用于灌溉控制和数据管理的系统、方法和设备与流程

用于灌溉控制和数据管理的系统、方法和设备
1.相关申请
2.本技术要求2020年5月7日提交的美国临时申请no.63/021,175的优先权。
技术领域
3.本发明总体上涉及灌溉数据管理系统。更具体地，本发明涉及用于在机械化灌溉系统内收集、处理及显示系统数据和控制指令的系统、方法和设备。


背景技术：

4.现代的土地灌溉机器是驱动系统和喷洒系统的组合，喷洒系统通常包括由若干段管道(通常是镀锌钢或铝)构成的架空(overhead)喷洒灌溉系统，这些管道接合在一起、由桁架支撑、安装在轮式塔状件上，其中，喷洒器沿着其长度定位。在灌溉期间，灌溉机器处理并创建与喷嘴、传感器、驱动器和其他部件的操作有关的大量数据。此外，多个灌溉机器经常一起使用，并且创建多个命令、传感器和控制数据流。
5.目前，由灌溉机器及其支持部件(即泵、田间传感器等)产生的数据的收集、处理和分析在很大程度上仍然是临时的和未集成的。因此，现代灌溉系统的数据和命令/控制协调潜力仍未得到充分利用。
6.为了克服现有技术的局限，需要一种能够有效地收集、处理、分析及集成由现代灌溉机器所消耗及产生的大量数据的系统。此外，需要一种允许对分布在多个灌溉位置的每个灌溉机器及灌溉机器的支持部件进行集中命令和控制的系统。


技术实现要素：

7.为了使现有技术中发现的限制最小化，以及使在阅读申请文件时明显的其他限制最小化，本发明提供了一种用于在机械化灌溉系统内收集、处理和显示系统数据和控制指令的系统、方法和设备。
8.根据优选实施方式，本发明优选地包括灌溉控制系统和数据收集模块。根据另外的实施方式，数据收集模块优选地对来自传感器和控制系统的系统数据进行接收及存储，传感器和控制系统包括：湿度传感器、浇灌系统、驱动系统、气候传感器和电气系统。
9.根据另外的优选实施方式，本发明的系统优选地包括系统控制模块，该系统控制模块将系统控制指令传输至系统部件。根据另外的优选实施方式，本系统优选地还包括显示模块，该显示模块提供图形用户界面的显示，该图形用户界面显示了系统数据并提供可选择的控制指令。
附图说明
10.图1示出了根据本发明的第一优选实施方式的示例性灌溉系统。
11.图2示出了根据本发明的方面的将第一组土地信息合并的示例性交互式显示。
12.图3示出了根据本发明的方面的将第二组土地信息合并的示例性交互式显示。
13.图4示出了根据本发明的方面的将第三组土地信息合并的示例性交互式显示。
14.图5示出了根据本发明的方面的将第四组土地信息合并的示例性交互式显示。
15.图6示出了根据本发明的方面的将第五组土地信息合并的示例性交互式显示。
16.图7示出了根据本发明的方面的将第六组土地信息和第七组土地信息合并的示例性交互式显示。
17.图8示出了根据本发明的方面的将第八组土地信息合并的示例性交互式显示。
18.图9示出了根据本发明的方面的将第九组土地信息合并的示例性交互式显示。
19.图10示出了根据本发明的方面的将第十组土地信息合并的示例性交互式显示。
20.图11示出了根据本发明的方面的将第十一组土地信息合并的示例性交互式显示。
21.图12示出了根据本发明的方面的将第十二组土地信息合并的示例性交互式显示。
22.图13示出了根据本发明的方面的将第十三组土地信息合并的示例性交互式显示。
23.图14示出了根据本发明的方面的将第十四组土地信息合并的示例性交互式显示。
具体实施方式
24.现在详细参考在附图中示出的本发明的示例性实施方式。在可能的情况下，相同的附图标记将在整个附图中使用来指代相同或相似的部分。描述、实施方式和附图不应被视为限制权利要求的范围。还应当理解的是，在整个本公开中，除非在逻辑上另有要求，否则在过程或方法被示出或描述的情况下，可以以任何顺序、重复、迭代或同时执行该方法的步骤。正如在本技术中所使用的，用词“可以”是在允许的意义上使用的(即，意思是“有可能”)，而不是强制性的意义(即，意思是“必须”)。
25.此外，本文中给出的任何示例或说明不应以任何方式被视为对与这些示例或说明一起使用的任何一个或更多个术语的约束、限制或表述限定。相反，这些示例或说明仅被视为说明性的。本领域的普通技术人员将理解的是，与这些示例或说明一起使用的任何术语将涵盖其他实施方式，这些实施方式可能会或可能不会与这些示例或说明一起给出或在申请文件的其他地方给出，并且所有这些实施方式都旨在被包括在术语的范围内。
