基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及再生水喷灌技术领域，尤其涉及一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置及系统。


背景技术：

2.生态环境监测指标体系主要指一系列能敏感清晰地反映生态系统基本特征及生态环境变化趋势的相互印证的项目，是生态环境监测的主要内容和基础。
3.目前针对于再生水的利用能够合理利用水资源并提高合理利用率，而在绿地生态环境中，对于其中的绿植所配备的喷灌系统中，通过利用再生水能够完成对于绿植的浇灌，以满足绿植的生长需求。
4.同样的，现有的喷灌系统仅仅采取定时喷灌的方式对绿植进行浇灌，无法根据整个绿地生态空间的生态指标作为是否进行浇灌的依据，而导致对于绿植浇灌容易出现过多或过少的现象，由此导致喷灌方式不合理，特别是针对一些珍贵的植被而言，不能采取合理化的依据绿植需求浇灌，从而对绿植的生长造成严重影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置及系统，解决了目前喷灌方式不合理以及缺少科学浇灌依据的技术问题，达到了对绿地区域内的生态指标数据进行实时在线监测，并根据生态指标数据进行判断是否对绿植进行浇灌的目的，使整个喷灌系统趋于合理化，并采用生态指标作为浇灌依据，提高了控制程序的合理化以及喷灌需求的及时性。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法，该方法通过对绿地的生态指标实时在线监测来达到控制喷灌系统对绿地不定时性喷灌，喷灌系统采用收集的雨水再生并结合绿化用水提高水资源的合理利用率，该喷灌方法包括以下过程：
7.s101、获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
8.s102、根据生态指标监测数据建立监测数据分类库，通过数据分类方法对生态指标监测数据进行分类，监测数据分类库中包含空气质量状况内所包含的各项监测数据以及土壤的含水率；
9.s103、调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值；
10.s104、将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
11.若生态指标数据超出标准生态指标范围数据阈值，则返回至步骤s101；
12.若生态指标数据低于标准生态指标范围数据阈值则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业。
13.进一步地，在步骤s101中，空气质量状况的检测包括以下过程：
14.s10111、获取各个终端节点检测该区域内空气质量所得出的各项监测数据；
15.s10112、将各项监测数据进行处理；
16.s10113、将各终端节点的各项监测数据进行分类保存并统计。
17.进一步地，终端节点根据绿地的面积划分区域进行布置多个点位，终端节点采用opsis监测系统，其中主要设备包括光谱分析仪、发射器和接收器，发射器和接收器组成测量光路，接收器和分析仪通过光纤连接建立通信。
18.进一步地，在步骤s101中，土壤的含水率监测包括以下过程：
19.s10121、各个预设监测采集点位的采集单元分别将所采集的土壤含水率信息发送至路由节点单元；
20.s10122、路由节点单元将与每个采集单元相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元；
21.s10123、网关节点单元接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存。
22.进一步地，土壤的含水率监测通过土壤的含水率监测系统完成，其中，土壤的含水率监测系统包括：采集单元、路由节点单元和网关节点单元；
23.所述采集单元用于采集该点位的土壤含水率信息并发送至路由节点单元；
24.所述路由节点单元与采集单元通过无线网络建立通信连接，所述路由节点单元用于将每个采集单元相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元；
25.所述网关节点单元与路由节点单元以及生态指标监测系统建立无线通讯连接，所述网关节点单元用于接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存。
26.进一步地，路由节点单元位于采集单元和网关节点单元之间，转发来自相应采集单元的土壤含水率信息，当路由节点单元收到数据传送的指令后，向网关节点单元发送闪存中保存的对应采集单元某一段时间内的测量值。
27.进一步地，采集设备包括无线模块、传感器模块和电源模块，所述无线模块用于与路由节点单元建立无线通讯数据传输，传感器模块预先设置在绿地区域内的各个监测采集点位，用于对该监测采集点位的土壤含水率信息进行测量，所述电源模块用于为无线模块和传感器模块电源供应。
28.进一步地，无线模块采用信号为cc2430的无线模组，该模组由射频芯片、微控制器、传感器和外围电路构成，传感器模块采用型号为fds－100土壤含水率传感器，fds－100测量原理是fdr频谱法，量程为0～100％土壤单位体积含水率，测量精度为
±
3％。
29.进一步地，在步骤s102中，通过数据分类方法对生态指标监测数据进行分类，数据分类方法包括以下过程：
30.s1021、建立初始数据分类模型；
