基于iOS的便攜式多變量農田數據監控儀設計

摘要：針對農田精細化管理的目的，采用了GIS技術(shù)、空間數據處理、WiFi、ARM、蘋(píng)果公司iOS等技術(shù)。建立土壤溫度、濕度、光照強度、光合有效輻射、風(fēng)向風(fēng)速、雨量等數據采集系統，可對采集數據進(jìn)行分析處理和數據模型建立，給出水分監測探頭布設的方式，為農田科學(xué)化精細生產(chǎn)管理提供可靠的、實(shí)時(shí)的保證。在農田試驗表明：此系統可達到節水增產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：GIS；WiFi：ARM；節水增產(chǎn)

近年來(lái)，由于新疆農田生產(chǎn)管理技術(shù)和管理模式停滯不前，農業(yè)生產(chǎn)管理人員水平不一，農情基礎數據信息缺乏，資源不能合理利用和共享，使該區農業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展受到了嚴重的制約。因此，隨著(zhù)農田膜下滴灌等節水灌溉技術(shù)的大面積推廣應用，迫切需要提出與現有的節水灌溉設備、方式和灌溉技術(shù)等相配套的農田生產(chǎn)檢測管理系統，以提升該區農田生產(chǎn)的管理技術(shù)和管理水平。目前國內已開(kāi)發(fā)的一些農田生產(chǎn)管理系統產(chǎn)品，由于沒(méi)有解決農田信息采集的空間變異、農田灌溉、施肥等的智能診斷決策、渠系運行管理知識模型構建等瓶頸問(wèn)題，使農田生產(chǎn)管理系統產(chǎn)品缺乏實(shí)時(shí)性、時(shí)效性和有效性，與灌溉、施肥等自動(dòng)控制設備成為兩張皮，不能真正達到精準控制灌溉、施肥的目的。本系統應用地理信息、空間數據處理、WiFi、藍牙、ARM、iOS等技術(shù)，建立土壤墑情、溫度、PH值等數據采集系統，并進(jìn)行采集數據的分析處理和數據模型建立，研究水分監測探頭布設的方式，為農田生產(chǎn)管理系統的知識模型和決策模型的建立提供可靠的、實(shí)時(shí)的數據支持。最終實(shí)現農田灌溉、施肥、施藥診斷的綜合診斷決策。

1 設計原理
1．1 土地平整度
土地平整工程是土地開(kāi)發(fā)整理項目的核心工程，目的是要達到便于機械化耕作，發(fā)揮機械效率，提高機耕質(zhì)量，灌水方便均勻，利于壓鹽、排水、改良土壤等，滿(mǎn)足作物高產(chǎn)穩產(chǎn)對水分及土質(zhì)的需要。土地平整工程是實(shí)現農田水利化、農業(yè)機械化的重要條件，是建設高產(chǎn)穩產(chǎn)、旱澇保收高標準農田的重要措施，內容包括田塊優(yōu)化布局、田地平整及土壤改良等，其中田地平整是核心內容。田地平整既要符合地面灌溉排水要求，又要便于耕作保水保肥和田間管理，要結合整個(gè)項目區的地形、土地利用方式和水土保持方案等綜合考慮。平整后的田塊應有利于作物的生長(cháng)發(fā)育，有利于田間機械化作業(yè)，有利于水土保持，滿(mǎn)足灌溉排水要求和防風(fēng)要求，便于經(jīng)營(yíng)管理。田面平整精度是田塊設計的一個(gè)重要指標。
在進(jìn)行田塊設計時(shí)，可以用很多指標來(lái)描述其屬性，如田塊的大小、方向、田面平整度、田面坡度等，其中田面平整度(用P表示)和田面坡度(用θ表示)可以用來(lái)表征田塊平整精度。田面平整度是指衡量田面起伏程度的指標，通常用各測點(diǎn)到擬合平面垂直距離的標準差來(lái)表示，平整度的數值越小，說(shuō)明田面起伏越小，田面越平整。田面坡度是指為了滿(mǎn)足田間灌溉的需要而設計的田面沿水流方向傾斜的角度。因此，農田平整精度評價(jià)系統的核心算法包括田面平整度算法和田面坡度算法。
假設土地平整后的擬合平面方程為：Z=AX+BY+C
已知有若干的樣本點(diǎn)，不妨設任意樣本點(diǎn)坐標為：(Xi，Yi，Zi)
根據最小二乘法的思想，樣本點(diǎn)到擬合平面上對應點(diǎn)的距離最小，即達到最佳擬合的目的。因此，考慮求解該距離平方和M的最小值。計算公式如下：

假設土地平整后的擬合平面方程為：Z=AX+BY+C，則求解實(shí)際田面上的某測點(diǎn)到擬合平面垂直距離的計算公式為：

對所有求得的距離求平均值d，以標準差P(cm)作為衡量土地平整度的指標。則：