田間智能灌溉在線控制管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)田智能灌溉管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種田間智能灌溉在線控制 管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國(guó)水資源嚴(yán)重短缺，水資源供需矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)用水尤其緊張。因此， 加強(qiáng)我國(guó)農(nóng)田灌溉管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉的精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化和現(xiàn)代化，切實(shí)提高農(nóng)業(yè) 水資源的高效、節(jié)水利用水平，不斷完善農(nóng)業(yè)水資源的優(yōu)化配置制度，全面提高水資源利用 效率、實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)務(wù)之急；也是以農(nóng)田灌溉的現(xiàn)代化支撐并促進(jìn)水 利現(xiàn)代化建設(shè)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迫切要求。
[0003] 我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源緊缺對(duì)糧食安全造成了很大威脅，在作物生長(zhǎng)期如何充分、有效 地利用當(dāng)?shù)亟邓徑廪r(nóng)業(yè)水資源緊缺，切實(shí)提高作物產(chǎn)量，是目前急需解決的難點(diǎn)問(wèn)題之 〇
[0004] 傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉用水管理一般是根據(jù)不同水文年的配水方案預(yù)先制定灌溉制度， 然而在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于實(shí)際年型與預(yù)測(cè)的水文年型之間存在著差異，傳統(tǒng)的用水管理很 難適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的天氣條件。在目前水資源緊缺、農(nóng)業(yè)供水形勢(shì)日益嚴(yán)峻、灌溉管理水平比 較低的情況下，結(jié)合未來(lái)時(shí)段的天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行農(nóng)田灌溉用水動(dòng)態(tài)管理具有重要意義。隨著 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，將農(nóng)業(yè)、氣象等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為輸入，探討作物實(shí)時(shí) 灌溉制度和預(yù)報(bào)技術(shù)，解決非充分灌溉條件下作物實(shí)時(shí)灌溉的科學(xué)問(wèn)題，也正在成為一種 新的研究?jī)?nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)我國(guó)缺乏可用于實(shí)際操作的遠(yuǎn)程在線控制技術(shù)和農(nóng)業(yè)高效用水智能 決策技術(shù)問(wèn)題，提供一種田間智能灌溉在線控制管理方法。
[0006] 技術(shù)方案：一種田間智能灌溉在線控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，小型自動(dòng)氣象站采集氣象數(shù)據(jù)，土壤水環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)定作物根區(qū) 的土壤含水率，采集和測(cè)定的數(shù)據(jù)導(dǎo)入并存儲(chǔ)到位于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0008] 步驟二，客戶端在線登錄位于所述服務(wù)器上的農(nóng)田實(shí)時(shí)智能灌溉軟件系統(tǒng)；
[0009] 步驟三，所述農(nóng)田實(shí)時(shí)智能灌溉軟件系統(tǒng)調(diào)用所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶端 操作進(jìn)行田間土壤信息的管理、農(nóng)作物信息管理、農(nóng)田實(shí)時(shí)監(jiān)控、田間實(shí)時(shí)灌溉模擬與灌溉 預(yù)報(bào)、田間信息查詢、信息統(tǒng)計(jì)。
[0010] 所述田間實(shí)時(shí)灌溉模擬與灌溉預(yù)報(bào)，在短期氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，根據(jù)灌區(qū)各田塊 實(shí)際土壤水分、作物實(shí)際蒸騰蒸發(fā)量、作物生長(zhǎng)狀況，通過(guò)建立土壤墑情預(yù)測(cè)模型、作物需 水預(yù)測(cè)模型、實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)模型、作物系數(shù)實(shí)時(shí)修正模型，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)作物在預(yù)報(bào)期是否需要 灌水以及灌水的時(shí)間、灌水量，并在每個(gè)計(jì)算時(shí)段結(jié)束時(shí)，用土壤含水率實(shí)測(cè)值對(duì)土壤含水 率的模擬值、作物系數(shù)進(jìn)行修正。
[0011] 一種田間智能灌溉在線控制管理方法，包括用于監(jiān)測(cè)土壤濕潤(rùn)層含水量W的土壤 水分檢測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)實(shí)際降雨量P的降雨檢測(cè)單元，以及灌溉系統(tǒng)，還包括土壤墑情預(yù) 測(cè)模型、作物實(shí)時(shí)需水量的模糊聚類預(yù)測(cè)模型和在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)及控制模型；
[0012] 所述土壤墑情的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型：Wi=WH+Pai+WrETi+Mi+Ki
[0013] 其中：Wh--第i天初始計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水量；
[0014] Wi--第i天結(jié)束時(shí)計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水量；
[0015] P0i--第i天的有效降雨量；
[0016] ffTi--第i天由計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量；
[0017] ETj--第i天的作物需水量；
[0018] Mi--第i天的灌水量；
[0019] &--第i天的地下水補(bǔ)給量；
[0020] 所述作物實(shí)時(shí)需水量的模糊聚類預(yù)測(cè)模型：ET=ET。' ?K。?Kw=s?ET。?K。?Kw;
[0021] 其中：ETi-第i天的作物需水量；
[0022] ETQi-第i天的參考作物需水量；
[0023] Kci-第i天的作物系數(shù)；
[0024] Kwi-實(shí)行非充分灌溉時(shí)第i天的土壤水分修正系數(shù)；
