本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉決策技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的灌溉決策系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉模式相對(duì)落后，采用傳統(tǒng)的依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的灌溉模式仍然使用廣泛，這種灌溉模式下，不僅水資源的利用效率低下，造成水資源浪費(fèi)并加劇了農(nóng)業(yè)灌溉缺水問題，而且，過多的灌溉水將造成深層滲漏和氮磷損失，引起土壤次生鹽堿化等問題，這不僅影響了作物的正常生長(zhǎng)，降低作物產(chǎn)量，而且還會(huì)污染地下水，引發(fā)環(huán)境生態(tài)問題。另一方面，作物生長(zhǎng)需要一定量的水分，水分不足將嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量；作物生長(zhǎng)周期內(nèi)的不同階段對(duì)水分的需求也不同，因此，如何適時(shí)適量地進(jìn)行灌溉，在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)提高水資源利用率，減少農(nóng)業(yè)化學(xué)污染，是一個(gè)重要的課題。

為確定作物的灌溉時(shí)間和灌水量，當(dāng)前主要有以下幾種方法：1、土壤墑情法，即通過測(cè)量土壤的水分含量判斷作物的缺水狀況，當(dāng)土壤含水量低于某一閾值時(shí)進(jìn)行灌溉；發(fā)明專利201510811396.2公開了一種農(nóng)田灌溉智能決策系統(tǒng)和方法，即采用了土壤墑情法；2、蒸散量法，即根據(jù)灌溉區(qū)域的蒸散量決定灌水量；發(fā)明專利201510734704.6公開了一種灌溉時(shí)機(jī)和灌溉量的確定方法及裝置，采用待灌溉區(qū)域的作物蒸散量和實(shí)測(cè)水量消耗相結(jié)合的方法確定灌水時(shí)間和灌水量；3、作物冠氣溫差法，研究表明，作物的冠層與大氣溫差能反應(yīng)作物的水分含量，因此，通過測(cè)量冠層溫度和大氣溫度可以判斷作物的需水量，進(jìn)而進(jìn)行灌溉；發(fā)明專利200710178192.5公開了一種在線式作物冠氣溫差灌溉決策監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即采用了這種方法；4、基于人工智能算法的作物水分檢測(cè)方法，即通過計(jì)算機(jī)視覺和多種傳感器獲取作物信息，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能算法對(duì)作物水分進(jìn)行檢測(cè)，從而制定灌溉制度；發(fā)明專利201210071823.4公開了一種結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺和多傳感器的作物灌溉系統(tǒng)，采用遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)作物缺水狀態(tài)指導(dǎo)灌溉。這些方法都需要在田間安裝傳感器，且只能根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的作物水分狀態(tài)進(jìn)行灌溉決策。

近年來，隨著農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的發(fā)展，采用農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型對(duì)大氣-作物-土壤系統(tǒng)的模擬越來越準(zhǔn)確。采用農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型，可以全面考慮大氣、作物和土壤的相互影響，從而更加準(zhǔn)確地估計(jì)作物的水分含量，制定更加合理的灌溉計(jì)劃。同時(shí)，基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型制定灌溉計(jì)劃，不需要在田間安裝傳感器，并且能制定過去，當(dāng)前，甚至未來的灌溉計(jì)劃，有利于優(yōu)化灌溉方案，獲取更大的產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的灌溉決策系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括氣象數(shù)據(jù)接口、氣象數(shù)據(jù)庫、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫、灌溉決策算法、灌溉決策算法庫和灌溉控制系統(tǒng)，氣象數(shù)據(jù)接口為率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型提供計(jì)算所需的氣象數(shù)據(jù)，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型根據(jù)氣象條件進(jìn)行計(jì)算，得到作物生長(zhǎng)信息及土壤、作物的水分狀況，灌溉決策算法根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，判斷當(dāng)天是否灌水并計(jì)算灌水量，灌溉控制系統(tǒng)根據(jù)灌溉決策算法計(jì)算出的灌水量進(jìn)行灌溉。本發(fā)明克服現(xiàn)有灌溉決策系統(tǒng)和方法的不足，在不安裝田間傳感器的情況下，制定出準(zhǔn)確的灌溉計(jì)劃，并可預(yù)測(cè)未來的灌水計(jì)劃和灌溉效果。

