物聯(lián)網(wǎng)在規(guī)?；苯贩N植生長(zhǎng)分析中的應(yīng)用劉 嬌 ， 徐國(guó)華( 石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院 ， 石家莊 050000)摘 要 : 為了實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苯贩N植生長(zhǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控 ， 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ， 設(shè)計(jì)了生長(zhǎng)等級(jí)評(píng)價(jià)分析系統(tǒng) ， 且土壤水分含量 、土壤 pH 和溫室溫度被選為本系統(tǒng)監(jiān)控指標(biāo) 。采用 ZigBee 技術(shù)建立傳感器局域網(wǎng) ， 傳感器節(jié)點(diǎn)采用六邊形布局 ; 通過(guò)協(xié)調(diào)器 ， 采用 GPS 技術(shù) ， 將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器 ， 分析 3 種傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù) ， 確定三者對(duì)于辣椒生長(zhǎng)的影響 ， 建立生長(zhǎng)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ， 并建立對(duì)應(yīng)區(qū)間隸屬度函數(shù) 。利用本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)辣椒樣本數(shù)據(jù) ， 根據(jù)建立的生長(zhǎng)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ， 計(jì)算其隸屬度矩陣和權(quán)重向量 ， 最終得到樣本模糊判定集 ， 進(jìn)而計(jì)算該樣本生長(zhǎng)健康等級(jí) 。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)于大規(guī)模辣椒生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控 ， 并量化評(píng)級(jí) ， 及時(shí)有效地反映辣椒生長(zhǎng)狀態(tài) ， 具有普及潛力 。關(guān)鍵詞 : 物聯(lián)網(wǎng) ; 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ; 環(huán)境因子 ; 辣椒健康模型中圖分類號(hào) : S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A 文章編號(hào) : 1003 188X( 2020) 09 0238 050 引言辣椒以其獨(dú)特口味 ， 受到大眾喜愛(ài) ， 特別是在湘菜和川菜中具有舉足輕重的地位 ， 作為經(jīng)濟(jì)作物 ， 在我國(guó)廣泛種植 1。其對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求較為嚴(yán)格 ， 水肥供應(yīng)不當(dāng) ， 極易造成減產(chǎn) ， 影響農(nóng)戶收入 2。目前 ， 對(duì)于辣椒長(zhǎng)勢(shì)的評(píng)價(jià)多為用經(jīng)驗(yàn)農(nóng)戶進(jìn)行人工觀察 ， 憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行澆水施肥 ， 可能造成土壤進(jìn)一步酸化 ， 使辣椒產(chǎn)量進(jìn)一步惡化 3， 因此科學(xué)地評(píng)價(jià)辣椒健康狀況迫在眉睫 。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段對(duì)辣椒取樣 ， 人工檢驗(yàn)樣本 ， 采集溫度 、土壤含水量 、土壤 pH， 然后測(cè)量植株高度判定其健康狀態(tài) 。該方法受到樣本容量 ， 即取樣手段的限制 ， 無(wú)法很好匹配實(shí)際情況 ， 且處理檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng) 、實(shí)時(shí)性差 。為此 ， 基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ， 將溫度傳感器 ， 土壤含水量傳感器 ， 及土壤 pH 傳感器組成局域網(wǎng) ， 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)互聯(lián) ; 通過(guò) Zigbee 4和 GPS 技術(shù) ， 將檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳控制中心服務(wù)器 ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)于辣椒生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ; 通過(guò)數(shù)據(jù)分析 ， 分析不同環(huán)境因子對(duì)于辣椒生長(zhǎng)的影響 ， 建立分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ; 利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)檢測(cè)辣椒樣本 ， 采用模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算其健康等級(jí) ， 提醒農(nóng)戶澆水施肥 。