[发明专利]一种道路绿化洒水智能控制系统及方法

权利要求书

1.一种道路绿化洒水智能控制系统的洒水控制方法，道路绿化洒水智能控制系统包括经5G网络互相通信的云端服务平台(1)、洒水车作业端(2)和无线传感器终端(3)，无线传感器终端用于采集道路绿化区域的土壤信息，云端服务平台接收无线传感器终端上传的土壤信息并规划出洒水路径和洒水量，洒水车作业端根据云端服务平台规划的洒水路径和洒水量进行洒水作业；所述无线传感器终端由主控芯片(7)及与其相连接的土壤温湿度传感器(8)、土壤氮磷钾传感器(9)和5G通信模块(10)组成，主控芯片经土壤温湿度传感器采集土壤的温湿度，经土壤氮磷钾传感器采集土壤中氮、磷、钾含量，经5G通信模块将采集的土壤温湿度和氮磷钾含量上传至云端服务平台；

所述洒水车作业端(2)由洒水车(5)、主控制器(11)及与主控制器相连接的触摸显示屏(12)、5G通讯模块(13)、北斗定位模块(14)、智能电磁水流量计(15)、智能出水枪(16)和摄像头(17)组成，触摸显示屏设置于洒水车的驾驶室内，摄像头安装于洒水车的后端，智能电磁水流量计和智能出水枪设置于洒水车的出水管路上；触摸显示屏用于显示云端服务平台下发的洒水路径，主控制器经北斗定位模块获取自身的位置信息，经智能电磁水流量计检测出水量，经智能出水枪控制洒水方向和洒水量，经摄像头采集绿化植物的图像信息，经5G通讯模块(13)将洒水量和植物图像信息上传至云端服务平台；

其特征在于，道路绿化洒水智能控制系统的洒水控制方法通过以下步骤来实现：

a).建立植被需水档案，集合待洒水道路所种植植被的种类、密度、生长状况，构建不同位置处所需灌溉植被的需水档案；

b).生成植被需水热点图，无线传感器终端经设置于道路绿化土壤中的各个土壤温湿度传感器和土壤氮磷钾传感器采集不同区域的土壤温湿度和土壤氮磷钾含量信息，并将其上传至云端服务平台；云端服务平台根据不同植被的所需的土壤湿润度、实际检测到的土壤温湿度以及需水档案，生成植被需水的热点图；

c).规划洒水路径，云端服务平台根据洒水车的数量、载水量以及建立的植被需水的热点图，规划出在建议速度V下每辆洒水车的洒水路径，并将规划的洒水路径和建议速度V下发至洒水车；

d).洒水作业，洒水车按照规划的洒水路径并根据植被需水的热点图对道路绿化植被进行洒水作业，具体的洒水作业方法为：

d-1).喷洒方向控制，洒水车中的主控制器根据北斗定位模块获取洒水车的位置坐标和航向，计算出绿化带与洒水车的距离和角度，进而调节智能出水枪的喷水方向，以使出水能够精准的喷洒到道路绿化带中；

d-2).喷水量控制，根据洒水车的位置坐标和植被需水的热点图计算出智能出水枪的出水量，控制洒水车按照确定的喷水方向和出水量对绿化带内的植物进行喷水作业；

d-3).喷水量调节，如果洒水车按照建议速度V行驶，则按照步骤d-2)确定的喷水量进行洒水；如果洒水车行驶速度低于V，则增加喷水量，如果洒水车行驶速度高于V，则降低喷水量；

e).图像采集和上传，洒水车在喷水灌溉的过程中，经后端的摄像头实时采集绿化带内植物的图像信息，并上传至云端服务平台；

f).病虫害判断，绿化管理人员或专家通过观察上传的植物实时图像画面，观察植被的生长情况以及病虫害情况，如果出现病虫害现象，则采取病虫害的治疗措置；

步骤c)所述的规划洒水路径具体通过以下步骤来实现：

c-1).定义有向边和顶点，以交叉路口为界限，把一条路分成不同的路段，每个路段看成一个街道，作为洒水作业的基本单元，交叉路口为有向图中的顶点；每个路段按照靠右行车的规则形成两条有向道路，有向道路为有向图中的有向边或弧；

c-2).建立有向图，根据步骤c-1)所定义的待洒水道路的顶点、有向边或弧，建立一个连通的有向图G(N,A)，N为顶点结合，A为有向边或弧的集合；每个有向边有两个权重：w(e)和q(e),e∈A，w(e)表示边的长度，q(e)表示边上绿化带需水量，e为有向边；

c-3).建立约束条件，假设绿化洒水中心在点T处，共有m辆车，每辆绿化洒水车的载水量上限记为Q，并且绿化洒水车载重能力能够满足绿化洒水作业需求，即：

这样就把最优路径问题，转化成了找到m辆洒水车每个所对应的有向回路C_i,i＝1,2,...,m，每个有向回路需满足如下四个条件：

条件1：有向回路的起点与终点均为绿化洒水中心，T∈C_i；

条件2：每个有向边e都要至少属于m个有向回路中一条；

条件3：每个有向回路满足绿化洒水车载重能力，即：

条件4：满足最小路径条件，即所有的有向回路长度和最小，即：

c-4).判断有向图G(N,A)是否为欧拉图，根据定理一个多重连通图是欧拉图的充分必要条件是图中无奇点，来判断有向图G(N,A)是否为欧拉图；如果为欧拉图转至步骤c-7)，如果为非欧拉图执行步骤c-5)；

c-5).建立欧拉图，找出有向图G(N,A)中的所有的奇点，两两配对，而每对奇点之间必有一条通路，把这条通路上的所有边作为重复边追加到有向图G(N,A)中，这样得到的新连通图必为无奇点的欧拉图；

c-6).欧拉图处理，如果有向图G(N,A)中某条边上的重复边多于一条，则从重复边中去掉偶数条，使得其重复边至多为一条；

c-7).建立最优洒水路径，检查有向图G(N,A)中的每一有向回路，如果每一个有向回路的重复边的总长不大于该有向回路总长的一半，则已经求得最优洒水路径方案；否则，将这个有向回路中的重复边去掉，再将该有向回路中原来没有重复边的各边加上重复边，其它各有向回路的边不变，返回步骤c-5)，直至得到一个在最优的洒水路线上有向图G(N,A)的每一条边至多有一条重复边，并且每一个有向回路的重复边总权重小于或等于该有向回路总权重的一半；

c-8).路径优化，得到了最优洒水路线后，在不超过每辆绿化洒水车的载水量上限Q的基础上对最优洒水路线进行划分，每个有向回路的工作量满足洒水车的载水量上限Q；

c-9).路径下发，将最优路径通过5G通讯模块下发给每辆绿化洒水车。