本發明涉及馬鈴薯育種，具體涉及一種馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統。

背景技術：

1、馬鈴薯原原種是指用育種家種子、脫毒組培苗、試管薯移栽或扦插在防蟲網室、溫室等設施中，在嚴格隔離和精細管理條件下生產出的符合質量標準的小薯塊，它是馬鈴薯種薯繁育體系中的關鍵一環，具有純度高、脫毒率高、體積小、便于存儲及運輸等優點，原原種的生產對于保障馬鈴薯種薯的質量，提高馬鈴薯的產量和品質具有重要意義。

2、在馬鈴薯原原種的生產中，水、肥資源的配置尤為重要，傳統的控制系統會因為資源配置不均或調度不當，導致資源浪費或不足，進而影響生產效率，因此，如何根據植株的生長周期和營養需求，調整水、肥資源的供給量，并控制供給設備的參數，是我們要解決的問題。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

3、一種馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統，所述馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統包括環境監測模塊、作物生長監測模塊、施肥需求模塊、水肥供給控制模塊、設備狀態監測模塊以及反饋校正模塊；

4、所述環境監測模塊，通過部署的傳感器采集作物生長環境的環境參數，其中，環境參數包括溫度、土壤濕度和光照強度，為水肥供給決策提供依據，確保植株在最佳環境條件下生長；

5、所述作物生長監測模塊，通過圖像識別和傳感器技術監測作物的生長狀態，包括葉片顏色、高度和莖粗的生長指標，判斷作物的生長階段，為精準施肥提供數據支持；

6、所述施肥需求模塊，根據作物生長監測數據和環境監測數據，結合構建的馬鈴薯原原種的營養需求模型，預測馬鈴薯原原種的水、肥需求，實現精準施肥，避免肥料浪費和過量施肥對環境的污染；

7、所述水肥供給控制模塊，根據施肥需求模塊的水、肥需求預測結果，控制水肥供給設備的參數，確保水肥資源按需供給，滿足植株不同生長階段的營養需求；

8、所述設備狀態監測模塊，用于實時監測水肥供給設備的運行狀態和工作參數，及時發現設備故障和異常，確保水肥供給系統的穩定運行，并當環境監測數據、植株生長監測數據或設備狀態數據超出預設閾值時，發出報警信號，提醒工作人員及時采取措施，防止生產事故的發生；

9、所述反饋校正模塊，用于持續監測水肥供給的實際執行效果，并與預期目標對比，確定是否需進行修正，確保了長期運行中的穩定性和可靠性，逐步優化資源配置策略。

10、本發明技術方案的進一步改進在于：所述水肥供給控制模塊包括灌溉控制單元和施肥控制單元，其中，各單元間電信號連接；

11、所述灌溉控制單元，根據土壤濕度和馬鈴薯原原種的水、肥需求，控制灌溉設備的啟停、灌溉強度和頻率；

12、所述施肥控制單元，根據作物的生長狀態和馬鈴薯原原種的水、肥需求，集成智能施肥系統控制肥料的、施用量和施用時機。

13、本發明技術方案的進一步改進在于：所述環境監測模塊具體包括：

14、在馬鈴薯原原種的種植區域，部署多種類型的傳感器，以獲取馬鈴薯原原種生產的環境參數數據，其中，傳感器包括溫度傳感器、土壤濕度傳感器和光照強度傳感器；

15、傳感器將感知到的環境參數轉換為電信號，并通過通信線路傳輸到環境監測模塊的數據處理單元，數據處理單元對接收到的信號進行解碼和處理，將其轉換為可讀的環境參數數據；

16、環境監測模塊對采集到的環境參數數據進行預處理，去除異常值或錯誤數據，保證數據的準確性和可靠性，并將來自不同傳感器的數據進行匯總和整理，形成包含所有關鍵環境參數的完整的環境數據集，進而將整理后的數據存儲在云端服務器中，以便后續分析使用。

