CN113179923A - 一种农作物精确灌溉算法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农作物精确灌溉算法及控制系统，农作物精确灌溉算法包括作物需水量计算和灌溉制度推算，所述作物需水量计算采用彭曼法，所述灌溉制度包括灌水定额、灌溉定额，灌溉制度按照旱作物和水田作物进行分类，不同作物类型执行不同的灌溉制度，根据灌溉制度确定灌溉量，所述灌溉制度采用列表、图解逐旬计算或者计算机编程计算，控制系统能够收集基础的农业气象和土壤墒情的信息，利用新提出的灌溉算法，针对不同的农田提供不同的灌溉方案，提供实时方案操作指令，同时还具备施肥管理和病虫害管理功能。
Description
技术领域
本发明涉及农作物生产智能控制技术领域，尤其是一种农作物精确灌溉算法及控制系统。
背景技术
随着国民经济的进一步发展，采用现代化物联网技术实现农田节水灌溉施肥自动控制，已成为农业信息化管理的趋势。现在的农业操作软件一般都是收集农业生产的基础信息，而收集信息后的数据处理以及采取相对应的技术措施方案则需要人工后台处理，缺乏及时性和高效性。例如《基于HORNER OCS 的灌溉施肥智能化控制系统》(许华宇，2020)中所运用的控制系统，虽然可以智能化控制灌溉和施肥，但是这种操作平台比较局限于室内物联网操作平台，并不能人为远程精细操控，并且无法直接提供一系列具体改良化实施方案。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种农作物精确灌溉算法及控制系统，该控制系统能够收集基础的农业气象和土壤墒情的信息，利用新提出的灌溉算法，针对不同的农田提供不同的灌溉方案，提供实时方案操作指令，同时还具备施肥管理和病虫害管理功能。
一种农作物精确灌溉算法，包括作物需水量计算和灌溉制度推算，所述作物需水量计算采用彭曼法，所述灌溉制度包括灌水定额、灌溉定额，灌溉制度按照旱作物和水田作物进行分类，不同作物类型执行不同的灌溉制度，根据灌溉制度确定灌溉量，所述灌溉制度采用列表、图解逐旬计算或者计算机编程计算。
作为上述技术方案的优选，作物需水量的计算公式为ET＝Kc×ET0，其中， ET0＝[(P0/P)·(△/γ)·Rn﹢Eα]/[1﹢(P0/P)·(△/γ)]。
作为上述技术方案的优选，水田作物的灌水定额的计算公式为 M1＝0.667(h0﹢s1﹢e1t1﹣p1)，生育期内灌溉制度的水量平衡计算公式为 h1+p+m-E-C＝h2，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量。
作为上述技术方案的优选，旱作物的灌水定额的计算公式为 M1＝Wmax-W0＝667HAβmax-667HAβo＝667HA(βmax-βo)，生育期内的水量平衡公式为W1+P0+WT+K+M－E－S＝W2，P0＝σP，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量，当地下水水埋深度大于3米时，K按试验资料取值。
作为上述技术方案的优选，旱作物的灌溉制度列表计算的步骤为：步骤一，收集基本资料；步骤二，计算生育期计划湿润层内含水量；步骤三，计算各次降雨的入渗雨量及时段入渗雨量；步骤四，计算因计划湿润层增加而增加的含水量WT；步骤五，计算各时段地下水补给量；步骤六，计算各时段田间需水量；步骤七，逐日计算灌溉制度；步骤八，校核各生育阶段及全生育期的计算结果。
一种采用上述农作物精确灌溉算法的控制系统，包括气象条件板块、土壤墒情板块及灌溉板块，所述气象条件板块和土壤墒情板块用于收集上述技术数据信息，灌溉板块通过上述灌溉算法计算出农作物不同时期的灌水量，并向终端执行设备下达执行命令。
作为上述技术方案的优选，还包括土壤养分板块和施肥板块，土壤养分板块用于收集数据信息，施肥板块根据土壤养分板块收集的数据信息计算后下达施肥指令。
作为上述技术方案的优选，还包括病虫害板块，所述病虫害板块用于病虫害预警和下达施药指令。
本发明的有益效果在于：
该控制系统能够收集基础的农业气象和土壤墒情的信息，利用新提出的灌溉算法，针对不同的农田提供不同的灌溉方案，提供实时方案操作指令，同时还具备施肥管理和病虫害管理功能。
附图说明
图1为水田作物的灌溉制度计算原理图。
图2为旱作物的灌溉制度计算原理图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的保护。
一种农作物精确灌溉算法，包括作物需水量计算和灌溉制度推算，所述作物需水量计算采用彭曼法，所述灌溉制度包括灌水定额、灌溉定额，灌溉制度按照旱作物和水田作物进行分类，不同作物类型执行不同的灌溉制度，根据灌溉制度确定灌溉量，所述灌溉制度采用列表、图解逐旬计算或者计算机编程计算。
在本实施例中，作物需水量的计算公式为ET＝Kc×ET0，其中， ET0＝[(P0/P)·(△/γ)·Rn﹢Eα]/[1﹢(P0/P)·(△/γ)]。P0-标准大气压；P-计算地点平均大气压；△-平均气温时饱和水气压Ea随温度变化的变率；γ-湿度计常数；Rn-太阳净辐射)；Kc-作物系数。
在本实施例中，水田作物的灌水定额的计算公式为M1＝0.667(h0﹢s1﹢e1t1﹣p1)，M1—泡田期灌溉用水量；h0—插秧时田面所需的水层深度mm；s1—泡田期的渗漏量，即开始泡田到插秧期间的总渗漏量，mm；t1—泡田期的日数； e1—t1时期内水田田面平均蒸发强度，mm/d，可用水面蒸发强度代替；p1—t1时期内的降雨量，mm。泡田定额一般为80-110m3/亩。
