一种智慧园林水肥灌溉优化方法和系统与流程

本技术涉及园林管理，尤其涉及一种智慧园林水肥灌溉优化方法和系统。背景技术：1、园林绿化是城市生态环境建设的重要组成部分，它不仅能够美化城市风貌，提高人们的生活质量，还能够调节城市气候，净化空气，保护生物多样性。为了保持园林植物的健康生长，需要定期进行灌溉和施肥，以满足植物对水分和养分的需求。然而，传统的园林灌溉和施肥方式存在一些问题：灌溉和施肥的时间、频率、量和比例难以控制，容易造成水肥浪费或不足，影响植物的生长效果和品质；灌溉和施肥的方式单一，不能根据不同的植物种类、生长阶段和环境条件进行灵活调整，不能充分发挥水肥的协同效应；灌溉和施肥的过程需要人工操作，劳动强度大，效率低，成本高，难以适应大规模的园林绿化需求。2、因此，如何实现水肥的精准配比、定时定量、自动控制，同时根据植物的生长状态和环境条件进行调节，提高水肥利用率，降低运行成本，提升园林绿化的效果和质量，已经成为亟需解决的问题。技术实现思路1、为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本技术的目的在于针对上述问题，提供一种智慧园林水肥灌溉优化系统，包括采集层、网络层、水肥管网系统和云分析平台，其中，采集层包括多个传感节点，用于实时监测土壤和气象参数；水肥管网系统用于输送水肥，实现植被的浇灌施肥；网络层包括多个无线通信模块，负责将采集层的数据传输到云分析平台；云分析平台具有传感网络调度、遥感影像处理和植被生长动态预测三个子模块，用于针对不同地块的实际情况和植物类型，预测植被生长动态，计算精准水肥需求，制定浇灌方案，实现方案评估反馈和优化建议，并下发控制指令，实现水肥管网系统的自动化和智能化管理。2、本技术的目的还在于提供一种智慧园林水肥灌溉优化方法，该水肥灌溉优化方法基于上述智慧园林水肥灌溉优化系统，包括以下步骤。3、步骤1，根据园林的实际情况制定灌溉方案。4、步骤2，选择合适的水源和肥料，并按照灌溉方案进行配兑，溶解为相应配比的水肥。5、步骤3，建立与云分析平台相连的水肥管网系统，执行步骤1制定的灌溉方案。6、步骤4，利用卫星遥感数据，对园区植被的覆盖度、生物量、叶面积指数以及叶绿素含量进行定量分析，评估植被的健康状况和生态功能。7、步骤5，考量水肥资源投入产出比例和环境影响因素，评价精准水肥灌溉方案的可持续性效果。8、进一步的，制定灌溉方案的具体步骤为：在园林各区域布设传感节点，实时监测土壤和气象参数，并将监测数据传输至云分析平台；在云分析平台搭建大数据分析系统，基于植被生长模型，预测植被生长动态和水肥需求，制定出适合不同区域及植被类型的精准水肥灌溉方案。9、进一步的，在园林各区域布设传感节点的具体步骤为。10、根据园林的面积、地形以及植被特点，合理规划传感器的数量、位置和分布。11、安装传感器，并连接无线通信模块。12、配置传感器的采样频率、上报间隔、工作模式参数。13、将传感器的数据通过无线通信模块传输至云分析平台。14、进一步的，基于植被生长模型，预测植被生长动态和水肥需求的具体步骤为。15、根据植被的类型、结构、功能和分布特征，确定植被生长模型的输入参数和输出指标。16、获取植被生长所需的环境数据，以及植被的初始状态和管理措施。17、运行植被生长模型，模拟植物在一定时间尺度内的生长变化，输出植物的状态变量和过程变量。18、根据植被生长模型的输出，预测植被的生长动态和水肥需求，分析植物的生长速度指标、生长周期指标和生长量指标，以及植物对水分和养分的消耗和需求，确定灌溉水量和施肥量的比例、时间以及频率参数。19、进一步的，步骤3包括以下步骤。20、选择合适的管道材料，根据灌溉流量和压力，设计干管、支管、毛管的数量、位置和管径。21、安装包括电磁阀、压力传感器与流量传感器在内的控制设备，与云分析平台进行无线通信，实现远程控制和监测。22、安装灌水器，根据园林植物的需水和需肥特点，将水肥混合液均匀地输送到相应区域。23、根据云分析平台的指令，自动开启或关闭控制设备，实现定时和定量的水肥灌溉，满足园林植物的水肥需求，提高水肥利用率。24、进一步的，步骤4包括以下步骤。25、根据园区的地理位置、面积、植被类型和分布特征，确定卫星遥感数据的分辨率、波段、时相和覆盖范围。26、对卫星遥感数据进行预处理，包括辐射定标、大气校正、几何校正、裁剪和重投影，使数据具有一致的空间分辨率、投影系统和范围。27、利用预处理后的卫星遥感数据，计算植被覆盖度指标、生物量指标、叶面积指数指标和叶绿素含量指标。28、对计算得到的指标进行统计分析，分析指标之间的关系和变化趋势。29、根据指标的分布特征和生态意义，采用综合评价法对园区的植被进行健康状况和生态功能的评估。30、进一步的，计算植被覆盖度指标、生物量指标、叶面积指数指标和叶绿素含量指标的具体步骤为。31、根据公式evi = g×（nir-r）/（nir＋c1×r-c2×b＋l）进行运算，得到增强型植被指数evi的影像和数值，对影像进行分类和统计，分析增强型植被指数evi的分布和变化，其中g、c1、c2和l是常数，nir是近红外波段的反射率，r是红光波段的反射率，b是蓝光波段的反射率。