1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 。物聯(lián)網(wǎng)辣椒健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收稿日期 : 2019 02 28基金項(xiàng)目 : 河北省教育廳人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目 ( SQ172010)作者簡(jiǎn)介 : 劉 嬌 ( 1980 ) ， 女 ， 河北晉州人 ， 副教授 ， 碩士 ，( E mail) luhexian3685395 163 com。分為 3 層 ， 即感知層 、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 。圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig 1 Structure of system感知層主要完成溫室辣椒生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集 ， 采用 FM KWS 型溫度傳感器 ， 采集溫室溫度樣本 ; 采用SHT11 土壤含水量傳感器檢測(cè)土壤含水量 ; 采用托普云農(nóng)公式的 TP SPH 1 土壤 pH 傳感器檢測(cè)土壤酸堿度 ; 采用 MB2168B 攝像頭拍攝辣椒植株 ， 與標(biāo)準(zhǔn)物比對(duì) ， 計(jì)算得到植株高和莖粗 。網(wǎng)絡(luò)層將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層 ， 網(wǎng)絡(luò)層主要分為兩部分 : 傳感器局部組網(wǎng) ， 采用 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn) ; 傳感器局域網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳 ， 采用網(wǎng)絡(luò)提供商的 GPS 標(biāo)準(zhǔn) 5。應(yīng)用層·832·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2020.09.042中數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)系統(tǒng) ， 將傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行接收儲(chǔ)存 ; 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù) ， 分析 3 種因素對(duì)于辣椒生長(zhǎng)的影響 ; 辣椒健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)根據(jù) 3 種因素對(duì)于辣椒影響情況 ， 建立評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ; 同時(shí) ， 采用模糊數(shù)學(xué)算法 ， 對(duì)辣椒監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行分析 ， 判定辣椒生長(zhǎng)健康狀態(tài) 。2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫度傳感器 、濕度傳感器 、pH傳感器和植株高度與莖粗?jǐn)z像機(jī)等感知元件組成 ， 所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)娇刂浦行牡姆?wù)器上 ， 采用傳感器局部組網(wǎng) ， 將不同傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總 ， 通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸 ， 上傳互聯(lián)網(wǎng) ， 最后數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行姆?wù)器上 ， 在服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理 。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)辣椒的有效監(jiān)控 ， 要完成兩大任務(wù) : 完成數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)到控制中心服務(wù)的傳輸 ; 傳感器在溫室內(nèi)的合理布置 ， 確保溫室內(nèi)所有種植辣椒土地均在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi) 。21 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ( 見(jiàn)圖 2) 分為 3 部分 : 溫室內(nèi)傳感器局域網(wǎng) ; 局域網(wǎng)向互聯(lián)網(wǎng)傳輸 ; 數(shù)據(jù)從互聯(lián)網(wǎng)到控制中心服務(wù)器傳輸 。由于溫室局域空間固定 ，且相對(duì)封閉 ， 傳感器數(shù)據(jù)量有限 ; 同時(shí) ， 由于野外供電不方便 、溫室內(nèi)潮濕等特點(diǎn) ， 組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)具有能耗低 ，可靠性高的特點(diǎn) 。因此 ， 采用 ZigBee 技術(shù) ， 該技術(shù)基于 IEEE802 15 4 協(xié)議 ， 是一種近距離無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架 ， 具有低成本 、低功耗的特點(diǎn) 6。