本發(fā)明具體涉及一種基于環(huán)境感知的智能灌溉系統(tǒng)，屬于灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，植株灌溉大多沿用傳統(tǒng)型灌溉方式，如采用人工澆灌，這種方式雖然成本低，但工作強(qiáng)度大，工作效率低；再如通過手機(jī)控制自動灌溉，這種方式只適合大棚使用，而且，澆水施肥依照晴雨且定時不定量，功能和場景單一，另外，部分灌溉系統(tǒng)能夠基于環(huán)境聯(lián)動控制，如通過定期監(jiān)測土壤濕度，可以及時調(diào)整灌溉量，確保作物獲得適當(dāng)?shù)乃?，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時也能夠保護(hù)土壤資源，實現(xiàn)對水資源的合理利用，提高水資源的利用率，避免浪費水資源；如中國專利授權(quán)公告號：cn116746467b，能夠結(jié)合實時采樣土壤濕度進(jìn)行灌溉控制，實現(xiàn)了基于土壤濕度的灌溉控制實時反饋調(diào)節(jié)，極大的利用的灌溉資源，給植被提供了針對性的土壤濕度生長環(huán)境；但植株的水分需求量，僅僅通過土壤濕度進(jìn)行評估，容易存在滯后性和片面性，無法精確控制對植株的精確灌溉量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于環(huán)境感知的智能灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境感知、土壤墑情和植株生長狀態(tài)數(shù)據(jù)對灌溉區(qū)域內(nèi)植株灌溉量精確預(yù)測；提高水資源的利用率和植株生長穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明的基于環(huán)境感知的智能灌溉系統(tǒng)，包括：

3、采集終端，所述采集終端設(shè)置有多個，并分布于澆灌區(qū)域內(nèi)；所述采集終端包括采集控制器，所述采集控制器連接有土壤墑情變送器和取樣點植株正投影采集單元；土壤墑情變送器采用土壤水分測定儀測定土壤各層含水量；至少一個所述采集終端上設(shè)置有與采集控制器連接的溫度變送器和空氣濕度變送器；當(dāng)采用多個溫度變送器和空氣濕度變送器時，對溫度變送器和空氣濕度變送器采集的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行均值計算；

4、域內(nèi)正投影采集單元；

5、光合測定單元，光合測定單元采用便攜式光合測定儀，分別在植株各個生長階段測定植株葉片的凈光合速率和蒸騰速率數(shù)據(jù)；

6、灌溉處理主機(jī)，所述灌溉處理主機(jī)內(nèi)置有感知處理系統(tǒng)；所述采集終端和光合測定單元通過物聯(lián)網(wǎng)通信單元與灌溉處理主機(jī)通信連接；所述域內(nèi)正投影采集單元接入到灌溉處理主機(jī)；

7、灌溉系統(tǒng)，所述灌溉處理主機(jī)與灌溉系統(tǒng)連接，灌溉處理主機(jī)在灌溉前，預(yù)先根據(jù)環(huán)境感知數(shù)據(jù)和取樣點區(qū)域內(nèi)的植株其它數(shù)據(jù)計算得到灌溉量，灌溉系統(tǒng)執(zhí)行灌溉操作。

8、進(jìn)一步地，所述采集終端包括：

9、地插，所述地插下部固定有定高盤，所述地插上部固定有定高板；所述地插下部嵌入土壤內(nèi)側(cè)，所述定高盤與土壤頂面貼合；所述定高板上開設(shè)有螺孔；

10、主機(jī)，所述主機(jī)內(nèi)側(cè)設(shè)置有整機(jī)控制的采集控制器，所述主機(jī)底部設(shè)置有多個變送器法蘭接口；采集控制器上電后，預(yù)先遍歷所有端口，確定土壤墑情變送器和取樣點植株正投影采集單元是否正常接入，同時判定變送器法蘭接口是否有溫度變送器和空氣濕度變送器接入，如果接入則后期讀取采集數(shù)據(jù)，如果判定為溫度變送器和空氣濕度變送器未接入，則采集控制器將該變送器法蘭接口對應(yīng)的io口讀取數(shù)據(jù)通過缺省處理；所述定高板上開設(shè)有螺孔；所述螺孔上旋接有螺旋管，所述取樣點植株正投影采集單元封裝于螺旋管內(nèi)側(cè)底部；所述土壤墑情變送器與地插滑動嵌合；所述土壤墑情變送器嵌入到土壤內(nèi)側(cè)。地插作為取樣點的固定標(biāo)點，地插固定到土壤后，通過定高盤和定高板之間的固定高度，作為取樣點植株正投影采集單元的統(tǒng)一采集標(biāo)準(zhǔn)高度；螺旋管能夠進(jìn)行高度微調(diào)；取樣點植株正投影采集單元采集得到植株圖像數(shù)據(jù)，并通過灰度處理分離得到采樣區(qū)域內(nèi)的植株正投影面積，或得到植株正投影的圖像，并通過隨機(jī)撒豆子的方法計算投影面積。

11、進(jìn)一步地，所述域內(nèi)正投影采集單元為遙感影像采集單元、激光雷達(dá)采集單元或手動登記單元，手動登記單元錄入域內(nèi)正投影數(shù)據(jù)，遙感影像采集單元或激光雷達(dá)采集單元采集并生成植株點云數(shù)據(jù)，通過點云數(shù)據(jù)在地面投影計算植株投影面積，即通過遙感影像采集單元或激光雷達(dá)采集單元獲取到植株點云數(shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)換為二維平面內(nèi)的投影數(shù)據(jù)，對投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，獲取樹冠外部的數(shù)據(jù)，并通過幾何切割算法得到域內(nèi)所有植株正投影面積，當(dāng)采用手動登記單元登記時，登記和計算過程如下：統(tǒng)計域內(nèi)種植的植株行數(shù)，測量每行長度，接著通過取樣點植株正投影采集單元測量取樣區(qū)域長度，接著依次將各行植株行長度除以取樣區(qū)域長度，得到多組長度比值，接著依次將各組長度比值乘以取樣點植株正投影采集單元采集的植株正投影面積的平均值，并將乘積值求和得到域內(nèi)所有植株正投影面積，并將域內(nèi)所有植株正投影面積通過手動登記單元錄入灌溉處理主機(jī)。