32、根据增强型植被指数evi和植被参数的模型关系，计算植被覆盖度指标、生物量指标、叶面积指数指标和叶绿素含量指标，使用像元二分模型评价植被的生长状况和生态功能，其中，植被覆盖度的计算公式为：vfc=(s-ssoil)/(sveg-ssoil)，其中，vfc表示植被覆盖度，s表示遥感信息，ssoil和sveg分别表示土壤和植被的纯像元信息；生物量指标的计算公式为：a=a×evib，其中，a表示生物量，evi表示增强型植被指数，a和b是模型参数，通过线性回归的方法确定；叶面积指数的计算公式为：lai=c×evid，其中，lai表示叶面积指数，evi表示增强型植被指数，c和d是模型参数，通过线性回归的方法确定；叶绿素含量的计算公式为：chl=e×evif，其中，chl表示叶绿素含量，evi表示增强型植被指数，e和f是模型参数，通过线性回归的方法确定。33、进一步的，步骤5包括以下步骤。34、采用投入产出分析法，计算园林水肥资源的流动情况，分析水肥资源的虚拟占用和隐含碳排放。35、采用多目标优化模型，综合考虑水肥资源的节约、园林景观的提升和环境质量的改善，求解精准水肥灌溉方案的最优解。36、采用灵敏度分析法，评估精准水肥灌溉方案对不同参数变化的响应，确定关键影响因素和不确定性范围。37、采用可持续性评价法，综合评价精准水肥灌溉方案的可持续性效果，提出优化建议和改进措施。38、进一步的，投入产出分析法中，将水肥资源视为投入，园林景观效果和生态环境效益视为产出，通过建立投入产出表，计算出水肥资源的流动情况，分析水肥资源的虚拟占用和隐含碳排放，其中，水肥资源的流动情况：fhj=ahjxj，其中，fhj表示第h种投入在第j种产出中的流动量；ahj表示第h种投入在第j种产出中的技术系数，反映了第h种投入在第j种产出中的直接消耗系数；xj表示第j种产出的总量，反映了第j种产出的总投入；水肥资源的虚拟占用：vhj=fhj/yj，其中，vhj表示第h种投入在第j种产出中的虚拟占用系数，反映了每单位产出所占用的投入量；yj表示第j种产出的最终需求，反映了第j种产出的总产出；水肥资源的隐含碳排放：ehj=fhjeh，其中，ehj表示第h种投入在第j种产出中的隐含碳排放量，其中eh表示第h种投入的碳排放系数，反映了每单位投入所产生的碳排放量。39、多目标优化模型中，将水肥资源的节约、园林景观的提升、环境质量的改善作为三个目标函数，分别用水肥用量的总和f1(x)、灌溉区域的绿化覆盖率f2(x)和环境污染指数f3(x)表示，x表示每个灌溉区域的水肥用量，是一个2n维的向量，n是灌溉区域的个数，其中：f1(x)=σi=1n(x2i−1＋x2i)，f2(x)=(-1/n)×σi=1ngi(x2i−1,x2i)，f3(x)=(1/n)×σi=1npi(x2i−1,x2i)，x2i−1和 x2i分别表示第 i 个灌溉区域的水用量和肥用量，i=1,2,…,n；gi(x2i−1,x2i)是第 i 个灌溉区域的绿化覆盖率，是水肥用量x的函数，一般来说，水肥用量越大，绿化覆盖率越高，但也有一定的上限和下限；pi(x2i−1,x2i) 是第 i 个灌溉区域的环境污染指数，它也是水肥用量x的函数，一般来说，水肥用量越大，环境污染指数越高，但也有一定的阈值和变化率；约束条件为：l2i-1≤x2i−1≤u2i-1,i=1,2,…,n；l2i≤x2i≤u2i,i=1,2,…,n；其中，l2i−1，u2i−1，l2i，u2i是水肥用量的下限和上限；综上，多目标优化模型的公式表示为：minf(x)=(f1(x),f2(x),f3(x))t；s.t. l2i-1≤x2i−1≤u2i-1,i=1,2,…,n；l2i≤x2i≤u2i,i=1,2,…,n。40、灵敏度分析法中，将精准水肥灌溉方案的效果y作为输出，将水肥资源的投入量m1、气候条件m2、土壤特性m3作为输入，其中：s(m1,y)=(∂y/∂m1)×(m1/y)，s(m2,y)=(∂y/∂m2)×(m2/y)，s(m3,y)=(∂y/∂m3)×(m3/y)，其中，∂y/∂m1是y对m1的偏导数，m1/y是m1和y的比值；∂y/∂m2是y对m2的偏导数，m2/y是m2和y的比值；∂y/∂m3是y对m3的偏导数，m3/y是m3和y的比值；s(m1,y)表示 y 对 m1 的灵敏度，即当m1改变一定比例时，y 的相对改变量的比例；s(m2,y)表示 y 对 m2 的灵敏度，即当m2改变一定比例时，y 的相对改变量的比例；s(m3,y)表示 y对 m3 的灵敏度，即当m3改变一定比例时，y 的相对改变量的比例。41、可持续性评价法中，将精准水肥灌溉方案的经济效益、社会效益、环境效益作为可持续性评价的三个维度，其中，可持续性评价的综合指标为：i=w1e经济＋w2s社会＋w3h环境，其中，e经济为经济效益指标，s社会为社会效益指标，h环境为环境效益指标，w1，w2，w3分别为经济效益指标、社会效益指标、环境效益指标的权重，满足w1＋w2＋w3=1。42、与现有技术相比，本技术至少具有如下技术效果或优点。43、本技术通过制定精准的水肥灌溉方案，实现资源的优化配置，并利用远程监控的方式确保方案的调整执行；同时从经济、社会和环境方面进行定量评估和优化，为园林的可持续管理提供支持。