基于知识图谱的区域农业种植规划推荐方法及系统

本发明涉及智慧农业与农业信息化，具体为基于知识图谱的区域农业种植规划推荐方法及系统。

背景技术：

1、随着农业数字化和智慧农业技术的发展，面向县域、乡镇或片区尺度的种植规划推荐已成为农业生产管理中的一个重要方向；为了实现区域内作物布局、资源利用和市场需求之间的协调，对地块条件、气象墒情、作物轮作关系以及区域水资源约束进行综合分析变得尤为重要；

2、在现有的农业种植规划推荐中，常见方法多依赖地块静态属性或历史经验进行作物适宜性评价，难以及时反映近期降雨、土壤含水率和气温变化对种植决策的影响；同时，田间监测数据容易受到缺测、低频采样或历史缓存覆盖等因素影响，若不对数据可靠性进行评估，可能导致推荐结果偏离实际生产条件；此外，区域种植安排还需要兼顾前茬禁忌、忌连作、作物需水等级、市场订单量化需求以及灌溉水承载能力等多类约束，单一打分方式难以满足区域统筹规划需求。

3、因此，如何在获取多源农业数据的基础上，结合动态监测参数进行时序特征提取和数据质量评价，并利用农业知识图谱对候选作物进行约束筛选，再结合适宜度评分和区域总量限制形成可执行的种植规划推荐方案，对提高区域农业种植安排的科学性、可靠性和资源利用效率至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于知识图谱的区域农业种植规划推荐方法及系统，能够将地块自身条件、近期气象墒情、数据可靠程度、作物轮作关系和区域水资源限制进行同步处理并输出种植安排，且有效防止计算过程陷入无限循环，提高系统运行的稳定性并确保水资源约束在多次逐步迭代中稳健收敛，具体的，本发明的技术方案如下：

2、基于知识图谱的区域农业种植规划推荐方法，包括：

3、步骤s1：通过边缘网关获取多源农业数据，多源农业数据包括地块基础参数、市场订单数据和动态监测参数，其中动态监测参数包括日降雨量、土壤体积含水率及日平均气温；

4、步骤s2：动态调整数据采样时间段的长度，并提取当前时间段内的时序特征；

5、步骤s3：根据当前时间段内的数据状态确定数据质量得分，并将数据质量得分和时序特征上传至中心平台；

6、步骤s4：在中心平台构建包括地块实体、候选作物实体及关系边的农业知识图谱；利用农业知识图谱对当前区域的候选作物进行约束条件筛选，剔除不满足约束条件的候选作物；

7、步骤s5：针对通过筛选的候选作物，基于地块基础参数获取静态条件匹配分，基于市场订单数据获取市场订单需求匹配度评估值，并基于时序特征获取时序条件得分；综合各项得分及数据质量得分，确定地块种植候选作物的种植适宜度得分；

8、步骤s6：根据种植适宜度得分，结合区域总量限制调整种植面积，输出区域农业种植规划推荐方案。

9、优选地，步骤s2包括：

10、获取相邻时刻的土壤体积含水率变化量及气温变化量；

11、根据日降雨量、土壤体积含水率变化量以及气温变化量是否分别达到预设的降雨突变阈值、含水率突变阈值及气温突变阈值，动态调整数据采样时间段的长度；

12、在调整后的时间段内提取时序特征，时序特征包括时间段内平均土壤体积含水率、降雨后预设时间内的土壤体积含水率回升幅度及日平均气温大于或等于预设高温阈值的连续天数。

13、优选地，步骤s3中计算数据质量得分的过程包括：

14、获取当前时间段内的数据缺测比例、实际采样频率与标称采样频率的比值及历史缓存覆盖标记；

15、基于预设的基础质量分、数据缺测比例、比值及历史缓存覆盖标记，计算确定数据质量得分。

16、优选地，步骤s4中的约束条件筛选包括：

17、遍历农业知识图谱；若当前区域内地块的种植前茬作物与候选作物存在忌连作关系，或地块的灌溉等级低于候选作物的最低需水灌溉等级，则将候选作物从地块的候选作物集合中剔除。

18、优选地，步骤s6包括：

19、依据最高种植适宜度得分为各地块分配推荐作物以形成初始方案集，并计算当前区域总需水量；

20、若总需水量大于或等于区域总灌溉水承载力上限，获取当前推荐作物的单位耗水量，在单位耗水量超标的地块中，依据种植适宜度得分的评分差值最小原则进行推荐作物替换，直至当前区域总需水量不超标且满足粮食作物保底面积要求，输出区域农业种植规划推荐方案。

21、基于知识图谱的区域农业种植规划推荐系统，包括：

22、数据获取模块，用于通过边缘网关获取包括地块基础参数、市场订单数据和动态监测参数的多源农业数据；

23、特征提取模块，用于动态调整数据采样时间段的长度，并提取当前时间段内的时序特征；

24、质量计算模块，用于根据当前时间段内的数据状态确定数据质量得分，并将数据质量得分和时序特征上传至中心平台；

25、约束筛选模块，用于在中心平台构建农业知识图谱，并利用农业知识图谱对当前区域的候选作物进行约束条件筛选；

26、评分计算模块，用于获取静态条件匹配分、市场订单需求匹配度评估值及时序条件得分，并综合各项得分及数据质量得分确定种植适宜度得分；

27、规划推荐模块，用于根据种植适宜度得分，结合区域总量限制调整种植面积，输出区域农业种植规划推荐方案。

28、优选地，特征提取模块具体用于：

29、获取相邻时刻的土壤体积含水率变化量及气温变化量，并根据预设的降雨突变阈值、含水率突变阈值及气温突变阈值动态调整数据采样时间段的长度，进而在调整后的时间段内提取时序特征。

30、优选地，质量计算模块具体用于：

31、获取当前时间段内的数据缺测比例、实际采样频率与标称采样频率的比值及历史缓存覆盖标记，并基于上述参数计算确定数据质量得分。

32、优选地，约束筛选模块具体用于：

33、若当前区域内地块的种植前茬作物与候选作物存在忌连作关系，或地块的灌溉等级低于候选作物的最低需水灌溉等级，则将候选作物从候选作物集合中剔除。

34、优选地，规划推荐模块具体用于：

35、依据得分分配推荐作物计算总需水量，并在总需水量超标时，于单位耗水量超标的地块中依据评分差值最小原则进行推荐作物替换，直至满足区域水量及保底面积要求。

36、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

37、1.本发明通过采用上述技术方案，在边缘网关侧获取地块基础参数、市场订单数据以及日降雨量、土壤体积含水率和日平均气温等动态监测参数，并根据降雨、墒情和气温变化自动调整当前数据采样时间段长度，解决了传统种植规划主要依赖静态属性或历史经验、难以及时反映近期气象墒情变化的问题；

38、2.本发明通过在调整后的当前时间段内提取平均土壤体积含水率、降雨后土壤体积含水率回升幅度和连续高温天数等时序特征，同时结合数据缺测比例、实际采样频率与标称采样频率之比以及历史缓存覆盖标记计算数据质量得分，能够在动态数据缺测、低频采样或历史缓存覆盖时降低相应推荐评分，避免不可靠监测数据对种植决策造成不合理影响；

39、3.本发明通过在中心平台构建包含地块实体、候选作物实体以及种植前茬、忌连作和需水匹配等关系的农业知识图谱，并对候选作物进行前茬禁忌和灌溉等级约束筛选，能够提前剔除不满足轮作关系和需水条件的作物，提高候选作物集合的合理性。