12、進(jìn)一步地，所述澆灌區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個大小和形狀的取樣區(qū)域，所述取樣區(qū)域包括多個立柱和圍繩構(gòu)成；所述取樣點植株正投影采集單元安裝后，預(yù)先對取樣點植株正投影采集單元進(jìn)行標(biāo)定，使取樣點植株正投影采集單元的采集邊界線與取樣區(qū)域邊界線重合。

13、進(jìn)一步地，所述感知處理系統(tǒng)工作工程如下：感知處理系統(tǒng)獲取溫度、空氣濕度和土壤墑情；并進(jìn)行感知數(shù)據(jù)處理，處理過程如下：

14、???????????（1）

15、上式（1）中，為溫度參考值，為采集周期內(nèi)的采集次數(shù)，?為采集周期內(nèi)的任一次溫度變送器采集溫度數(shù)據(jù)；

16、?????????（2）

17、上式（2）中，為濕度參考值，為采集周期內(nèi)的采集次數(shù)，采集周期為上一次灌溉結(jié)束至本次灌溉開始前的時間階段；為采集周期內(nèi)的任一次空氣濕度變送器采集濕度數(shù)據(jù)；

18、?????????（3）

19、上式（3）中，為某一取樣點的總植株葉片光合有效輻射量參考值，為采集周期內(nèi)的采集次數(shù)，?為采集周期內(nèi)，光合測定單元測定的任一次總植株葉片光合有效輻射量參考值；為某一取樣點的總植株葉片實際采集面積；

20、（4）

21、上式（4）中，g為域內(nèi)植株灌溉總量，d為上一次灌溉結(jié)束至本次灌溉開始前的采集周期數(shù)量，為某一個采集周期，∈d；和為某一個采集周期的溫度參考值和濕度參考值；為某一個采集周期，所有取樣點的總植株葉片光合有效輻射量參考值的平均值；為所有取樣點的總植株葉片實際采集面積的平均值，為域內(nèi)正投影采集單元采集的域內(nèi)所有植株正投影面積，為取樣點植株正投影采集單元采集的所有取樣點的植株正投影面積的平均值；為各個生長周期的灌溉系數(shù)，所述灌溉系數(shù)取值為0.3~1.5；

22、?????????（5）

23、上式（5）中，為需要補(bǔ)充的土壤濕度值；為當(dāng)前生長周期設(shè)定的土壤墑濕度值，為土壤墑情變送器在本次灌溉開始前，最后一次實時采集的土壤濕度值；

24、當(dāng)為負(fù)值時，停止土壤補(bǔ)水計算，當(dāng)為正值時，進(jìn)行土壤補(bǔ)水計算，計算過程如下：

25、?????????（6）

26、為作物植株根系有效吸收量；為灌溉總量吸收系數(shù)，所述灌溉總量吸收系數(shù)與域內(nèi)植株灌溉總量g建立關(guān)聯(lián)表，每一個灌溉總量閾值段關(guān)聯(lián)一個灌溉總量吸收系數(shù)；

27、?????????（7）

28、為作物植株根系二次補(bǔ)水量；所述二次補(bǔ)水量通過滴灌系統(tǒng)執(zhí)行或通過噴灌系統(tǒng)執(zhí)行；當(dāng)執(zhí)行滴灌系統(tǒng)時，滴灌灌溉量為；當(dāng)執(zhí)行噴灌系統(tǒng)時，通過調(diào)整g值，直到為0時，將該g值作為噴灌總量。

29、進(jìn)一步地，所述灌溉系數(shù)由生長周期初始值和跟隨值求和得到；具體如下：

30、?????????（8）

31、上式（8）中，為生長周期初始值，所述生長周期初始值為手動設(shè)定，根據(jù)不同的生長周期，設(shè)定一個生長周期初始值，為跟隨值，所述跟隨值計算如下：

32、?????????（9）

33、上式（9）中，為設(shè)定一個生長周期初始值的時間節(jié)點對應(yīng)的實時采集的；或針對每個生長周期初始值設(shè)定的一個取樣點標(biāo)準(zhǔn)的植株正投影面積的平均值；為本次灌溉開始前，最后一次實時采集的；當(dāng)為取樣點標(biāo)準(zhǔn)的植株正投影面積的平均值時，允許負(fù)值，表示植株未生長到設(shè)定生長周期預(yù)期值。

34、進(jìn)一步地，所述統(tǒng)計過程如下：通過統(tǒng)計取樣點的植株葉片的總數(shù)量，并將總數(shù)量乘以標(biāo)定面積，得到；標(biāo)定面積為測定取樣點其中一個植株葉片的面積或多個植株葉片平均面積。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于環(huán)境感知的智能灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境感知、土壤墑情和植株生長狀態(tài)數(shù)據(jù)對灌溉區(qū)域內(nèi)植株灌溉量精確預(yù)測；提高水資源的利用率和植株生長穩(wěn)定性，確保作物獲得精確的水分，提高植株的生產(chǎn)速率和質(zhì)量。