31.s1022、对己建立的初始数据分类模型进行验证；
32.s1023、将测试数据集导入标准数据分类模型中并对其类别标签进行预测；
33.s1024、获取生态指标监测数据集；
34.s1025、将生态指标监测数据集导入至标准数据分类模型中进行数据分类。
35.进一步地，该雨水再生喷灌方法还包括：s105、再次对土壤含水率进行分析，若土壤含水率低于预设的土壤含水率度阈值，则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业；若土
壤含水率高于预设的土壤含水率度阈值，则返回至步骤s101。
36.进一步地，该雨水再生喷灌方法还包括：s106、分析空气湿度是否在预设空气湿度范围内，若空气湿度超出预设阈值，则联网获取天气状态，若预计当日内有雨水天气则获取预计有效降水量，并通过预计有效降水量、土壤含水率计算得出喷灌量。
37.基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌装置，包括：
38.获取模块，所述获取模块用于获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
39.监测数据分类库建立模块，所述监测数据分类库建立模块用于根据生态指标监测数据建立监测数据分类库；
40.调取模块，所述调取模块用于调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值；
41.单独比对模块，所述单独比对模块用于将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对。
42.进一步地，雨水再生喷灌装置还包括：土壤含水率分析模块，所述土壤含水率分析模块用于再次对土壤含水率进行分析，若土壤含水率低于预设的土壤含水率度阈值，则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业；若土壤含水率高于预设的土壤含水率度阈值，则停止喷灌作业。
43.进一步地，雨水再生喷灌装置还包括：空气湿度分析模块，所述空气湿度分析模块用于分析空气湿度是否在预设空气湿度范围内，若空气湿度超出预设阈值，则联网获取天气状态，若预计当日内有雨水天气则获取预计有效降水量。
44.基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统，包括：再生水系统、生态指标监测系统、服务器、喷灌系统；
45.所述再生水系统用于通过管网设施收集雨水后处理并进行存储；
46.所述生态指标监测系统用于实时在线监测绿地区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
47.所述服务器用于根据该区域内的生态指标数据做出是否进行喷灌作业的判断，并控制喷灌系统执行以及停止喷灌作业；
48.所述喷灌系统与再生水系统通过管路连通，所述喷灌系统用于执行或停止对其所在区域内的喷灌作业。
49.进一步地，所述再生水系统包括管网收集设备、过滤消毒设备、消除有害物质设备以及存储设备，所述喷灌系统包括由多个管道以及喷灌设备所组成的喷灌网点。
50.借由上述技术方案，本发明提供了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置及系统，至少具备以下有益效果：
51.1、本发明能够对绿地区域内的生态指标数据进行实时在线监测，同时根据生态指标数据进行判断是否对绿植进行浇灌，并通过再生水系统对雨水进行收集、处理以及存储，在根据生态指标判断需要对绿植进行浇灌时能够优先采用再生水进行喷灌，由此能够合理利用水资源，降低对于水资源的损耗。
52.2、本发明能够对绿地区域内的土壤含水率实时在线监测，同时为生态指标监测系统提供各区域的土壤含水率信息，为整个喷灌系统的运作提供准确的数据支持，并辅助服务器做出相应的喷灌作业判断，能够及时合理的判断出绿地区域内哪些地方为干旱需要浇
灌区域或含水率充足不需要浇灌区域，能够做出及时并且精准的判断结果并发出控制信号，从而满足了对绿地内绿植的浇灌需求。
53.3、本发明根据土壤含水率判断各个区域内是否存在低含水率或者干旱现象，由此服务器根据各个数据分析判断并控制喷灌系统进行定点分区域执行喷灌作业，对低含水率以及干旱的区域额外进行喷灌，由此避免出现由于平均数据而导致的遗漏现象，从而达到对绿地内绿植进行合理浇灌的目的，保证了每个绿植的生长用水需求。
54.4、本发明通过合理的喷灌方式和喷灌量来保持绿地的水分平衡，解决由于自然降水的季节分配与植被生长上的水分需求不相适应的问题，能够合理考虑自然降水量的影响因素，避免出现喷灌量增多而导致出现涝灾的现象，同时可以达到经济用水、节约水资源、提高效益的目的。
附图说明
55.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
56.图1为本发明基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法的流程图；
57.图2为本发明基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统的流程图；
58.图3为本发明空气质量状况监测方法的流程图；
59.图4为本发明空气质量状况监测系统的原理框图；
60.图5为本发明处理器通过接收服务器发送的命令对参数设置的流程图；
61.图6为本发明土壤的含水率监测方法的流程图；
62.图7为本发明土壤的含水率监测系统的原理框图；