26.本文中使用的术语“程序”、“计算机程序”、“软件应用程序”、“模块”等被限定为设计成用于在计算机系统上执行的指令序列。程序、计算机程序、模块或软件应用程序可以包括子例程、函数、过程、对象实现、可执行的应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、对象代码、共享库、动态链接库和/或其他设计成用于在计算机系统上执行的指令序列。如本文中所限定的，数据存储装置包括允许计算机从该数据储存装置中读取数据的许多不同类型的计算机可读介质以及网络电路内的信号，数据存储装置包括易失性存储器，比如ram、缓冲器、高速缓冲存储器。
27.本文中描述的系统和方法的方面可以实现为在功能上被编程到各种电路中的任一电路中，各种电路包括可编程逻辑装置(pld)、具有存储器的微控制器、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统和方法的方面可以体现在微处理器中，所述微处理器具有基于软件的电路仿真、离散逻辑(系列和组合)、定制装置、模糊(中性网络)逻辑、量子设备和任何上述装置类型的混合物。此外，所公开的实施方式的功能可以在一个计算机上实现，或者，在网络或云中在两个或更多个计算机之间共享/分布。
28.实现实施方式的计算机之间的通信可以使用任何电子、光学、射频信号或与已知
网络协议相符合的其他合适的通信方法和工具来实现。例如，本发明可以包括射频模块，该射频模块用于接收和发射电磁波、实现电磁波与电子信号之间的转换、以及与通信网络或其他设备进行通信。射频模块可以包括各种现有的执行功能的电路元件，比如天线、射频收发器、数字信号处理器、加密/解密芯片、用户识别模块(sim)卡、存储器等。射频模块可以与各种网络、比如互联网、内联网、无线网络进行通信，并且经由无线网络来与其他装置进行通信。
29.图1示出了可以与本发明的示例实现形式一起使用的灌溉系统的部件/元件的示例性构型。如应当理解的，图1中所示的灌溉系统仅是示例性系统，本发明的特征可以结合到该系统上。因此，图1旨在是纯粹说明性的并且是多种系统中的任一种系统，其中，可以不受限制地使用具有各种混合部件和元件中的任一部件和元件。
30.现在参照图1，示例性灌溉系统100可以优选地包括数据输入系统102，该系统102包括来自连结至多个独立灌溉机器106、108、110的传感器和系统的数据输入部。独立灌溉机器106、108、110可以各自包括独立灌溉控制系统113，该独立灌溉控制系统包括输入部/输出部，以对各个灌溉机器的操作、位置和状态进行控制及监测。这些输入部/输出部可以优选地包括所有系统传感器的针对下述各者的主动监测器111：灌溉系统位置、灌溉跨接件(irrigation span)之间的角度偏移、行进速率、灌溉跨接件的位置和对准、水的流速、压力读数、端部枪角度、喷嘴工作周期等。此外，每个灌溉机器106、108、110的控制系统113优选地可以接收本地信号以及可以被关联至本地机器控制器的远程信号，以对每个相应的灌溉机器106、108、110的操作的一个或更多个方面进行控制。成组的灌溉机器可以布置在给定土地的相邻区域中，或者可以彼此远离。
31.如另外所示的，示例性灌溉系统100可以优选地包括独立于示例性灌溉机器106、108、110的关于各种土地和系统部件104的关联件。根据优选实施方式，这些系统104可以例如包括往返于下述各者的数据和控制信号：泵控制器112、气候传感器114、原位土地传感器116(例如湿度传感器)、泵控制水位传感器118、以及远程土地传感器119(例如卫星、无人机或其他空中传感器)。根据另外优选的实施方式，本发明的示例性灌溉系统100可以包括关于所布置的粮仓传感器122等的附加关联件，如下面另外讨论的。
32.如图1中所示，本发明的监测及控制系统中的每一者优选地可以与各种其他远程监测及控制系统中的任一者通信。根据优选实施方式，所有系统数据可以集成在宿主服务器120内，该宿主服务器120优选地对数据进行关联及集合以供个人用户访问。如所示的，这些其他远程监测及控制系统可以包括例如远程计算机监测件124，该远程计算机监测件124可以由操作者或管理服务器来监测及控制。此外，远程监测及控制系统可以包括管理装置和平台128比如便携式计算机、掌上电脑、智能手机和平板电脑。这些装置124、128可以与宿主服务器120直接接合，以及/或者，这些装置124、128可以经由无线连接器/调制解调器(直接或经由宿主互联网服务器126等)直接与各个数据输入部102和土地/系统104、122交换数据。此外，从系统100收集的所有数据可以被存储并且从一个或更多个其他系统/数据库125访问。