圖 2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig 2 Topology of network傳感器局域網(wǎng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ， 實(shí)現(xiàn)傳感器不同節(jié)點(diǎn)之間的互通 ， 具有良好的擴(kuò)展性 ， 且新加入的傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)接力的形式 ， 通過(guò)臨近節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器上 。該結(jié)構(gòu)可靠性高 ， 當(dāng)某節(jié)點(diǎn)失效時(shí) ， 數(shù)據(jù)可以通過(guò)附件其他節(jié)點(diǎn)傳向中心協(xié)調(diào)器 ; 局域網(wǎng)向互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)采用 GPS 協(xié)議 ， 依托通訊運(yùn)營(yíng)商發(fā)達(dá)的基站可信號(hào)塔等基礎(chǔ)建設(shè) ， 數(shù)據(jù)可靠性高 ， 實(shí)現(xiàn) 24h 不間斷數(shù)據(jù)上傳 ， 同時(shí)可提供 114kbp/s上傳速度 ， 滿足溫室傳感器數(shù)據(jù)傳輸需求 7; 數(shù)據(jù)從互聯(lián)網(wǎng)到控制中心服務(wù)器傳輸采用成熟的 TCP/IP 協(xié)議 8， 傳輸速度快 、可靠性高 ， 不需要額外添加設(shè)備 ，經(jīng)濟(jì)性好 。22 傳感器節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)由于 ZigBee 終端有覆蓋范圍 ， 設(shè)覆蓋范圍半徑為。傳感器局域網(wǎng)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 使每一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)接力的形式傳向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) ， 兩終端之間的距離必須小于 2。但當(dāng)終端間距分布過(guò)于密集時(shí) ， 就會(huì)造成大量冗余數(shù)據(jù) ， 影響輸出速度 ， 同時(shí)過(guò)多的節(jié)點(diǎn)終端會(huì)使系統(tǒng)成本升高 。因此 ， 需要對(duì)終端節(jié)點(diǎn)分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ， 在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯?， 增大終端間距 ， 減少 ZigBee 終端數(shù)量 。設(shè) ZigBee 終端節(jié)點(diǎn)位置為 P( x， y) ， 平面任意點(diǎn)P1( x1， y1) ， 則 P1點(diǎn)屬于 P 點(diǎn)終端監(jiān)測(cè)的概率為S =1， d = ( x1 x)2+ ( y1 y)槡2 0， d = ( x1 x)2+ ( y1 y)槡2 ( 1)即當(dāng) P1到終端的距離為設(shè)覆蓋范圍半徑 時(shí) ， 為屬于終端監(jiān)測(cè)的極限位置 。根據(jù)以上原理設(shè)計(jì)終端分布 ， 如圖 3( a) 所示 。設(shè) P1點(diǎn)處于相鄰 3 個(gè)終端監(jiān)測(cè)極限位置 ， P1到 P， P0和 P23 個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間的距離均為 ， 則 P2P1PP0P1PP0P1P2=120°， 因此 d =P0P = P0P2= P2P槡= 3 ， 且 P0PP2為等邊三角形 。由上述分析可知 : 節(jié)點(diǎn)之間的距離 d槡= 3 ， 中心節(jié)點(diǎn)P 同相鄰兩節(jié)點(diǎn)連線之間的夾角為 60o， 中間節(jié)點(diǎn)與相鄰 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)成正六邊形分布 。采用正六邊形布局 ， 溫室傳感器節(jié)點(diǎn)布局如圖 3( b) 所示 。圖 3 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)Fig 3 Design for sensor node3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)環(huán)境因子對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響利用建立的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)大棚辣椒長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè) ， 主要包括溫室中環(huán)境因子和辣椒生長(zhǎng)狀態(tài)兩部·932·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期分 。植物生長(zhǎng)需要有特定的溫度 ， 在其適當(dāng)?shù)臏囟戎邪l(fā)生蒸騰作用 ， 根系以水為載體 ， 將土壤中的氮磷等元素運(yùn)輸?shù)饺~面 ， 完成光合作用 ， 實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng) ， 而土壤的酸堿性直接影響著植物根系發(fā)育 。因此 ， 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)重點(diǎn)檢測(cè)土壤水含量 、土壤 pH 值和溫室內(nèi)溫度 ; 辣椒生長(zhǎng)狀態(tài)選用植株高度與莖粗兩指標(biāo) 。