本發(fā)明所述的一種基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的灌溉決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣象數(shù)據(jù)接口、氣象數(shù)據(jù)庫、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫、灌溉決策算法、灌溉決策算法庫和灌溉控制系統(tǒng)，所述氣象數(shù)據(jù)接口為率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型提供計(jì)算所需的氣象數(shù)據(jù)，將提供的氣象數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到氣象數(shù)據(jù)庫中，所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型通過氣象數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到作物生長(zhǎng)信息及土壤、作物的水分狀況；所述灌溉決策算法從所述灌溉決策算法庫中選取一種或多種組合算法進(jìn)行計(jì)算，給出優(yōu)化的灌水決策，判斷當(dāng)天是否灌水并計(jì)算灌水量，所述灌溉控制系統(tǒng)根據(jù)灌溉決策算法計(jì)算出的灌水量進(jìn)行灌溉。

氣象數(shù)據(jù)接口包括氣象站歷史數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)氣象數(shù)據(jù)；率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型采用率定后的RZWQM2模型進(jìn)行計(jì)算，獲得作物水分脅迫系數(shù)、田間持水率、土壤含水量、作物根系深度。

從所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫中選擇所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型，修改所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的種植及管理參數(shù)，顯示氣象數(shù)據(jù)以及所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型計(jì)算結(jié)果，輔助用戶選擇所述灌溉決策算法，并將所述灌溉決策算法計(jì)算的灌水量發(fā)送給所述灌溉控制系統(tǒng)。

一種基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的灌溉決策方法，按下列步驟進(jìn)行：

a、從氣象站獲取已經(jīng)監(jiān)測(cè)到的歷史氣象數(shù)據(jù)，從網(wǎng)絡(luò)氣象數(shù)據(jù)接口獲取預(yù)報(bào)氣象數(shù)據(jù)，將獲取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器上的氣象數(shù)據(jù)庫中，或直接提供給率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型從氣象數(shù)據(jù)庫中讀取氣象數(shù)據(jù)，或直接從氣象數(shù)據(jù)接口獲取氣象數(shù)據(jù)；

b、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型根據(jù)實(shí)際田間參數(shù)，結(jié)合從氣象數(shù)據(jù)接口直接或間接獲取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，采用了RZWQM2模型，輸出作物水分脅迫系數(shù)，土壤含水量，作物根系深度參數(shù)，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型從率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫中選取或由用戶給出；

c、灌溉決策算法根據(jù)率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的輸出結(jié)果判斷當(dāng)天是否灌水并計(jì)算灌水量，灌溉決策算法從灌溉決策算法庫中選取或由用戶自己定義，灌溉控制系統(tǒng)接收灌溉決策算法計(jì)算的灌水量，并控制灌溉系統(tǒng)實(shí)施相應(yīng)水量的精確灌溉；

d、每日重復(fù)步驟a-步驟c，獲得作物種植期間的灌溉決策表。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例

本發(fā)明所述的一種基于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的灌溉決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣象數(shù)據(jù)接口、氣象數(shù)據(jù)庫、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型、率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫、灌溉決策算法、灌溉決策算法庫和灌溉控制系統(tǒng)，所述氣象數(shù)據(jù)接口為率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型提供計(jì)算所需的氣象數(shù)據(jù)，將提供的氣象數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到氣象數(shù)據(jù)庫中，所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型通過氣象數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到作物生長(zhǎng)信息及土壤、作物的水分狀況；所述灌溉決策算法從所述灌溉決策算法庫中選取一種或多種組合算法進(jìn)行計(jì)算，給出優(yōu)化的灌水決策，判斷當(dāng)天是否灌水并計(jì)算灌水量，所述灌溉控制系統(tǒng)根據(jù)灌溉決策算法計(jì)算出的灌水量進(jìn)行灌溉；

氣象數(shù)據(jù)接口包括氣象站歷史數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)氣象數(shù)據(jù)；率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型采用率定后的RZWQM2模型進(jìn)行計(jì)算，獲得作物水分脅迫系數(shù)、田間持水率、土壤含水量、作物根系深度；

從所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫中選擇所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型，修改所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的種植及管理參數(shù)，顯示氣象數(shù)據(jù)以及所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型計(jì)算結(jié)果，輔助用戶選擇所述灌溉決策算法，并將所述灌溉決策算法計(jì)算的灌水量發(fā)送給所述灌溉控制系統(tǒng)；