63.图8为本发明采集单元的原理框图；
64.图9为本发明数据分类方法的流程图；
65.图10为本发明基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌装置的原理框图；
66.图11为本发明基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统的原理图；
67.图12为本发明实施例二中雨水再生喷灌方法的流程图；
68.图13为本发明实施例二中雨水再生喷灌装置的原理框图；
69.图14为本发明实施例二中雨水再生喷灌系统的流程图；
70.图15为本发明实施例三中雨水再生喷灌方法的流程图；
71.图16为本发明实施例三中雨水再生喷灌装置的原理框图；
72.图17为本发明实施例三中雨水再生喷灌系统的流程图。
73.图中：101、获取模块；102、监测数据分类库建立模块；103、调取模块；104、单独比对模块；105、土壤含水率分析模块；106、空气湿度分析模块；100、再生水系统；200、生态指标监测系统；300、服务器；400、喷灌系统；1211、采集单元；1212、路由节点单元；1213、网关节点单元；1214、服务器；12111、无线模块；12112、传感器模块；12113、电源模块。
具体实施方式
74.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并
达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
75.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
76.实施例一
77.请参照图1-11，示出了根据本发明实施例一的一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法，该方法通过对绿地的生态指标实时在线监测来达到控制喷灌系统对绿地不定时性喷灌，喷灌系统采用收集的雨水再生并结合绿化用水提高水资源的合理利用率，该喷灌方法包括以下过程：
78.s101、获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
79.s102、根据生态指标监测数据建立监测数据分类库，通过数据分类方法对生态指标监测数据进行分类，监测数据分类库中包含空气质量状况内所包含的各项监测数据以及土壤的含水率，其中空气质量状况内所包含的各项监测数据包括空气中的各项成分、空气湿度、温度，空气中的各项成分包括o3、so2、no2、pm10、苯、甲苯、二甲苯、hno2、no3、hg、n2o、甲醛；
80.s104、将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
81.若生态指标数据超出标准生态指标范围数据阈值，则返回至步骤s101；
82.若生态指标数据低于标准生态指标范围数据阈值则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业。
83.本实施例解决了目前喷灌方式不合理以及缺少科学浇灌依据的技术问题，达到了对绿地区域内的生态指标数据进行实时在线监测，并根据生态指标数据进行判断是否对绿植进行浇灌的目的，使整个喷灌系统趋于合理化，并采用生态指标作为浇灌依据，提高了控制程序的合理化以及喷灌需求的及时性。
84.请参阅图3-5，提出了一种空气质量状况的监测方法，具体过程如下：
85.s10111、获取各个终端节点检测该区域内空气质量所得出的各项监测数据，终端节点根据绿地的面积划分区域进行布置多个点位，终端节点采用opsis监测系统，其中主要设备包括光谱分析仪、发射器和接收器，发射器和接收器组成测量光路，接收器和分析仪通过光纤连接建立通信；
86.一台光谱分析仪可以连接多条测量光路进行测量。opsis监测系统可以永久固定安装或安装在移动设备上，如专用的移动监测车等，光谱分析仪可以从其他监测设备接收4-20ma模拟量信号或数字信号，由此气象传感器如风速、风向、温度、大气压强等监测的参数与空气中的各项成分数值一起对环境空气质量有更全面细致的监测；
87.s10112、将各项监测数据进行处理，终端节点上的传感器检测到的气体浓度信息为体积浓度，单位是ppm，大气监测标准中规定气体浓度用质量浓度表示，单位为mg/m3，需要对获取的各项监测数据进行单位转换，转换公式为：
[0088][0089]
式中：z为气体质量浓度mg/m3，m为气体分子量，c为气体体积浓度ppm，t为气体温度℃，ba为大气压强pa，上述公式中的温度以及大气压强均由终端节点进行同步采集；
[0090]
s10113、将各终端节点的各项监测数据进行分类保存并统计；处理器首先读取温度传感器数值，以确定调用哪张校准表；然后读取当前的时间月、日、时、分；最后再对采集气体浓度数据进行处理，数据采集完成后，处理器将所有数据按下述表格的格式组织起来，调整好的数据帧在gprs网络连通时直接发送至生态指标监测系统，如遇网络中断，则先存入sram中，为防止sram溢出，处理器在网络中断时的采样周期从1min增加到10min；
[0091][0092]
表格中d7h是g200模块指定的包头格式；01h是传输数据的控制字；终端编号不是sim卡号，而是终端节点的顺序号，用户在部署节点时将其指定的编号固化在程序中；
[0093]