31 土壤含水量對(duì)辣椒生長(zhǎng)影響水分是辣椒生長(zhǎng)的必須要素 ， 主要來(lái)源為土壤中水分 。水分直接參與辣椒光合作用 ， 與 CO2作用 ， 生成O2和辣椒生長(zhǎng)必須的有機(jī)物 ; 同時(shí) ， 水分作為載體 ， 通過(guò)蒸騰作用 9， 將土壤中的氮磷等元素輸送到葉片 ，合成葉綠素 ; 保持細(xì)胞膨脹壓 ， 為細(xì)胞增殖提供動(dòng)力 。當(dāng)土壤缺水時(shí) ， 分生組織細(xì)胞分裂 ， 伸長(zhǎng)速率降低 ， 蒸騰作用降低 ， 養(yǎng)分元素運(yùn)輸量減小 ， 葉綠素合成量降低 ， 造成植株矮小 ， 直接影響產(chǎn)量 ; 土壤水分過(guò)高 ， 會(huì)造成植物生長(zhǎng)過(guò)快 ， 葉莖柔嫩 ， 結(jié)節(jié)過(guò)長(zhǎng) ， 植物抵御病蟲(chóng)害的能力降低 ; 當(dāng)水分嚴(yán)重過(guò)多時(shí) ， 根系呼吸作用變差 ， 會(huì)出現(xiàn)根部疾病 ， 嚴(yán)重影響辣椒生長(zhǎng) ?，F(xiàn)討論土壤含水量對(duì)于辣椒莖粗和植株高度的影響 ， 在溫室內(nèi)不同區(qū)域 ， 控制土壤含水量 ， 在 60 天生長(zhǎng)周期中 ，不同土壤含水量的辣椒植株高度和莖粗增長(zhǎng)如圖 4 所示 。圖 4 土壤含水量對(duì)于辣椒生長(zhǎng)的影響Fig 4 The effect of soil water content on pepper growth當(dāng)含水量為 40% 60% 時(shí) ， 植株高度增長(zhǎng)緩慢 ;60% 70% 時(shí)增長(zhǎng)速度顯著提高 ， 含水量為 70% 時(shí)達(dá)到最大值 ; 70% 80% 區(qū)間植株高度開(kāi)始下降 ， 當(dāng)含水量高于 80% 時(shí) ， 植株高度明顯降低 ， 此時(shí)根系由于水分過(guò)量出現(xiàn)病變 ; 當(dāng)含水量為 40% 50% 時(shí) ， 植株莖粗增長(zhǎng)緩慢 ; 50% 65% 時(shí)增長(zhǎng)速度顯著提高 ， 含水量為 65% 時(shí)達(dá)到最大值 ， 此后緩慢下降 。由上述數(shù)據(jù)可知 ， 在 65% 75% 區(qū)間 ， 最適合辣椒生長(zhǎng) ， 其次為75% 80% 區(qū)間 ， 最差為 40% 65% 區(qū)間 。32 溫度對(duì)辣椒生長(zhǎng)影響辣椒生長(zhǎng)對(duì)溫度有一定的要求 ， 其生理 、生化活動(dòng)必須在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 ?？傮w上溫度升高 ，酶活性增強(qiáng) ， 生理 、生化反應(yīng)增強(qiáng) ， 植物生長(zhǎng)速度加快 ; 溫度降低 ， 酶活性降低 ， 光合作用降低 ， 植物生長(zhǎng)速度降低 。本實(shí)驗(yàn)采用晝夜平均溫度 ， 辣椒生長(zhǎng) 45天內(nèi) ， 觀測(cè)其植株高和莖粗 ， 結(jié)果如圖 5 所示 。由圖 5可知 : 溫度從 7 增長(zhǎng)到 13， 植株高度成準(zhǔn)線性增長(zhǎng) ， 超過(guò) 13， 高度開(kāi)始下降 ， 但下降速度低于前期生長(zhǎng)速度 ; 植株莖從 8 12成準(zhǔn)線性增長(zhǎng) ， 12 13出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng) ， 最大莖粗出現(xiàn)在 15， 此后開(kāi)始緩慢下降 。綜上所述 ， 12 15 最適宜辣椒生長(zhǎng) ， 其次為 15 18， 最差為 8 12。這是由于植物白天進(jìn)行光作用 ， 溫度越高 ， 光合作用越強(qiáng) ， 到黑夜植物只進(jìn)行呼吸作用 ， 消耗光合作用生成的有機(jī)物 ; 當(dāng)溫度較低時(shí) ， 呼吸作用受到抑制有機(jī)物消耗降低 ， 因此晝夜溫差較大有利于植株生長(zhǎng) 。由于采用晝夜平均溫度 ， 因此 12 15比 15 18 更適宜辣椒生長(zhǎng) ; 7 12 晝夜溫度均低 ， 光合作用差 ， 因此辣椒生長(zhǎng)最慢 。圖 5 溫度對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響Fig5 The effect of temperature on pepper growth33 土壤 pH 辣椒生長(zhǎng)影響土壤酸堿性對(duì)于植物生長(zhǎng)的影響最主要表現(xiàn)為 :影響細(xì)胞分裂復(fù)制 ， 酸性土壤中鋁離子和氫離子含量增多 ， 會(huì)抑制 DNA 復(fù)制 ， 減緩細(xì)胞分裂 ; 影響元素吸收 ， 堿性土壤中 ， 鐵和錳不能溶出 ， 表現(xiàn)出缺鐵錳癥狀 ; 酸性土壤中 ， 鐵和錳溶出 ， 溶解度隨著酸性增強(qiáng)而增強(qiáng) ， 當(dāng) pH 過(guò)低時(shí) ， 植物出現(xiàn)鐵錳中毒線性 10。土壤 pH 對(duì)辣椒生長(zhǎng)影響如圖 6 所示 。由圖 6 可知 : 土壤 pH6 6 6 過(guò)程中 ， 植株高度呈現(xiàn)先減小后增高趨勢(shì) ， 且增長(zhǎng)較為緩慢 ; 土壤 pH6 6 6 9 過(guò)程中呈現(xiàn)緩慢下降 ， 當(dāng) pH 超過(guò) 6 9 時(shí) ， 植株高度快速下降 ;土壤 pH6 6 8 過(guò)程中 ， 植株莖呈現(xiàn)先減小后增大趨·042·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期勢(shì) ， 且 pH6 2 6 8 呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)趨勢(shì) ， 當(dāng) pH 超過(guò)6 9 時(shí) ， 植株莖粗快速下降 。