17、本發明技術方案的進一步改進在于：所述作物生長監測模塊具體包括：

18、部署圖像采集設備和傳感器對作物的生長狀態進行監測，其中，圖像采集設備為高分辨率攝像頭，傳感器為高度傳感器、莖粗傳感器和葉綠素含量傳感器，高分辨率攝像頭布局在田間，覆蓋整個種植區域，定期從多個角度拍攝作物的圖像，確保數據的全面性和準確性；

19、傳感器和攝像頭采集到的數據通過無線通信線路傳輸到作物生長監測模塊的數據處理單元，并對傳感器的電信號和圖像數據進行解碼和初步處理；

20、將來自不同傳感器的數據以及圖像數據進行匯總和整理，形成完整的生長數據集，并對采集到的圖像進行預處理，包括去噪、對比度調整等，以提高圖像質量，進而利用圖像處理技術將目標植株從背景中分離；

21、從生長數據集中提取作物的生長指標特征，包括葉片顏色、高度和莖粗，基于歷史作物生長數據分析馬鈴薯原原種的生長階段，包括苗期、生長期和開花期；

22、結合生長指標特征和決策樹模型，構建馬鈴薯原原種的生長階段模型，根據葉片顏色、高度和莖粗特征判斷植株當前所處的生長階段。

23、本發明技術方案的進一步改進在于：所述馬鈴薯原原種的生長階段模型的構建過程為：

24、基于對歷史作物生長數據的分析，標記出生長數據集中不同生長階段對應的生長指標特征，并將數據集劃分為訓練集和測試集；

25、選擇葉片顏色、高度和莖粗特征作為模型輸入，選擇決策樹模型作為構建馬鈴薯原原種的生長階段模型的工具，并使用訓練集對決策樹模型進行訓練，在訓練過程中，模型學習不同生長階段的特征閾值，形成決策樹結構，進而使用測試集對訓練的模型進行驗證，評估模型的準確性和可靠性，通過計算準確率、召回率、f1分數等指標來量化模型的性能；

26、在生長階段模型中，對葉片顏色、高度和莖粗特征進行中間變量處理，分別計算綜合顏色指標、綜合高度指標和綜合莖粗指標，進而對中間變量處理結果進行綜合分析得到綜合生長指標，預設不同生長階段閾值，與綜合生長指標進行對比分析；

27、基于訓練好的生長階段模型，對輸入的葉片顏色、高度和莖粗特征進行分析，在決策樹結構中逐級判斷，結合綜合生長指標和預設的不同生長階段閾值，最終自動分類并輸出作物的生長階段。

28、本發明技術方案的進一步改進在于：所述施肥需求模塊具體包括：

29、基于歷史作物生長數據，標記出馬鈴薯原原種在不同生長階段對應的水肥需求量，并將歷史作物生長監測數據和環境監測數據進行融合，形成綜合數據集；

30、利用綜合數據集中包括溫度、土壤濕度、光照強度、葉片顏色、高度和莖粗的特征數據，結合線性回歸模型構建馬鈴薯原原種的營養需求模型，將選定的特征作為自變量，水、肥需求量作為因變量，構建線性回歸方程，以分析馬鈴薯原原種的水肥需求，并利用歷史生長數據和施肥記錄，驗證和優化營養需求模型，通過對比實際生長情況和模型預測結果，調整模型參數，提高模型的準確性和可靠性；

31、根據訓練完成的營養需求模型，結合當前作物生長狀態和環境條件，計算馬鈴薯原原種的水、肥需求，進而分析氮肥需求量和水分需求量，確定目標區域的氮肥施用量和灌溉量，并制定精準施肥策略，其中，施肥策略包括水、肥施用量、施用階段以及施用方式。

32、本發明技術方案的進一步改進在于：所述水肥供給控制模塊具體包括：

33、從施肥需求模塊獲取當前作物生長狀態和環境條件下的水、肥需求預測結果，并持續接收來自環境監測模塊（土壤濕度傳感器、溫度傳感器等）和作物生長監測模塊（高度傳感器、莖粗傳感器等）的實時數據；