处理器采用g200模块的有格式数据传送方式，模块规定每次传送数据长度在1～240字节间，超过该范围视为发送失败；处理器可通过接收服务器发送的命令对参数设置，也可由工作人员在现场通过键盘设置，键盘采用中断工作方式，具体流程如图5所示；
[0094]
gprs通信采用北京麦捷通信的g200型gprs模块实现，该模块内部集成了at指令响应操作机制，用户不使用at指令即可对gprs模块进行设置，节约了开发时间和费用，另外，g200模块支持透明数据传输格式，用户可以根据自己需要组织数据传送，提高了编程的灵活性。
[0095]
处理器采用型号为msp430f149的单片机，并与g200模块的通信通过串口实现，g200接收到服务器传来的参数设置命令后自动转发给单片机，单片机缓冲区写满后，串口发出中断信号提示cpu收取数据，并修改相关模块的参数。
[0096]
图4示出了与空气质量状况监测方法相对应使用的系统，该系统终端节点和处理器，处理器与喷灌系统的服务器通过gprs网络建立通信，通过使用gprs网络传输数据，便于终端节点的大量部署、节省了成本、可靠性高。并通过采用以msp430f149单片机为核心的模块化设计，使用灵活、便于传感器更换和调试，提高了测量精度。针对空气质量状况监测数据而言，处理器可灵活调用和添加，提高了系统的通用性，并且整个空气质量状况监测系统工作稳定，能够实现大面积空气质量实时监测的功能。
[0097]
请参阅图6，提出了一种土壤的含水率监测方法，具体过程如下：
[0098]
s10121、各个预设监测采集点位的采集单元分别将所采集的土壤含水率信息发送至路由节点单元；
[0099]
s10122、路由节点单元将与每个采集单元相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元；
[0100]
s10123、网关节点单元接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存；
[0101]
请参阅图7-8，土壤的含水率监测通过土壤的含水率监测系统完成，其中，土壤的含水率监测系统包括采集单元1211、路由节点单元1212和网关节点单元1213；
[0102]
采集单元1211用于采集该点位的土壤含水率信息并发送至路由节点单元；
[0103]
路由节点单元1212与采集单元1211通过无线网络建立通信连接，路由节点单元1212用于将每个采集单元1211相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元1213，路由节点单元1212位于采集单元1211和网关节点单元1213之间，转发来自相应采集单元1211的土壤含水率信息，当路由节点单元1212收到数据传送的指令后，向网关节点单元1213发送闪存中保存的对应采集单元1211某一段时间内的测量值；
[0104]
网关节点单元1213与路由节点单元1212以及生态指标监测系统建立无线通讯连接，网关节点单元1213用于接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存；
[0105]
采集设备包括无线模块12111、传感器模块12112和电源模块12113，无线模块12111用于与路由节点单元1212建立无线通讯数据传输，传感器模块12112预先设置在绿地区域内的各个监测采集点位，用于对该监测采集点位的土壤含水率信息进行测量，电源模块12113用于为无线模块12111和传感器模块12112电源供应；
[0106]
无线模块12111采用信号为cc2430的无线模组，该模组由射频芯片、微控制器、传感器和外围电路构成，传感器模块12112采用型号为fds－100土壤含水率传感器，fds－100测量原理是fdr频谱法，量程为0～100％土壤单位体积含水率，测量精度为
±
3％，需要提供7～12v的工作电压，响应时间小于1s，测量稳定时间为2s，完成测量后输出电压为0～2v，具体输出值随土壤单位体积含水率变化；
[0107]
本实施例所提出的土壤含水率监测方法以及相应的系统组成，能够对绿地区域内的土壤含水率实时在线监测，同时为生态指标监测系统提供各区域的土壤含水率信息，为整个喷灌系统的运作提供准确的数据支持，并辅助服务器做出相应的喷灌作业判断，能够及时合理的判断出绿地区域内哪些地方为干旱需要浇灌区域或含水率充足不需要浇灌区域，能够做出及时并且精准的判断结果并发出控制信号，从而满足了对绿地内绿植的浇灌需求。
[0108]
请参阅图9，示出了数据分类方法的流程图，其中数据分类方法包括以下过程：
[0109]
s1021、建立初始数据分类模型，通过描述给定的数据集合或者概念集合，建立一定的假设，给出假设的具体数学描述并根据假设分析训练集的特征及所属类别，归纳出每个类别的特征属性，给出每个类别的准确表述，即分类规则；
[0110]
利用分类规则的集合构造出初始数据分类模型，若这一步中给定的数据样本带有类别标签，则称这一模型的建立过程为监督学习，否则称这一过程为无监督学习，根据假设的不同则分为了各种各样不同的模型；
[0111]
s1022、对己建立的初始数据分类模型进行验证，将预先给定数据集分为两份，使用其中一份数据集作为测试集，其余数据集作为训练集，将训练数据集导入初始数据分类模型中进行训练后得到标准数据分类模型；
[0112]
s1023、将测试数据集导入标准数据分类模型中并对其类别标签进行预测，通过比较模型预测得到的标签及测试数据的真实标签从而对模型的准确率进行评估验证，若模型的准确率达到指定的要求，则可以利用所建立标准数据分类模型的分类规则对未知的样本数据集进行分类，注意这一步不应该使用建立模型的样本数据来进行评估，而应该使用未使用的数据进行评估；