因此 ， 最適宜辣椒生長(zhǎng)的區(qū)間為 pH6 6 6 9， 其次為 pH6 6 6， 最不是于辣椒生長(zhǎng) pH 區(qū)間為 6 9 7 5。由此可知 ， 偏酸性土壤適合辣椒生長(zhǎng) 。圖 6 土壤 pH 對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響Fig6 The effect of soil pH on pepper growth4 辣椒生長(zhǎng)水平評(píng)價(jià)本物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用攝像頭監(jiān)控辣椒植株高度和莖粗度作為衡量辣椒生長(zhǎng)健康程度的標(biāo)準(zhǔn) ， 通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)其種植環(huán)境中土壤含水量 、溫度和土壤 pH 值作為影響辣椒生長(zhǎng)的環(huán)境因素 ， 良好的環(huán)境因素對(duì)于辣椒健康至關(guān)重要 ?，F(xiàn)綜合考量 3 種環(huán)境因子 ， 對(duì)辣椒健康狀況進(jìn)行等級(jí)劃分 ， 量化處理有利于指導(dǎo)農(nóng)戶把握辣椒生長(zhǎng)狀態(tài) ， 及時(shí)作出調(diào)整 。辣椒健康狀況分級(jí)如表 1 所示 。不同等級(jí)對(duì)應(yīng)環(huán)境因子均為一個(gè)連續(xù)的區(qū)間 ， 而辣椒生長(zhǎng)樣本的 3 個(gè)環(huán)境因素為定值 ， 因此采用模糊數(shù)學(xué)的方法 ， 建立模型 。模型建立主要分為兩步 : 計(jì)算模糊判定集 S; 采用加權(quán)平均法計(jì)算樣品健康等級(jí) 。表 1 辣椒健康分級(jí)Table 1 Grade for pepper health等級(jí)土壤含水量/%溫度/土壤 pH 值1 65 75 12 15 66 692 75 85 15 18 60 663 40 65 7 12 69 7541 建立糊判定集 S模糊判定集 S 的計(jì)算公式如式 ( 2) 所示 。其中 ， 為不同環(huán)境因子的隸屬度矩陣 ， W 為權(quán)重向量 ， 則有S = W =w1， w2， ， w( )mr11r12 r1nr21r22 r2n rm1rm2 rmn=s1， s2， ， s( )n( 2)采用 M( ， ) 模糊算子 ， 計(jì)算規(guī)則如式 ( 3) 所示 ?，F(xiàn)討論隸屬度矩陣 和權(quán)重向量 W 的計(jì)算方法 ，有sk= mj =1( j rjk) = max1jmminj， r( ) jkk = 1， 2， ， n ( 3)隸屬度矩陣 的計(jì)算方法為 : 選定隸屬度函數(shù) ， 根據(jù)表 1 依次計(jì)算 3 個(gè)健康等級(jí)的隸屬度函數(shù) ; 將樣品環(huán)境因子依次帶入 3 個(gè)健康等級(jí)的隸屬度函數(shù) ， 計(jì)算 3 個(gè)不同等級(jí)的隸屬度 ， 由于環(huán)境因子有 3個(gè) ， 等級(jí)有 3 個(gè) ， 因此隸屬度矩陣 為 3 ×3 矩陣 。三因素對(duì)于辣椒健康狀態(tài)的影響 ， 在各等級(jí)區(qū)間內(nèi)沒(méi)有發(fā)生震蕩 ， 總體上呈增加或減小趨勢(shì) ， 區(qū)間中心值最能代表其等級(jí)區(qū)間 ， 因此采用三角形隸屬度函數(shù) ， 如式 ( 4) 所示 。其中 ， b 為區(qū)間下限 ; c 為區(qū)間上限 ; a 為區(qū)間中點(diǎn) ， 即 a = ( b + c) /2。r ( x)( m×n)=x ba b， b x ac xc a， a x c0， x b，x cm， n = 1， 2， 3( 4)權(quán)重向量 w 計(jì)算過(guò)程為 : 計(jì)算土壤含水量 、土壤 pH 和溫度 3 種指標(biāo)各自單項(xiàng)權(quán)重 ; 計(jì)算 3 種指標(biāo)中的一種占 3 種指標(biāo)整體的權(quán)重 ， 即w，i=Dii( 5)其中 ， Di為傳感器實(shí)測(cè)值 ， i為該傳感器在三組區(qū)間中值平均數(shù) ， 計(jì)算式如式 ( 6) 所示 。其中 ， ri( x) ， i= 1， 2， 3 為 3 個(gè)健康等級(jí)對(duì)應(yīng)的區(qū)間中值 。i=13r1( x) + r2( x) + r3( x )( 6)單一種指標(biāo)占整體的權(quán)重計(jì)算如式 ( 7) 所示 ， 得到權(quán)重向量 W = ( w1w2w3) 。wi=Di/i3i =1Di/ii = 1， 2， 3 ( 7)42 樣品生長(zhǎng)等級(jí)模型建立與應(yīng)用根據(jù)表 1 建立樣品健康等級(jí)向量 u( u1u2u3) ， 和其對(duì)應(yīng)的模糊判定向量 S( s1s2s3) 相乘 ， 并取加權(quán)平·142·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期均值 ， 計(jì)算得到樣品辣椒健康等級(jí) ， 則有u =3i =1ui·si3i =1sii = 1， 2， 3 ( 8)現(xiàn)采用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在溫室中監(jiān)測(cè)到某區(qū)域辣椒溫度為 12 5， 土壤含水量為 78% ， 土壤 pH 為 6 5。分析該組數(shù)據(jù)可知 : 溫度處于第 1 健康等級(jí) ， 土壤含水量和土壤 pH 均處于第 2 健康等級(jí) ， 因此直觀無(wú)法確定該區(qū)域辣椒的健康等級(jí) ， 現(xiàn)采用本系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型進(jìn)行分析 。