基于iOS的便攜式多變量農(nóng)田數(shù)據(jù)監(jiān)控儀設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)農(nóng)田精細(xì)化管理的目的，采用了GIS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)處理、WiFi、ARM、蘋果公司iOS等技術(shù)。建立土壤溫度、濕度、光照強(qiáng)度、光合有效輻射、風(fēng)向風(fēng)速、雨量等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和數(shù)據(jù)模型建立，給出水分監(jiān)測探頭布設(shè)的方式，為農(nóng)田科學(xué)化精細(xì)生產(chǎn)管理提供可靠的、實(shí)時(shí)的保證。在農(nóng)田試驗(yàn)表明：此系統(tǒng)可達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：GIS；WiFi：ARM；節(jié)水增產(chǎn)

近年來，由于新疆農(nóng)田生產(chǎn)管理技術(shù)和管理模式停滯不前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理人員水平不一，農(nóng)情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息缺乏，資源不能合理利用和共享，使該區(qū)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。因此，隨著農(nóng)田膜下滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用，迫切需要提出與現(xiàn)有的節(jié)水灌溉設(shè)備、方式和灌溉技術(shù)等相配套的農(nóng)田生產(chǎn)檢測管理系統(tǒng)，以提升該區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)的管理技術(shù)和管理水平。目前國內(nèi)已開發(fā)的一些農(nóng)田生產(chǎn)管理系統(tǒng)產(chǎn)品，由于沒有解決農(nóng)田信息采集的空間變異、農(nóng)田灌溉、施肥等的智能診斷決策、渠系運(yùn)行管理知識(shí)模型構(gòu)建等瓶頸問題，使農(nóng)田生產(chǎn)管理系統(tǒng)產(chǎn)品缺乏實(shí)時(shí)性、時(shí)效性和有效性，與灌溉、施肥等自動(dòng)控制設(shè)備成為兩張皮，不能真正達(dá)到精準(zhǔn)控制灌溉、施肥的目的。本系統(tǒng)應(yīng)用地理信息、空間數(shù)據(jù)處理、WiFi、藍(lán)牙、ARM、iOS等技術(shù)，建立土壤墑情、溫度、PH值等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的分析處理和數(shù)據(jù)模型建立，研究水分監(jiān)測探頭布設(shè)的方式，為農(nóng)田生產(chǎn)管理系統(tǒng)的知識(shí)模型和決策模型的建立提供可靠的、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉、施肥、施藥診斷的綜合診斷決策。

1 設(shè)計(jì)原理
1．1 土地平整度
土地平整工程是土地開發(fā)整理項(xiàng)目的核心工程，目的是要達(dá)到便于機(jī)械化耕作，發(fā)揮機(jī)械效率，提高機(jī)耕質(zhì)量，灌水方便均勻，利于壓鹽、排水、改良土壤等，滿足作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)水分及土質(zhì)的需要。土地平整工程是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利化、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要條件，是建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的重要措施，內(nèi)容包括田塊優(yōu)化布局、田地平整及土壤改良等，其中田地平整是核心內(nèi)容。田地平整既要符合地面灌溉排水要求，又要便于耕作保水保肥和田間管理，要結(jié)合整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的地形、土地利用方式和水土保持方案等綜合考慮。平整后的田塊應(yīng)有利于作物的生長發(fā)育，有利于田間機(jī)械化作業(yè)，有利于水土保持，滿足灌溉排水要求和防風(fēng)要求，便于經(jīng)營管理。田面平整精度是田塊設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。
在進(jìn)行田塊設(shè)計(jì)時(shí)，可以用很多指標(biāo)來描述其屬性，如田塊的大小、方向、田面平整度、田面坡度等，其中田面平整度(用P表示)和田面坡度(用θ表示)可以用來表征田塊平整精度。田面平整度是指衡量田面起伏程度的指標(biāo)，通常用各測點(diǎn)到擬合平面垂直距離的標(biāo)準(zhǔn)差來表示，平整度的數(shù)值越小，說明田面起伏越小，田面越平整。田面坡度是指為了滿足田間灌溉的需要而設(shè)計(jì)的田面沿水流方向傾斜的角度。因此，農(nóng)田平整精度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心算法包括田面平整度算法和田面坡度算法。
假設(shè)土地平整后的擬合平面方程為：Z=AX+BY+C
已知有若干的樣本點(diǎn)，不妨設(shè)任意樣本點(diǎn)坐標(biāo)為：(Xi，Yi，Zi)
根據(jù)最小二乘法的思想，樣本點(diǎn)到擬合平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離最小，即達(dá)到最佳擬合的目的。因此，考慮求解該距離平方和M的最小值。計(jì)算公式如下：

假設(shè)土地平整后的擬合平面方程為：Z=AX+BY+C，則求解實(shí)際田面上的某測點(diǎn)到擬合平面垂直距離的計(jì)算公式為：

對(duì)所有求得的距離求平均值d，以標(biāo)準(zhǔn)差P(cm)作為衡量土地平整度的指標(biāo)。則：