[0113]
s1024、获取生态指标监测数据集；
[0114]
s1025、将生态指标监测数据集导入至标准数据分类模型中进行数据分类；
[0115]
s103、调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值，标准生态指标范围数据阈值为该区域内适合绿地生长的基准数据，经过试验得出的适合绿地生长的标准数据，并预先存入至数据库中。
[0116]
请参阅图10，示出了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌装置，包括：
[0117]
获取模块101，获取模块101用于获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0118]
监测数据分类库建立模块102，监测数据分类库建立模块102用于根据生态指标监测数据建立监测数据分类库；
[0119]
调取模块103，调取模块103用于调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值；
[0120]
单独比对模块104，单独比对模块104用于将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对。
[0121]
请参阅图11，示出了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统，包括：再生水系统100、生态指标监测系统200、服务器300、喷灌系统400；
[0122]
再生水系统100用于通过管网设施收集雨水后处理并进行存储；
[0123]
生态指标监测系统200用于实时在线监测绿地区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0124]
服务器300用于根据该区域内的生态指标数据做出是否进行喷灌作业的判断，并控制喷灌系统400执行以及停止喷灌作业；
[0125]
喷灌系统400与再生水系统100通过管路连通，喷灌系统400用于执行或停止对其所在区域内的喷灌作业。
[0126]
再生水系统100包括管网收集设备、过滤消毒设备、消除有害物质设备以及存储设备，喷灌系统400包括由多个管道以及喷灌设备所组成的喷灌网点。
[0127]
通过本实施例，能够对绿地区域内的生态指标数据进行实时在线监测，同时根据生态指标数据进行判断是否对绿植进行浇灌，并通过再生水系统对雨水进行收集、处理以及存储，在根据生态指标判断需要对绿植进行浇灌时能够优先采用再生水进行喷灌，由此能够合理利用水资源，降低对于水资源的损耗。
[0128]
实施例二
[0129]
请参照图12-14，示出了根据本发明实施例二的一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法，该方法通过对绿地的生态指标实时在线监测来达到控制喷灌系统对绿地不定时性喷灌，喷灌系统采用收集的雨水再生并结合绿化用水提高水资源的合理利用率，该喷灌方法包括以下过程：
[0130]
s101、获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0131]
s102、根据生态指标监测数据建立监测数据分类库，通过数据分类方法对生态指标监测数据进行分类，监测数据分类库中包含空气质量状况内所包含的各项监测数据以及土壤的含水率，其中空气质量状况内所包含的各项监测数据包括空气中的各项成分、空气湿度、温度，空气中的各项成分包括o3、so2、no2、pm10、苯、甲苯、二甲苯、hno2、no3、hg、n2o、甲醛；
[0132]
s104、将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
[0133]
若生态指标数据超出标准生态指标范围数据阈值，则返回至步骤s101；
[0134]
若生态指标数据低于标准生态指标范围数据阈值则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业；
[0135]
s105、再次对土壤含水率进行分析，若土壤含水率低于预设的土壤含水率度阈值，则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业；若土壤含水率高于预设的土壤含水率度阈值，则返回至步骤s101。
[0136]
通过本实施例，在服务器对生态指标数据进行比对后出现无需喷灌的状况，此时服务器再次调取各区域中监测点位的土壤含水率数据，根据土壤含水率判断各个区域内是否存在低含水率或者干旱现象，由此服务器根据各个数据分析判断并控制喷灌系统进行定点分区域执行喷灌作业，对低含水率以及干旱的区域额外进行喷灌，由此避免出现由于平均数据而导致的遗漏现象，从而达到对绿地内绿植进行合理浇灌的目的，保证了每个绿植的生长用水需求。
[0137]
请参阅图3-5，提出了一种空气质量状况的监测方法，具体过程如下：
[0138]
s10111、获取各个终端节点检测该区域内空气质量所得出的各项监测数据，终端节点根据绿地的面积划分区域进行布置多个点位，终端节点采用opsis监测系统，其中主要设备包括光谱分析仪、发射器和接收器，发射器和接收器组成测量光路，接收器和分析仪通过光纤连接建立通信；
[0139]