步驟如下 :1) 采用式 ( 4) ， 計(jì)算其隸屬度矩陣 ， 即 =0 06 0033 0 00 033 02) 利用式 ( 5) 、式 ( 6) ， 計(jì)算其權(quán)重向量 ， 即 W =0377 0309 0 314。3) 利用式 ( 2) 、式 ( 3) ， 計(jì)算模糊判定集 ， 即S =0377 0309 0 314°0 06 0033 0 00 033 0=0309 0 377 04) 計(jì)算健康等級(jí)有u =3i =1ui·si3i =1si= 1 56 ( 9)計(jì)算結(jié)果表明 : 該樣品健康等級(jí)低于第一健康等級(jí) ， 處于第 1 等級(jí)向第 2 等級(jí)過(guò)渡位置 ， 且更趨向第 2健康等級(jí) ， 因此需要及時(shí)調(diào)整生長(zhǎng)環(huán)境因素 ， 確保辣椒健康生長(zhǎng) 。5 結(jié)論基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了辣椒生長(zhǎng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ，針對(duì)辣椒生長(zhǎng)習(xí)性 ， 選取土壤含水量 、土壤 pH 和溫室溫度作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控量 。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用 ZigBee協(xié)議 ， 建立溫室傳感器局域網(wǎng) ; 采用 GPS 協(xié)議 ， 將溫室傳感器局域網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳互聯(lián)網(wǎng) ， 進(jìn)而傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)服務(wù)器 。服務(wù)器對(duì) 3 種傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 ， 確定不同環(huán)境因素對(duì)于辣椒生長(zhǎng)的影響 ， 并將每種因素對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響分為 3 種 ， 最優(yōu)為 1 級(jí) ， 中等為 2 級(jí) ， 很差為 3 級(jí) ， 并采用模糊數(shù)學(xué)方法 ， 建立隸屬度函數(shù) 。利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集辣椒生長(zhǎng)環(huán)境因子樣本 ， 計(jì)算樣本隸屬度矩陣和權(quán)重向量 ， 最終得到樣本模糊判定集 ， 采用加權(quán)平均的方法計(jì)算樣本的健康等級(jí) 。本系統(tǒng)可對(duì)復(fù)雜辣椒生長(zhǎng)健康進(jìn)行量化分級(jí) ， 直觀表明該辣椒生長(zhǎng)情況 ， 能及時(shí)提醒農(nóng)戶改進(jìn)環(huán)境因素 ， 確保辣椒豐收 。參考文獻(xiàn) : 1 蔣祖煊 湖南辣椒與湖南菜 J 辣椒雜志 ， 2003( 4) : 4648 2 許春華 辣椒綜合種植技術(shù)研究 J 農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備 ，2018( 12) : 185 195 3 咸文榮 ， 楊君麗 循化線辣椒種植上存在的問(wèn)題及對(duì)策 J 中國(guó)果菜 ， 2004( 5) : 22 25 4 趙詩(shī)博 ， 于利永 ， 張文靜 基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究 J 南方農(nóng)機(jī) ， 2019( 1) : 35 37 5 馮軍 ， 王筱東 ， 申智輝 ， 等 基于 GPS 和 LOA 的大棚智能灌溉系統(tǒng)探索與設(shè)計(jì) J 現(xiàn)代信息科技 ， 2018， 2( 11) : 189 193 6 陳永康 ， 鄭筆耕 基于 ZigBee 技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 J 信息通信 ， 2018( 12) : 154 155 7 李毅超 GPS 技術(shù)在計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用研究 J 中國(guó)高新科技 ， 2018( 2) : 71 73 8 楊小凡 TCP/IP 相關(guān)協(xié)議及其應(yīng)用 J 通訊世界 ，2019， 26( 1) : 27 28 9 Song L， Liu S， Kustas W P Monitoring and validating spa-tially and temporally continuous daily evaporation and tran-spiration at river basin scale J emote Sensing of Envi-ronment， 2018， 219( 3) : 72 80 10 羅彥學(xué) 水肥處理對(duì)辣椒保護(hù)地土壤酸堿值影響分析 J 北京農(nóng)業(yè) ， 2015( 12) : 131 135( 下轉(zhuǎn)第 247 頁(yè) )·242·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期Quantitative Analysis of Pesticide Spraying onPesticide Application Platform Based on Large DataZeng Xinzhou( College of Software， Changsha