[0025] s-不同天氣類型的聚類中心，
[0026] 得到以天為時(shí)段的作物在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)模型：
[0027] Mj=ffi^+Poi+ffxi-ETi+Ki-ffi
[0028] 所述在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)及控制模型根據(jù)作物實(shí)時(shí)灌水量％控制灌溉系統(tǒng)對(duì)作物 實(shí)時(shí)進(jìn)行灌溉。
[0029] 還包括作物計(jì)劃濕潤(rùn)層含水率的逐日遞推預(yù)測(cè)模型，若研究區(qū)域的地下水埋深較 深，地下水對(duì)作物補(bǔ)給忽略不計(jì)時(shí)，則以天為預(yù)報(bào)時(shí)段的作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的水量平衡模型 為：
[0030] ffi=ffi^+Poi+ff^-ETi+Mi；
[0031] 其中，第i天初始、結(jié)束時(shí)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤含水量如下：
[0032] lOOOnH^ 0 ^
[0033] ffi=lOOOnHi0j
[0034] 其中：-第i天初始計(jì)劃濕潤(rùn)層深；
[0035] 氏一第i天結(jié)束時(shí)的計(jì)劃濕潤(rùn)層深；
[0036] 0 ^-第i天初始土壤含水率，以占土壤體積百分比計(jì)；
[0037] 0i-第i天結(jié)束時(shí)的土壤含水率，以占土壤體積百分比計(jì)；
[0038] n-土壤孔隙率；
[0039] 第i時(shí)段內(nèi)因計(jì)劃濕潤(rùn)層的增加而增加的水量WTi;
[0040] WTi= 1000 (H「Hh) ?n? 0deep
[0041] 其中：0dMP-深層土壤含水率；
[0042] 可得出作物計(jì)劃濕潤(rùn)層含水率的逐日遞推預(yù)測(cè)模型：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種田間智能灌溉在線控制方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一，小型自動(dòng)氣象站采集氣象數(shù)據(jù)，土壤水環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)定作物根區(qū)的土 壤含水率，采集和測(cè)定的數(shù)據(jù)導(dǎo)入并存儲(chǔ)到位于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中； 步驟二，客戶端在線登錄位于所述服務(wù)器上的農(nóng)田實(shí)時(shí)智能灌溉軟件系統(tǒng)； 步驟三，所述農(nóng)田實(shí)時(shí)智能灌溉軟件系統(tǒng)調(diào)用所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶端操作 進(jìn)行田間土壤信息的管理、農(nóng)作物信息管理、農(nóng)田實(shí)時(shí)監(jiān)控、田間實(shí)時(shí)灌溉模擬與灌溉預(yù) 報(bào)、田間信息查詢、信息統(tǒng)計(jì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的田間智能灌溉在線控制方法，其特征在于：所述田間實(shí)時(shí)灌 溉模擬與灌溉預(yù)報(bào)，在短期氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，根據(jù)灌區(qū)各田塊實(shí)際土壤水分、作物實(shí)際蒸 騰蒸發(fā)量、作物生長(zhǎng)狀況，通過(guò)建立土壤墑情預(yù)測(cè)模型、作物需水預(yù)測(cè)模型、實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào) 模型、作物系數(shù)實(shí)時(shí)修正模型，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)作物在預(yù)報(bào)期是否需要灌水以及灌水的時(shí)間、灌水 量，并在每個(gè)計(jì)算時(shí)段結(jié)束時(shí)，用土壤含水率實(shí)測(cè)值對(duì)土壤含水率的模擬值、作物系數(shù)進(jìn)行 修正。
3. -種田間智能灌溉在線控制管理方法，包括用于監(jiān)測(cè)土壤濕潤(rùn)層含水量W的土壤 水分檢測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)實(shí)際降雨量P的降雨檢測(cè)單元，以及灌溉系統(tǒng)，其特征在于，還包 括土壤墑情預(yù)測(cè)模型、作物實(shí)時(shí)需水量的模糊聚類預(yù)測(cè)模型和在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)及控制模 型； 所述土壤墑情的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型：Wi= W^+PM+WTi-ETi+Mi+Ki 其中：Wg--第i天初始計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水量； Wi--第i天結(jié)束時(shí)計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水量； P0i--第i天的有效降雨量； Wli--第i天由計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量； ETi--第i天的作物需水量； Mi--第i天的灌水量； Ki-第i天的地下水補(bǔ)給量； 所述作物實(shí)時(shí)需水量的模糊聚類預(yù)測(cè)模型：ET = EIV · K。· Kw= s · ET ^ · K。· Kw; 其中：ETi-第i天的作物需水量； ETtli-第i天的參考作物需水量； Kcd-第i天的作物系數(shù)； Kwi-實(shí)行非充分灌溉時(shí)第i天的土壤水分修正系數(shù)； S-不同天氣類型的聚類中心； 得到以天為時(shí)段的作物在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)模型： Mi= W j^+P^+ff^-ETi+Ki-ffi 所述在線實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)及控制模型根據(jù)作物實(shí)時(shí)灌水量Mi控制灌溉系統(tǒng)對(duì)作物實(shí)時(shí) 進(jìn)行灌溉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述田間智能灌溉在線控制管理方法，其特征在于，還包括作物計(jì) 劃濕潤(rùn)層含水率的逐日遞推預(yù)測(cè)模型，若研究區(qū)域的地下水埋深較深，地下水對(duì)作物補(bǔ)給 忽略不計(jì)時(shí)，則以天為預(yù)報(bào)時(shí)段的作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的水量平衡模型為： Wi= W H+P。JWn-ETfMi; 其中，第i天初始、結(jié)束時(shí)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤含水量如下： Wh= IOOOnH η θ η Wi= IOOOnHi Θ j 其中：H^1-第i天初始計(jì)劃濕潤(rùn)層深； Hi-第i天結(jié)束時(shí)的計(jì)劃濕潤(rùn)層深