一台光谱分析仪可以连接多条测量光路进行测量。opsis监测系统可以永久固定安装或安装在移动设备上，如专用的移动监测车等，光谱分析仪可以从其他监测设备接收4-20ma模拟量信号或数字信号，由此气象传感器如风速、风向、温度、大气压强等监测的参数与空气中的各项成分数值一起对环境空气质量有更全面细致的监测；
[0140]
s10112、将各项监测数据进行处理，终端节点上的传感器检测到的气体浓度信息为体积浓度，单位是ppm，大气监测标准中规定气体浓度用质量浓度表示，单位为mg/m3，需要对获取的各项监测数据进行单位转换，转换公式为：
[0141][0142]
式中：z为气体质量浓度mg/m3，m为气体分子量，c为气体体积浓度ppm，t为气体温度℃，ba为大气压强pa，上述公式中的温度以及大气压强均由终端节点进行同步采集；
[0143]
s10113、将各终端节点的各项监测数据进行分类保存并统计；处理器首先读取温度传感器数值，以确定调用哪张校准表；然后读取当前的时间月、日、时、分；最后再对采集气体浓度数据进行处理，数据采集完成后，处理器将所有数据按下述表格的格式组织起来，调整好的数据帧在gprs网络连通时直接发送至生态指标监测系统，如遇网络中断，则先存入sram中，为防止sram溢出，处理器在网络中断时的采样周期从1min增加到10min；
[0144]
[0145]
表格中d7h是g200模块指定的包头格式；01h是传输数据的控制字；终端编号不是sim卡号，而是终端节点的顺序号，用户在部署节点时将其指定的编号固化在程序中；
[0146]
处理器采用g200模块的有格式数据传送方式，模块规定每次传送数据长度在1～240字节间，超过该范围视为发送失败；处理器可通过接收服务器发送的命令对参数设置，也可由工作人员在现场通过键盘设置，键盘采用中断工作方式，具体流程如图5所示；
[0147]
gprs通信采用北京麦捷通信的g200型gprs模块实现，该模块内部集成了at指令响应操作机制，用户不使用at指令即可对gprs模块进行设置，节约了开发时间和费用，另外，g200模块支持透明数据传输格式，用户可以根据自己需要组织数据传送，提高了编程的灵活性。
[0148]
处理器采用型号为msp430f149的单片机，并与g200模块的通信通过串口实现，g200接收到服务器传来的参数设置命令后自动转发给单片机，单片机缓冲区写满后，串口发出中断信号提示cpu收取数据，并修改相关模块的参数。
[0149]
图4示出了与空气质量状况监测方法相对应使用的系统，该系统终端节点和处理器，处理器与喷灌系统的服务器通过gprs网络建立通信，通过使用gprs网络传输数据，便于终端节点的大量部署、节省了成本、可靠性高。并通过采用以msp430f149单片机为核心的模块化设计，使用灵活、便于传感器更换和调试，提高了测量精度。针对空气质量状况监测数据而言，处理器可灵活调用和添加，提高了系统的通用性，并且整个空气质量状况监测系统工作稳定，能够实现大面积空气质量实时监测的功能。
[0150]
请参阅图6，提出了一种土壤的含水率监测方法，具体过程如下：
[0151]
s10121、各个预设监测采集点位的采集单元分别将所采集的土壤含水率信息发送至路由节点单元；
[0152]
s10122、路由节点单元将与每个采集单元相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元；
[0153]
s10123、网关节点单元接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存；
[0154]
请参阅图7-8，土壤的含水率监测通过土壤的含水率监测系统完成，其中，土壤的含水率监测系统包括采集单元1211、路由节点单元1212和网关节点单元1213；
[0155]
采集单元1211用于采集该点位的土壤含水率信息并发送至路由节点单元；
[0156]
路由节点单元1212与采集单元1211通过无线网络建立通信连接，路由节点单元1212用于将每个采集单元1211相对应的土壤含水率信息转发至网关节点单元1213，路由节点单元1212位于采集单元1211和网关节点单元1213之间，转发来自相应采集单元1211的土壤含水率信息，当路由节点单元1212收到数据传送的指令后，向网关节点单元1213发送闪存中保存的对应采集单元1211某一段时间内的测量值；
[0157]
网关节点单元1213与路由节点单元1212以及生态指标监测系统建立无线通讯连接，网关节点单元1213用于接收土壤含水率信息并对土壤含水率信息整理、储存；
[0158]
采集设备包括无线模块12111、传感器模块12112和电源模块12113，无线模块12111用于与路由节点单元1212建立无线通讯数据传输，传感器模块12112预先设置在绿地区域内的各个监测采集点位，用于对该监测采集点位的土壤含水率信息进行测量，电源模块12113用于为无线模块12111和传感器模块12112电源供应；
[0159]
无线模块12111采用信号为cc2430的无线模组，该模组由射频芯片、微控制器、传
感器和外围电路构成，传感器模块12112采用型号为fds－100土壤含水率传感器，fds－100测量原理是fdr频谱法，量程为0～100％土壤单位体积含水率，测量精度为
±
3％，需要提供7～12v的工作电压，响应时间小于1s，测量稳定时间为2s，完成测量后输出电压为0～2v，具体输出值随土壤单位体积含水率变化；
[0160]