Commerce Tourism College， Changsha 410116， China)Abstract: In recent years， it is rapid the development momentum of small scale agricultural unmanned plant protectionaircraft in China At present， there are more than 10 manufacturers producing unmanned plant protection aircraft in Chi-na， and the trend is fast growing In order to improve the accuracy of pesticide spraying in UAV spraying equipment， itproposed a real time analysis platform for large data of pesticide spraying based on cloud technology， and it realized theprecise control of pesticide spraying quantity by PID regulation In order to verify the feasibility of the scheme， it de-signed a real time data analysis platform for quantitative analysis of spraying agent Taking UAV spraying agent as theresearch object， it tested the reliability of the platform for quantitative analysis of spraying agent， including the speed ofdata analysis and the accuracy of spraying agent The test results show that， compared with the traditional data analysisserver， the large data analysis platform based on cloud technology has higher ability of quantitative data analysis of pesti-cide application After using the data analysis platform， the precision of pesticide application is also higher， which canmeet the needs of the unmanned plant protection operationKey words: UAV spraying; large data analysis; quantitative spraying; PID adjustment; cloud platform( 上接第 242 頁(yè) )Abstract ID: 1003 188X( 2020) 09 0238 EAThe Application of Epc System Network in Growth Analysis ofMass Pepper PlantingLiu Jiao， Xu Guohua( Shijiazhuang Information Engineering Vocational College， Shijiazhuang 050000， China)Abstract: In order to achieve real time monitoring for large range pepper growth， grade evaluation and analysis systemwas built， based on epc system network Soil water content， soil pH and temperature of greenhouse were monitored bythis system The local area network of sensor was built， and sensor nodes spread as regular hexagon The data of sensorswas transmit to the server of epc system network by coordinator， based on GPS The effect of three sensors on peppergrowth was analyzed by the server Then the rule for grade evaluation and membership function was built One peppersample data was test by this system， membership matrix and weight vector were calculated， then the fuzzy decision setwas get In the end grade of pepper growth was calculated This system achieved real time monitoring for large rangepepper， and quantifying grade reflected growth state of pepper This system had the potential of large scale dissemina-tionKey words: epc system network; network structure; environmental factors; model of pepper health·742·2020 年 9 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 9 期