34、灌溉控制單元內的控制系統對接收到的數據進行分析處理，比較當前土壤濕度與馬鈴薯原原種所需的適宜土壤濕度范圍，并根據分析結果，灌溉控制單元控制灌溉設備的啟停、灌溉強度和頻率，當土壤濕度低于適宜土壤濕度范圍時，啟動灌溉設備，調整灌溉強度以確保水量充足；

35、施肥控制單元內的控制系統對接收到的數據進行分析處理，評估作物的肥料需求狀況，根據馬鈴薯原原種的不同生長階段和肥料需求，確定肥料的施用量和施用時機，進而根據預測的肥料需求量，調整施肥設備的輸出量，優化肥料的施用效果，確保馬鈴薯在生長過程中獲得充分的養分，提高作物質量和產量。

36、本發明技術方案的進一步改進在于：所述灌溉控制單元和施肥控制單元的控制過程包括：

37、對于灌溉控制單元：根據土壤濕度傳感器獲取當前土壤濕度值，比較當前土壤濕度與馬鈴薯原原種所需的適宜土壤濕度范圍，當時，啟動灌溉設備，當時，停止灌溉設備；

38、根據施肥需求模塊提供的水分需求量，確定需要補充的水量，調整灌溉設備的流量，確保精準供水，根據作物生長階段和環境條件，調整灌溉的頻率，避免過度灌溉或缺水，當土壤濕度達到或已滿足時，停止灌溉；

39、對于施肥控制單元：通過高度傳感器和莖粗傳感器獲取當前作物的生長狀態，根據施肥需求模塊提供的肥料需求量，確定需要補充的肥料量，進而根據調整施肥設備的輸出量，確保精準施肥，并結合作物生長階段和環境條件，選擇最佳的施肥時機，避免過度施肥或不足。

40、本發明技術方案的進一步改進在于：所述設備狀態監測模塊具體包括：

41、設備狀態監測模塊通過內置的傳感器，實時采集水肥供給設備的各種運行狀態和工作參數，并接收來自環境監測模塊和作物生長監測模塊的實時數據；

42、對采集到的數據進行實時分析，比較當前數據與預設的正常閾值，識別出設備的運行狀態是否正常，是否存在潛在的異常；

43、一旦發現設備的運行狀態超出預設的正常閾值，立即判斷為異常，并觸發報警信號，以聲音、燈光及短信的多種形式進行報警信號的呈現；

44、報警信號觸發后，通知工作人員或系統管理員，并發送異常的具體位置和類型信息，以便工作人員迅速定位問題并采取措施，工作人員在接收到報警信號后，前往現場檢查設備狀態，并根據異常的具體情況，采取相應的維護措施。

45、本發明技術方案的進一步改進在于：所述反饋校正模塊具體包括：

46、反饋校正模塊從水肥供給設備的各個執行單元收集實際運行數據，并結合采集到的實際運行數據，對水肥供給的實際執行效果進行評估，其中，比較實際的土壤濕度、溫度和光照強度與預設的環境條件，比較實際的植株高度、莖粗和葉片顏色與預設的作物生長狀態，比較實際的水、肥施用量與預測的水、肥施用量；

47、將實際執行效果與預設目標進行對比分析，識別出水、肥供給過程中存在的偏差，進而根據對比分析的結果，判斷是否需要對水、肥供給策略進行修正，若需修正，則生成修正方案，立即調整灌溉量并調整施肥策略以適應作物生長周期的變化。

48、由于采用了上述技術方案，本發明相對現有技術來說，取得的技術進步是：

49、本發明提供一種馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統，通過水肥供給和實時監測，確保作物在各個生長階段都能獲得充足的水分和養分，根據環境條件和植株生長狀態動態調整灌溉和施肥策略，避免了因過度或不足施肥導致的生長不良問題，這種精準調控不僅提高了作物的整體產量，還提升了馬鈴薯的品質，以確保實現優質高產的目標。

50、本發明提供一種馬鈴薯原原種生產的一體化控制系統，通過精確監測土壤濕度、溫度、光照等環境參數，結合作物的實際需求，實現精準灌溉和施肥，不僅避免了水資源的浪費，還減少了肥料的過量使用，降低了農業生產成本。