本实施例所提出的土壤含水率监测方法以及相应的系统组成，能够对绿地区域内的土壤含水率实时在线监测，同时为生态指标监测系统提供各区域的土壤含水率信息，为整个喷灌系统的运作提供准确的数据支持，并辅助服务器做出相应的喷灌作业判断，能够及时合理的判断出绿地区域内哪些地方为干旱需要浇灌区域或含水率充足不需要浇灌区域，能够做出及时并且精准的判断结果并发出控制信号，从而满足了对绿地内绿植的浇灌需求。
[0161]
请参阅图9，示出了数据分类方法的流程图，其中数据分类方法包括以下过程：
[0162]
s1021、建立初始数据分类模型，通过描述给定的数据集合或者概念集合，建立一定的假设，给出假设的具体数学描述并根据假设分析训练集的特征及所属类别，归纳出每个类别的特征属性，给出每个类别的准确表述，即分类规则；
[0163]
利用分类规则的集合构造出初始数据分类模型，若这一步中给定的数据样本带有类别标签，则称这一模型的建立过程为监督学习，否则称这一过程为无监督学习，根据假设的不同则分为了各种各样不同的模型；
[0164]
s1022、对己建立的初始数据分类模型进行验证，将预先给定数据集分为两份，使用其中一份数据集作为测试集，其余数据集作为训练集，将训练数据集导入初始数据分类模型中进行训练后得到标准数据分类模型；
[0165]
s1023、将测试数据集导入标准数据分类模型中并对其类别标签进行预测，通过比较模型预测得到的标签及测试数据的真实标签从而对模型的准确率进行评估验证，若模型的准确率达到指定的要求，则可以利用所建立标准数据分类模型的分类规则对未知的样本数据集进行分类，注意这一步不应该使用建立模型的样本数据来进行评估，而应该使用未使用的数据进行评估；
[0166]
s1024、获取生态指标监测数据集；
[0167]
s1025、将生态指标监测数据集导入至标准数据分类模型中进行数据分类；
[0168]
s103、调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值，标准生态指标范围数据阈值为该区域内适合绿地生长的基准数据，经过试验得出的适合绿地生长的标准数据，并预先存入至数据库中。
[0169]
请参阅图13，示出了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌装置，包括：
[0170]
获取模块101，获取模块101用于获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0171]
监测数据分类库建立模块102，监测数据分类库建立模块102用于根据生态指标监测数据建立监测数据分类库；
[0172]
调取模块103，调取模块103用于调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值；
[0173]
单独比对模块104，单独比对模块104用于将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
[0174]
土壤含水率分析模块105，土壤含水率分析模块105用于再次对土壤含水率进行分
析，若土壤含水率低于预设的土壤含水率度阈值，则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业；若土壤含水率高于预设的土壤含水率度阈值，则停止喷灌作业。
[0175]
本实施例的基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统用于实现前述多个方法实施例中相应的基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0176]
通过本实施例，在服务器对生态指标数据进行比对后出现无需喷灌的状况，此时服务器再次调取各区域中监测点位的土壤含水率数据，根据土壤含水率判断各个区域内是否存在低含水率或者干旱现象，由此服务器根据各个数据分析判断并控制喷灌系统进行定点分区域执行喷灌作业，对低含水率以及干旱的区域额外进行喷灌，由此避免出现由于平均数据而导致的遗漏现象，从而达到对绿地内绿植进行合理浇灌的目的，保证了每个绿植的生长用水需求。
[0177]
实施例三
[0178]
请参照图15-17，示出了根据本发明实施例三的一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法，该方法通过对绿地的生态指标实时在线监测来达到控制喷灌系统对绿地不定时性喷灌，喷灌系统采用收集的雨水再生并结合绿化用水提高水资源的合理利用率，该喷灌方法包括以下过程：
[0179]
s101、获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0180]
s102、根据生态指标监测数据建立监测数据分类库，通过数据分类方法对生态指标监测数据进行分类，监测数据分类库中包含空气质量状况内所包含的各项监测数据以及土壤的含水率，其中空气质量状况内所包含的各项监测数据包括空气中的各项成分、空气湿度、温度，空气中的各项成分包括o3、so2、no2、pm10、苯、甲苯、二甲苯、hno2、no3、hg、n2o、甲醛；
[0181]
s104、将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
[0182]
若生态指标数据超出标准生态指标范围数据阈值，则返回至步骤s101；
[0183]
若生态指标数据低于标准生态指标范围数据阈值则向喷灌系统发出控制信号执行喷灌作业。
[0184]
s106、分析空气湿度是否在预设空气湿度范围内，若空气湿度超出预设阈值，则联网获取天气状态，若预计当日内有雨水天气则获取预计有效降水量，并通过预计有效降水量、土壤含水率计算得出喷灌量，其中喷灌量的计算方式如下：
