基于iOS的便携式多变量农田数据监控仪设计

摘要：针对农田精细化管理的目的，采用了GIS技术、空间数据处理、WiFi、ARM、苹果公司iOS等技术。建立土壤温度、湿度、光照强度、光合有效辐射、风向风速、雨量等数据采集系统，可对采集数据进行分析处理和数据模型建立，给出水分监测探头布设的方式，为农田科学化精细生产管理提供可靠的、实时的保证。在农田试验表明：此系统可达到节水增产的目的。
关键词：GIS；WiFi：ARM；节水增产

近年来，由于新疆农田生产管理技术和管理模式停滞不前，农业生产管理人员水平不一，农情基础数据信息缺乏，资源不能合理利用和共享，使该区农业的进一步发展受到了严重的制约。因此，随着农田膜下滴灌等节水灌溉技术的大面积推广应用，迫切需要提出与现有的节水灌溉设备、方式和灌溉技术等相配套的农田生产检测管理系统，以提升该区农田生产的管理技术和管理水平。目前国内已开发的一些农田生产管理系统产品，由于没有解决农田信息采集的空间变异、农田灌溉、施肥等的智能诊断决策、渠系运行管理知识模型构建等瓶颈问题，使农田生产管理系统产品缺乏实时性、时效性和有效性，与灌溉、施肥等自动控制设备成为两张皮，不能真正达到精准控制灌溉、施肥的目的。本系统应用地理信息、空间数据处理、WiFi、蓝牙、ARM、iOS等技术，建立土壤墒情、温度、PH值等数据采集系统，并进行采集数据的分析处理和数据模型建立，研究水分监测探头布设的方式，为农田生产管理系统的知识模型和决策模型的建立提供可靠的、实时的数据支持。最终实现农田灌溉、施肥、施药诊断的综合诊断决策。

1 设计原理
1．1 土地平整度
土地平整工程是土地开发整理项目的核心工程，目的是要达到便于机械化耕作，发挥机械效率，提高机耕质量，灌水方便均匀，利于压盐、排水、改良土壤等，满足作物高产稳产对水分及土质的需要。土地平整工程是实现农田水利化、农业机械化的重要条件，是建设高产稳产、旱涝保收高标准农田的重要措施，内容包括田块优化布局、田地平整及土壤改良等，其中田地平整是核心内容。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间管理，要结合整个项目区的地形、土地利用方式和水土保持方案等综合考虑。平整后的田块应有利于作物的生长发育，有利于田间机械化作业，有利于水土保持，满足灌溉排水要求和防风要求，便于经营管理。田面平整精度是田块设计的一个重要指标。
在进行田块设计时，可以用很多指标来描述其属性，如田块的大小、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)可以用来表征田块平整精度。田面平整度是指衡量田面起伏程度的指标，通常用各测点到拟合平面垂直距离的标准差来表示，平整度的数值越小，说明田面起伏越小，田面越平整。田面坡度是指为了满足田间灌溉的需要而设计的田面沿水流方向倾斜的角度。因此，农田平整精度评价系统的核心算法包括田面平整度算法和田面坡度算法。
假设土地平整后的拟合平面方程为：Z=AX+BY+C
已知有若干的样本点，不妨设任意样本点坐标为：(Xi，Yi，Zi)
根据最小二乘法的思想，样本点到拟合平面上对应点的距离最小，即达到最佳拟合的目的。因此，考虑求解该距离平方和M的最小值。计算公式如下：

假设土地平整后的拟合平面方程为：Z=AX+BY+C，则求解实际田面上的某测点到拟合平面垂直距离的计算公式为：

对所有求得的距离求平均值d，以标准差P(cm)作为衡量土地平整度的指标。则：