桃园冻害的物联网监测及基于模糊PID技术的防控系统

作     者：陈昭 

作者单位：河南科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张平川;周文刚

授予年度：2023年

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0904[农学-植物保护] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：桃园物联网 环境信息监测 桃树冻害 冻害预测 模糊PID控制 精准防控 

摘      要：桃子因其独特的口感、香气、滋补功能而备受欢迎,桃子产业是培育农村集体经济、推进乡村振兴的重要组成内容。由于桃树在早春时期经常遭受严重的冻害,桃树的生长和发育受到极大的影响,使得桃子的产量大幅度下降,给桃子产业的可持续发展、果农的利润和我国乡村振兴战略的推动构成了巨大的挑战。现阶段的桃园冻害预测与冻害防控是在对气象数据的分析和判断,没有根据桃园具体环境的实时数据分析,因此会出现冻害防控不精准、不及时等问题。本文从实际需求出发,设计并研发了基于物联网的桃园环境信息监测系统,实现对桃园环境信息的精确感知和实时传输;分析影响桃树生长的环境及冻害因子,完善并确定了桃树冻害指标,使用局部加权回归散点平滑(Seasonal and Trend decomposition using Loess,STL)和差分整合移动平均自回归(Autoregressive Integrated Moving Average model,ARIMA),搭建了桃树冻害预测模型,实现了对桃园环境下桃树冻害的精准预测;通过模糊PID控制算法,完成冻害精准、及时防控。具体研究内容如下:(1)基于物联网的桃园冻害因子监测系统设计。分析明确了基于物联网的桃园环境信息监测系统的需求,设计了桃园物联网系统结构;利用5G、Wi-Fi、Lo Ra等多种数据传输方式,实现数据信息的可靠传输。(2)桃树冻害预测研究。利用STL方法分解桃树冻害影响因子的时间序列,预测了桃树冻害的易发时间段;搭建了基于ARIMA模型的冻害预测模型,实现了对桃树冻害时间的预测。(3)桃园冻害防控系统设计。在基于物联网的桃园环境信息监测系统和桃树冻害预测模型研究基础上,结合智能化控制和数据分析等技术,完成了桃园冻害防控系统的设计。通过实验,本系统能够准确的监测桃树冻害因子,预测桃园发生冻害时间,通过模糊PID算法决策控制喷灌井水,实现对桃树冻害的防控。