[0185]
水分平衡是指某一时段内某一土壤容积中进入的水分与流出的水分的差额，即一定时段内的土壤水分状况，绿地水分平衡方程式可以写成：
[0186]
w＝pe i m n-e
t-lg[0187]
式中w为该时段内土壤含水量的变化，pe为预计有效降水量，i为喷灌量，m为毛管上升水量，n为水汽凝结量，e
t
为绿地蒸散量，lg为地下渗漏量。
[0188]
上述方程式项目全面，如果各分项都能精确测量或计算，其结果就会很精确，但实际上，有些项目很难精确测定，所以我们在实际应用中可以根据实际情况，加以简化，适量取舍，选择影响大的主要项目，忽略一些不重要的方面。
[0189]
在地下水位大于3m的地方毛管上升水量m可以不予考虑，在北方特别是冬春季节降水量比较少的地区，地下渗漏量lg可忽略不计，在干旱半干旱地区水气凝结量n一般很小，也可以忽略，绿地蒸散量e
t
可以用修订过的彭曼公式进行计算，这样农田水分平衡方程式可简化为：
[0190]
w＝pe i-e
t
[0191]
预计有效降水量pe指入渗到土壤中能够为植物实际利用的降水量，一般应从自然降水中减去径流量和植物截留量，因此pe可以表示为：
[0192]
pe＝p(1-β)-i
p
[0193]
式中p为自然降水量，β为径流系数，i
p
为植物截留量，在平原地区降水量不大的情况下，绿地中的径流量一般可以不予考虑，植物在不同生长阶段以及不同的生长状况下的截留量是不同的，在苗期可忽略不计，一般以植物群落大小可取截留量为3～5mm，这样在测得有效降水量和计算出绿地蒸散量以后，就可以用喷灌水量的变化来调节土壤的水分变化，使土壤水分能够满足植被生长的需要。
[0194]
喷灌量是指在一定时期内为满足作物生长需要而补足的水量，它是建立在土壤水分变化基础之上的，如果土壤水分在适宜指标下限以下，则应该进行喷灌，喷灌后计划层的土壤水分期望值应设定在适宜指标上限之上，一般以绿地持水量的85％为喷灌上限，计划层是指喷灌后期望其能影响到的土壤深度，因不同的植被，不同的发育期而不同。喷灌计划层深度在前期根系较浅可取50cm、中期稍深为70cm、后期可取100cm，这样喷灌量计算公式可表示为：
[0195]
i＝1/1.5(0.085h
·d·
c-w
(t)
)
[0196]
式中i为喷灌量m3/667
㎡
，h为计划层土壤深度cm，d为土壤容量g/
㎝3，c为绿地持水量，以占干土重的百分比来表示，取其分母，w
(t)
为计划层土壤水分储存量预报值mm，可通过下表的数值进行参考取值：
[0197][0198][0199]
喷灌量i是指净喷灌量，即为满足植被需求而必须补给的水量，不包括损失量，在一定面积上可以被利用的喷灌水量和总水量之比，称之为喷灌效率，是一个地区喷灌设施和技术的重要指标。
[0200]
本实施例通过合理的喷灌方式和喷灌量来保持绿地的水分平衡，解决由于自然降水的季节分配与植被生长上的水分需求不相适应的问题，能够合理考虑自然降水量的影响因素，避免出现喷灌量增多而导致出现涝灾的现象，同时可以达到经济用水、节约水资源、
提高效益的目的。
[0201]
请参阅图16，示出了一种基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌装置，包括：
[0202]
获取模块101，获取模块101用于获取该区域内的生态指标数据，生态指标数据包括该区域内的空气质量状况以及土壤的含水率；
[0203]
监测数据分类库建立模块102，监测数据分类库建立模块102用于根据生态指标监测数据建立监测数据分类库；
[0204]
调取模块103，调取模块103用于调取数据库中的标准生态指标范围数据阈值；
[0205]
单独比对模块104，单独比对模块104用于将监测数据分类库中的空气质量状况数据以及土壤含水率与数据库中的标准生态指标范围数据阈值单独比对；
[0206]
空气湿度分析模块106，空气湿度分析模块106用于分析空气湿度是否在预设空气湿度范围内，若空气湿度超出预设阈值，则联网获取天气状态，若预计当日内有雨水天气则获取预计有效降水量。
[0207]
本实施例通过合理的喷灌方式和喷灌量来保持绿地的水分平衡，解决由于自然降水的季节分配与植被生长上的水分需求不相适应的问题，能够合理考虑自然降水量的影响因素，避免出现喷灌量增多而导致出现涝灾的现象，同时可以达到经济用水、节约水资源、提高效益的目的。
[0208]
本实施例的基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌系统用于实现前述多个方法实施例中相应的基于绿地生态指标监测的雨水再生喷灌方法、装置，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0209]
能够对绿地区域内的生态指标数据进行实时在线监测，同时根据生态指标数据进行判断是否对绿植进行浇灌，并通过再生水系统对雨水进行收集、处理以及存储，在根据生态指标判断需要对绿植进行浇灌时能够优先采用再生水进行喷灌，由此能够合理利用水资源，降低对于水资源的损耗。
[0210]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于以上各实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0211]
以上实施方式对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。