生育期内灌溉制度的水量平衡计算公式为h1+p+m-E-C＝h2，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量。该灌溉制度的计算原理如图1所示。
在本实施例中，旱作物的灌水定额的计算公式为 M1＝Wmax-W0＝667HAβmax-667HAβo＝667HA(βmax-βo)，H—计划湿润层深，即计划到调节与控制土壤水分的土层深度，播前灌水时H＝0.3～0.4m；A—孔隙率；βmax、βo分别为灌水上限含水率和初始含水率(以水的体积占孔隙体积的百分数表示)。
生育期内的水量平衡公式为W1+P0+WT+K+M－E－S＝W2，P0＝σP，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量，当地下水水埋深度大于3米时，K按试验资料取值。其中，各变量单位均为m3/亩。W1、 W2—分别为时段初、末计划湿润层内含水量；H1--时段初计划湿润层深；H2—时段末计划湿润层深；E—腾发量，即作物田间需水量；M—灌水量；P —降水量；C—排水量(地表径流量)；K—地下水补给量；一般地下水埋深大于3米时，取K＝0，地下水埋深小于3米时，K按试验资料取值，S-- 深层渗漏；WT—因计划湿润层增加而增加的水量，令P0为入渗雨量(m3/亩)，则P0＝P－C，C＝αP P0＝P-αP＝(1-α)P＝σP，(P—降雨量(m3/亩)；α—径流系数。σ—降雨入渗系数)。该灌溉制度的计算原理如图2所示。
在本实施例中，旱作物的灌溉制度列表计算的步骤为：步骤一，收集基本资料；步骤二，计算生育期计划湿润层内含水量；步骤三，计算各次降雨的入渗雨量及时段入渗雨量；步骤四，计算因计划湿润层增加而增加的含水量WT；步骤五，计算各时段地下水补给量；步骤六，计算各时段田间需水量；步骤七，逐日计算灌溉制度；步骤八，校核各生育阶段及全生育期的计算结果。
一种采用上述农作物精确灌溉算法的控制系统，包括气象条件板块、土壤墒情板块及灌溉板块，所述气象条件板块和土壤墒情板块用于收集上述技术数据信息，灌溉板块通过上述灌溉算法计算出农作物不同时期的灌水量，并向终端执行设备下达执行命令。
在本实施例中，还包括土壤养分板块和施肥板块，土壤养分板块用于收集数据信息，施肥板块根据土壤养分板块收集的数据信息计算后下达施肥指令。
在本实施例中，还包括病虫害板块，所述病虫害板块用于病虫害预警和下达施药指令。
该控制系统集灌溉、施肥及病虫害管理与一体，能够控制农作物的的全生命周期的健康生长，使农作物的生长环境始终处于最佳的状态，为农作物的产量提供有力支撑的保证。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种农作物精确灌溉算法，其特征在于：包括作物需水量计算和灌溉制度推算，所述作物需水量计算采用彭曼法，所述灌溉制度包括灌水定额、灌溉定额，灌溉制度按照旱作物和水田作物进行分类，不同作物类型执行不同的灌溉制度，根据灌溉制度确定灌溉量，所述灌溉制度采用列表、图解逐旬计算或者计算机编程计算。
2.根据权利要求1所述的农作物精确灌溉算法，其特征在于：作物需水量的计算公式为ET＝Kc×ET0，其中，ET0＝[(P0/P)·(△/γ)·Rn﹢Eα]/[1﹢(P0/P)·(△/γ)]。
3.根据权利要求1所述的农作物精确灌溉算法，其特征在于：水田作物的灌水定额的计算公式为M1＝0.667(h0﹢s1﹢e1t1﹣p1)，生育期内灌溉制度的水量平衡计算公式为h1+p+m-E-C＝h2，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量。
4.根据权利要求1所述的农作物精确灌溉算法，其特征在于：旱作物的灌水定额的计算公式为M1＝Wmax-W0＝667HAβmax-667HAβo＝667HA(βmax-βo)，生育期内的水量平衡公式为W1+P0+WT+K+M－E－S＝W2，P0＝σP，根据灌水定额计算公式和水量平衡计算公式确定不同时期的灌水量，当地下水水埋深度大于3米时，K按试验资料取值。
5.根据权利要求1所述的农作物精确灌溉算法，其特征在于：旱作物的灌溉制度列表计算的步骤为：步骤一，收集基本资料；步骤二，计算生育期计划湿润层内含水量；步骤三，计算各次降雨的入渗雨量及时段入渗雨量；步骤四，计算因计划湿润层增加而增加的含水量WT；步骤五，计算各时段地下水补给量；步骤六，计算各时段田间需水量；步骤七，逐日计算灌溉制度；步骤八，校核各生育阶段及全生育期的计算结果。
6.一种采用权利要求1-5任一项农作物灌溉算法的控制系统，其特征在于：包括气象条件板块、土壤墒情板块及灌溉板块，所述气象条件板块和土壤墒情板块用于收集上述技术数据信息，灌溉板块通过上述灌溉算法计算出农作物不同时期的灌水量，并向终端执行设备下达执行命令。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：还包括土壤养分板块和施肥板块，土壤养分板块用于收集数据信息，施肥板块根据土壤养分板块收集的数据信息计算后下达施肥指令。
8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：还包括病虫害板块，所述病虫害板块用于病虫害预警和下达施药指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210730 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |