价研究——以内蒙古自治区为例[J]. 李俊. 水利技术监督. 2018(05)
[4]基于农业物联网的火龙果生长环境大数据分析[J]. 赵立安,李修华,周永华,马绍对,黄忠华,罗维钢. 节水灌溉. 2018(03)
[5]我国医疗行业大数据应用现状及政策建议[J]. 徐志祥,王莹. 中国卫生信息管理杂志. 2017(06)
[6]南疆棉田节水灌溉智能控制系统的研究与设计[J]. 花元涛,陈纪龙,喻彩丽,王兴鹏. 节水灌溉. 2017(12)
[7]基于大数据分析的农业气候与农作物产量变化研究[J]. 崔媛. 中国农业资源与区划. 2017(02)
[8]Spring Boot研究和应用[J]. 王永和,张劲松,邓安明,周智勋. 信息通信. 2016(10)
[9]通过大数据促进城市交通规划理论的变革[J]. 杨东援. 城市交通. 2016(03)
[10]智慧节水灌溉云系统的开发与应用[J]. 王建华,叶彪. 水电站机电技术. 2016(05)
硕士论文
[1]基于XMPP协议的分布式通信集群的关键技术的研究及实现[D]. 朱斌.北京邮电大学 2017
[2]2015年全国露地蔬菜农药施用大数据分析[D]. 罗巍.浙江大学 2016
本文编号：2948218
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据存储拓扑关系图
第五章智慧灌溉系统详细实现39第五章智慧灌溉系统详细实现智慧灌溉系统的详细实现一方面包括灌溉业务功能的实现，包括系统安全控制、设备管理、系统综合管理等；另一方面包括大数据分析的实现和应用，包括土壤墒情预测、灌溉用水量计算和灌溉决策。由于篇幅限制，下面将对部分具体功能点进行描述。5.1系统安全控制实现系统使用JSONWebToken实现token认证，保证单点登录从而实现系统安全控制。用户第一次登录时获取其用户名、密码和登录的IP地址，验证用户成功后生成token令牌并将用户权限等相关信息存储至Redis中，用户每次在系统提出访问请求都需要在请求头部中加上如下认证：Bearer+空格+token。服务器通过该请求头认证用户。用户过一段时间后访问系统时可直接从缓存中获取相关信息，而不需要再访问用户数据库。系统登录页面效果如图5-1所示。图5-1智慧灌溉平台登录页面效果图系统安全控制的部分服务层代码实现如下：@OverridepublicLoginResultPologin(StringloginName,Stringpassword,StringloginIp)throwsServiceException{try{StringMD5Password=DigestUtils.md5DigestAsHex(password.trim().getBytes());LoginUserPouserPo=cfgUserDao.login(loginName,MD5Password);if(userPo==null){thrownewServiceException("用户不存在");}
第五章智慧灌溉系统详细实现43例表示，如图5-2展示的是设备图层显示效果，其中点位信息表示设备，底层的浅色区域表示每块区域的种植作物，蓝色折线表示具体的管道。图5-2设备图层显示效果5.3设备实时控制实现智慧灌溉系统的一个核心功能点是设备的控制。一方面，远程控制设备，无需到现场手动操作设备是智能化的体现；另一方面，根据大数据分析结果，设置设备的自动启闭时间，实现设备智慧化调控。根据上一章的详细设计，将设备控制划分为实时控制、定时控制和自动控制。下面以闸门控制为例说明如何实现闸门自动化控制，其他设备控制方法类似，在此不作描述。灌区的闸门共计四个，其中有三类闸门使用同一个接口实现控制，另一个闸门单独控制。闸门控制模式可选恒定开度控制、恒定流量控制和恒定闸前水位控制，控制类型分为普通控制和紧急控制，控制类型用type表示，type设置为1表示普通控制，type设置为0表示紧急控制。闸门控制通过调用闸门外供接口实现，为了系统安全性，将拼接的JSON字符串进行加密等操作后再提供给前端调用，闸门控制的服务层代码如下：publicStringgateControl(Stringtype,GateControlVovo)throwsServiceException{try{StringBufferurl=newStringBuffer();url.append(gateUrl);Stringresult=null;JSONObjectjson=newJSONObject();json.put("token",gateToken);
【参考文献】：
期刊论文
[1]西北地区高效节水灌溉技术发展现状及对策[J]. 蔺宝军,张芮,高彦婷,张帅. 水利规划与设计. 2019(03)
[2]大型灌区智慧灌溉系统开发与应用[J]. 李增焕,毛崇华,杨铖,汪文超,吴志炎,崔远来,刘方平. 中国农村水利水电. 2019(02)
[3]区域高效节水灌溉发展水平综合评价研究——以内蒙古自治区为例[J]. 李俊. 水利技术监督. 2018(05)
[4]基于农业物联网的火龙果生长环境大数据分析[J]. 赵立安,李修华,周永华,马绍对,黄忠华,罗维钢. 节水灌溉. 2018(03)
[5]我国医疗行业大数据应用现状及政策建议[J]. 徐志祥,王莹. 中国卫生信息管理杂志. 2017(06)
[6]南疆棉田节水灌溉智能控制系统的研究与设计[J]. 花元涛,陈纪龙,喻彩丽,王兴鹏. 节水灌溉. 2017(12)
[7]基于大数据分析的农业气候与农作物产量变化研究[J]. 崔媛. 中国农业资源与区划. 2017(02)
[8]Spring Boot研究和应用[J]. 王永和,张劲松,邓安明,周智勋. 信息通信. 2016(10)
[9]通过大数据促进城市交通规划理论的变革[J]. 杨东援. 城市交通. 2016(03)
[10]智慧节水灌溉云系统的开发与应用[J]. 王建华,叶彪. 水电站机电技术. 2016(05)
硕士论文
[1]基于XMPP协议的分布式通信集群的关键技术的研究及实现[D]. 朱斌.北京邮电大学 2017
[2]2015年全国露地蔬菜农药施用大数据分析[D]. 罗巍.浙江大学 2016
本文编号：2948218
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