如圖1所示：所述氣象數(shù)據(jù)接口通過不同方式獲取所需的氣象數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)接口將獲取的氣象數(shù)據(jù)保存到氣象數(shù)據(jù)庫中，或直接提供給所述率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型從氣象數(shù)據(jù)庫中讀取氣象數(shù)據(jù)，或直接從所述氣象數(shù)據(jù)接口獲取氣象數(shù)據(jù)，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型根據(jù)實(shí)際田間參數(shù)，結(jié)合從氣象數(shù)據(jù)接口直接或間接獲取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到在輸入的天氣條件下，田間土壤和作物的水分參數(shù)以及作物的生長(zhǎng)參數(shù)等，率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型從率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型庫中選取或由用戶給出，灌溉決策算法根據(jù)率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的輸出結(jié)果計(jì)算灌水量，灌溉決策算法從灌溉決策算法庫中選取或由用戶自己定義，灌溉控制系統(tǒng)接收灌溉決策算法計(jì)算的灌水量，并控制灌溉系統(tǒng)實(shí)施相應(yīng)水量的精確灌溉；

如圖2所示：所述氣象數(shù)據(jù)接口包括氣象站和網(wǎng)絡(luò)氣象數(shù)據(jù)接口，從氣象站獲取已經(jīng)監(jiān)測(cè)到的歷史氣象數(shù)據(jù)，從網(wǎng)絡(luò)氣象數(shù)據(jù)接口獲取預(yù)報(bào)氣象數(shù)據(jù)，獲取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器上的所述氣象數(shù)據(jù)庫中；氣象數(shù)據(jù)包括大氣最高、最低溫度，濕度，風(fēng)速，降雨量以及太陽輻射；率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型采用了RZWQM2模型，該模型計(jì)算后，將輸出作物的水分脅迫系數(shù)，土壤含水量，作物根系深度，作物生長(zhǎng)階段等參數(shù)，所述的灌溉決策算法是：首先將率定后的RZWQM2模型模擬得到的作物水分脅迫系數(shù)與用戶設(shè)定的作物水分脅迫閾值進(jìn)行比較，如果超過閾值，則計(jì)算灌水量，進(jìn)行灌溉，否則不進(jìn)行灌溉，灌水量的計(jì)算采用如下公式：

IR＝(FC-SWC)×RD×E (1)

其中，IR為灌水量，單位為cm；FC為田間持水率，單位為cm³/cm³；SWC為土壤水分含量，單位為cm³/cm³；RD為作物根系長(zhǎng)度，單位為cm，E為灌溉系數(shù)，無量綱，表示當(dāng)考慮土壤鹽度，灌溉效率，以及高產(chǎn)灌溉經(jīng)驗(yàn)時(shí)的調(diào)整系數(shù)；

灌溉決策算法計(jì)算得灌水量后，將灌水量數(shù)據(jù)發(fā)送給自動(dòng)滴灌控制系統(tǒng)，自動(dòng)滴灌控制系統(tǒng)主要由蓄水池，水泵，輸水管路，電磁閥，滴灌管以及控制器組成，控制器接收到灌水量數(shù)據(jù)后，自動(dòng)啟動(dòng)水泵，打開相應(yīng)的電磁閥進(jìn)行滴灌，并根據(jù)流量和灌水量，計(jì)算定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到即關(guān)閉電磁閥和水泵，結(jié)束灌溉；本發(fā)明所述系統(tǒng)中還包括人機(jī)交互界面，所述人機(jī)交互界面具體指?jìng)€(gè)人電腦端的軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)更新氣象數(shù)據(jù)庫中的氣象數(shù)據(jù)；選擇針對(duì)某一地點(diǎn)的率定后的RZWQM2模型；設(shè)置模型計(jì)算的起止時(shí)間，即從氣象數(shù)據(jù)庫中選取的氣象數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍；顯示及修改率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的管理參數(shù)；讀取率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型計(jì)算的輸出結(jié)果；選擇相應(yīng)的灌溉決策算法；修改作物水分脅迫閾值和灌溉系數(shù)；根據(jù)灌溉決策算法和模型的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算灌水量并將灌水量數(shù)據(jù)從上位機(jī)發(fā)送給自動(dòng)滴灌控制系統(tǒng)的下位機(jī)上；以及顯示率定的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的主要計(jì)算結(jié)果和獲取的氣象數(shù)據(jù)以輔助用戶選擇所述灌溉決策算法，調(diào)整算法相關(guān)參數(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)保證作物較高產(chǎn)量的灌溉方案。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。