33.现在参照图2至图14，提供了示例性交互式显示，以说明本发明的各种模块的操作以及关于用于监测及控制目的的结构数据的显示形式(例如网页)。根据优选实施方式，可以优选地提取、关联及显示所收集的数据和控制输入，从而对多个图形用户界面(gui)进行
集成以允许操作者以图形方式接收系统状态数据。另外，本发明的gui优选地允许操作者查看及选择控制输入，以控制本发明的一个或更多个子系统的操作。
34.现在参照图2，示出了将第一组土地信息合并的第一示例性交互式显示200。如所示的，第一示例性交互式显示200包括成组的显示202至206，所述成组的显示表示较大的土地区域内的一系列相邻机器的数据。如所示的，示例性显示202至206提供了每个灌溉机器的状态的视觉表示，包括主枢转件和角臂的位置214和方向215。角臂角度位置216也可以以数字的方式被显示。对于每个枢转件，显示202至206还可以优选地包括视觉指示218，该视觉指示218显示用于每个灌溉机器的监测数据，监测数据比如为如下数据：电压水平、能量消耗率、系统误差、灌溉水平(例如以英寸为单位的灌溉深度)、以及剩余土地容量的百分比的指示。在同一显示200内，本发明的系统优选地还可以对任何被监测的土地系统的状态进行显示，比如对一个或更多个泵208的状态进行显示。如所示的，泵状态208可以包括系统压力210的指示以及其他系统状态指示器220，其他系统状态比如为电压水平、能量消耗率、开/关状态、通信信号的强度等。
35.现在参照图3，示出了第二示例性交互式显示300，该交互式显示300包括被监测的土地物品的不同组合。如所示的，所显示的物品包括成组的中央枢转式灌溉机器302至308的显示以及线性枢转式机器310的显示。如所示的，线性枢转式机器310的显示优选地可以包括线性灌溉机器在给定土地上的进度的图形指示312以及该线性灌溉机器的数字显示314。物品显示302至310还可以包括数字数据316的附加显示比如：灌溉与未灌溉的土地百分比/长度/面积、所选择的灌溉程序；当前程序中经过的时间、距下一个程序的时间、来自多个压力传感器的读数等。
36.图4提供了第三示例交互式显示400，该交互式显示400包括所选择的被监测的泵402、404、406的显示和土壤湿度探测器408、410、412的显示。如所示的，位于给定地点处的多个泵406可以被一起显示。对于土壤湿度探测器，每个gui/显示器可以显示比如下述附加数据：一段时间内的实际湿度水平和平均湿度水平414、田间饱和度和再填充水平416、418(作为百分比或实际压力读数)、以及其他数据420比如电压水平和多个探测器读数(比如在多于一个土壤探测器用于湿度读数的情况下)。
37.图5提供了第四示例交互式显示500，该交互式显示500包括所选择的储存件/粮仓502、504的显示以及示出为水箱的示例性通用竖向箱506的显示。如所示的，每个粮仓502、504的显示可以包括内部温度508、粮仓储存水平510等的图形显示。此外，粮食储存显示可以包括附加的状态数据512、514，比如：风扇的开/关状态、内部和外部的湿度/温度、所测量的降水量等。其他竖向罐506的显示可以包括指示填充百分比的图形/gui516、所填充的量的数字显示517和附加数据518比如：内部压力、温度、风测量和降水水平。
38.现在参照图6，示出了将第五组土地信息合并的示例性交互式显示600。如所示的，示例性交互式显示600包括发动机数据的显示602、604(两者用于驱动发动机和发电机)。如所示的，各个被监测的发动机的显示602、604可以包括指示发动机状态(即运行或停止)的图标/gui 610以及该发动机状态的字母数字显示。还可以显示附加的发动机数据比如：所消耗的能量、电压水平605和发动机温度608。
39.现在参照图7，提供了显示第六组土地信息和第七组土地信息的交互式显示700。如所示的，示例性交互式显示702、704可以包括气候数据702比如：温度、风寒、湿度、风速、
风向、太阳辐射和降雨量。附加的显示704可以包括一起被收集、格式化及显示的通用的和单个的传感器数据，包括：气候数据、流量计数据、湿度传感器数据、系统功率数据、电压水平等。
40.现在参照图8，示出了替代性的成组的交互式显示800。具体地，可以对显示802至812进行调节，以提供给定土地的一系列图形显示。如第一显示802中所示的，用户可以选择土地的图形显示，比如选择给定土地区域的俯视图像。替代性地，可以使用混合显示804，该混合显示包括俯视显示和矢量图形显示。如第三混合显示806中所示，可以以可调节的方式来选择显示的将俯视图像和矢量图形图像结合的部分，以提供多种图像类型的组合。替代性地或与其他图像(光栅和矢量两者)结合地，图形显示可以对图表图形808、810、812(例如比如，饼图)进行集成，这些图表图形可以表示所收集的数据，比如表示在给定土地的不同区域中检测到的不同土壤湿度水平。
41.如显示808至812中另外所示的，附加数据还可以包括每日灌溉建议814(例如，以英寸为单位的灌溉深度)以及指示剩余土地容量百分比的代表性形状816。如所示的，每日灌溉建议可以叠加在代表性形状816上，以提供组合信息的有效视图。土地容量也可以用数字表示。优选地，代表性形状816可以基于圆形(或其他形状)，该圆形根据土壤湿度状态从完整的圆形变为新月形。形状816也可以被着色并且还可以改变颜色、阴影和/或强度以指示土壤湿度的不同水平。
42.现在参照图9，提供了示例性交互式显示900，该交互式显示900示出了示例土地的俯视图像902。如所示的，图像902的细节优选地是可调节的，使得可以选择给定的灌溉机器及其周围土地的不同方面以供查看。例如，可以显示或隐藏机器和土地的比如下述数据：喷洒区域、过度喷洒区域、潜在驱动区域、土地边界、喷洒器封装件、vri路径等。此外，可以对土地图像902的不同区域进行阴影化以指示湿度水平、剩余土地容量等。还可以提供插图说明906。
43.图10提供了另一替代性显示1000，该显示1000包括可选元素，比如上面参照图2所讨论的中央枢转件的图形显示1004。此外，可以提供控制gui 1002，以指示各种灌溉机器系统/子系统(例如尾枪、水泵、计时器等)的状态，并允许操作者选择/取消各子系统的操作。还可以包括其他可选择的操作，比如：中途停留位置(slot)选择1006(指示可选择的停止角度)、改变方向时停止的选择1008、自动倒车特征1010等。此外，其他可选的显示和关联数据1012可以包括：系统故障、警告、警报、活动命令、预定命令、命令历史、当前循环状态、装置类型、面板电压等。这些元素中的每个元素可以优选地单独选择以用于查看及控制。图11提供了图10中所示的俯视图形显示1004的放大视图1100。
44.现在参照图12，示出了示例性交互式显示1200，该交互式显示提供了与粮仓监测相关的若干不同图像和gui。如所示的，示例仓1202可以通过图形图像来显示，该图形图像示出了粮仓1202的填充水平并且还显示温度图形/gui。还可以包括气候数据1205等的显示。
45.对于粮仓，可以优选地提供另外的显示1204，该显示1204包括温度传感器读数的图形显示，以示出粮仓内的温度梯度。参照图13，提供了图12中所示的温度显示1204的放大图1300。具体地，放大视图1300包括粮仓内所有温度传感器的竖向列表1302(即，11个在最高水平处，并且1个在最低水平处)。在显示1300中，粮仓内的多个竖向列1304(第1列至第5
列)的温度被示出。优选地，显示1300可以组合并且显示给定粮仓内的设定的竖向水平处的所检测的温度，以提供给定粮仓内的温度梯度的详细视图。如另外所示的，无响应的传感器1305也可以优选地以图形方式进行指示。
46.现在参照图14，提供了另外的示例性交互式显示1400，该交互式显示1400示出了显示土地湿度数据信息的图形的集合，以供用户做出浇水决定。如所示的，提供了指示给定土地内的各种湿度水平的饼图1402。另外，提供了预测图形1404，预测图形1404包括每日灌溉建议(例如，以英寸为单位的灌溉深度)以及表示如上所述的剩余土地容量百分比的代表性形状。还提供了指示气候状况的图形1406。根据优选实施方式，给定的操作者可以优选地选择及布置每个图形的选择，以帮助操作者做出浇水决定。通过所显示的数据，本发明的系统优选地还可以显示一组gui，以允许操作者相应地选择及修改灌溉计划。
47.根据优选实施方式，本发明的系统可以优选地接收来自所包括的各种源的数据，从而允许用户输入数据。优选地，本发明的显示可以优选地对灌溉预测数据进行自动更新并在提前选定天数显示所更新的灌溉预测数据。另外，本发明的系统可以优选地对来自每个被监测的系统的图像、传感器数据和其他状态指示进行连续更新，并且对相关的显示进行自动更新。当新数据被更新或当所检测的数据超出预选阈值时，该系统可以优选地另外向操作者提供警报。
48.本发明的范围不应由所示实施方式确定，而应由所附权利要求及其合法等效物确定。