一種套種作物自動灌溉的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種套種作物自動灌溉的控制方法，該方法包括：獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土層劃分；根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量；根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)；根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子，當待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子小于第一閾值時開始進行套種作物的灌溉，當灌溉量達到目標灌水量時停止灌溉。本發(fā)明能夠在準確獲取套作模式下土壤水分信息的基礎(chǔ)上，自動灌溉套種作物，在保證作物高產(chǎn)的同時，實現(xiàn)水分利用效率的最大化。
【專利說明】
一種套種作物自動灌溉的控制方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及農(nóng)田灌溉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種套種作物自動灌溉的控制方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 套種模式是將兩種或兩種以上的作物按照不同的時期種植在同一田塊的種植模 式。對比單一作物種植模式，套作不僅能階段性地充分利用光、熱資源，更重要的是該種植 模式能延長后季作物的生長時間，提高復(fù)種指數(shù)，從而提高年總產(chǎn)量。此外，套作種植模式 還能改善單一種植模式在關(guān)鍵生育期對水分需求過于集中態(tài)勢，從時間上對水資源的需求 量進行合理配置。對于西北光熱條件較好的地區(qū)來說，這一種植模式尤為適用。
[0003] 套種模式作為一種復(fù)合的種植模式，兩種作物同時生長在同一田塊中，其對水分 的消耗也與單一種植模式有所區(qū)別，用常規(guī)的作物水分管理模式來指導(dǎo)灌溉勢必?zé)o法根據(jù) 作物實際水分需求對進行水資源匹配調(diào)度。
[0004] 近年來有人嘗試通過在田間埋設(shè)水分傳感器對土壤含水量進行實時監(jiān)測，同時根 據(jù)土壤含水變化來指導(dǎo)灌溉，在一定程度上為套種作物的水分管理提供了依據(jù)。但是，目前 的土壤水分傳感器多以點測量為主，而土壤含水量變化存在一定的空間變異性，布設(shè)傳感 器數(shù)量較少時，很難反應(yīng)大面積田塊的土壤水分含量真實狀況，土壤水分傳感器布設(shè)數(shù)量 增大時，可以減少空間變異對土壤水分信息獲取的影響，但在田間埋設(shè)土壤水分傳感器在 給農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)帶來不便的同時也增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。而且土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量、鹽 分含量的不同對土壤水分傳感器精度有較大的影響。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺少高效地對套種 作物進行自動灌溉的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有的通過在田間布設(shè)土壤含水量傳感器監(jiān)測土 壤含水量代表性較差、成本昂貴且不準確致不能精準決策灌溉，且給機械耕種作業(yè)帶來不 便的問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提出了一種套種作物自動灌溉的控制方法， 該套種作物自動灌溉的控制方法包括：
[0007] 獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土層劃分；
[0008]根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取 各個土層的不同時刻的土壤含水量；
[0009] 根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)；
[0010] 根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因 子，當待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子小于第一閾值時開始進行套種作物的灌溉，當灌溉 量達到目標灌溉量時停止灌溉；
[0011] 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。
[0012] 可選地，所述獲取土壤計劃濕潤層的深度包括：
[0013] 根據(jù)公式一獲取土壤計劃濕潤層的深度：
[0014] H=R〇Xt，公式一
[0015] 其中，Ro為作物根系下扎速率，t為播種出苗后的天數(shù)，Η為土壤計劃濕潤層的深 度。
[0016] 可選地，在所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù) 合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量之前，還包括：
[0017] 采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。
[0018] 可選地，在所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù) 合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量之前，還包括：
[0019] 根據(jù)套種作物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)。
[0020] 可選地，所述根據(jù)套種作物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系 數(shù)，包括：
[0021] 根據(jù)公式二獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)：
[0023]式中，KC1*第一作物的作物系數(shù);Ai為第一作物的種植面積;出為第一作物的株 高;Kc2為第二作物的作物系數(shù);A2為第二作物的種植面積;H2為第二作物的株高。
[0024]可選地，所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合 作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量，包括：
[0025]根據(jù)公式三獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量：
[0027]其中，％為i時刻第j層土壤的含水量，E1為表層土壤i時刻的土面蒸發(fā)，為第 j層土壤在i時刻的含水量的變化量;g為第j層土壤在i時刻的作物根系吸水量；
[0028]表層土壤的土面蒸發(fā)E=KSXEP;
[0029]其中，Ks為土壤水分虧缺指數(shù)，
WM為作物出現(xiàn)萎蔫時的含水 量，Wf為土壤水分再分布結(jié)束后表層土壤最大的水分含量；EPS潛在土表蒸發(fā)速率，
A為飽和水汽壓與溫度關(guān)系的斜率，
ea為飽和 水汽壓，T為溫度；R η為凈輻射，通過凈輻射傳感器獲取；γ為干濕球常數(shù)，
LAI為葉面積指數(shù);ζ為 距離地面的高度；
[0030]第j層土壤的含水量的變化量
[0032] 其中，Co為田間持水量;K 土壤持水性表征參數(shù)，K = 1 /ks，Ks為飽和導(dǎo)水率;Zm為降 雨或灌溉的最大入滲深度，Zm = R/(K*Wf); Ζο為土壤水分再分布穩(wěn)定時表層土能達到田間 持水量的深度，Z〇 = K*R/Wf; Zj為第j層土壤的深度；
[0033]第j層土壤的實際根系吸水速率Sj = Ksj X Smj;
[0034] 其中，Ksj為水分脅迫修正系數(shù)，
丨Smj為第j層土壤最大根系 吸水速率，Smj = Tp X Rdj/H; Tp為潛在蒸騰，W為土壤含水量;Tp = ΕΤρ-Ερ; Ep為潛在土表蒸發(fā)
;ETp為潛在蒸散，ETp = Kc X ETo，Kc為作物系數(shù)，ETo為參 比蒸散;Rd( j)為第j層土壤根系分布指數(shù);Η為土壤計劃濕潤層的深度。
[0035] 可選地，所述根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)，包括：
[0036]根據(jù)公式四獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)：
[0038]其中，Μ55表示待灌溉區(qū)域中第」層土壤中根系分布系數(shù);Rdl(j)表示第一作物 的在第j層土壤中根系分布系數(shù);Rd2(j)表示第二作物的在第j層土壤中根系分布系數(shù);A1 和A2分別表示每種作物的種植面積；
[0039]第j層土壤根系分布指數(shù)
[0040] Rd(j)=4.522(l-Zrj)5-228 Xexp(9.644Zrj2·426),
[0041] 其中，表示第j層土層的相對深度Zr產(chǎn)Z」/Lr，Z偽第j層土壤深度，Lr為根系下 扎的最大深度，與土壤計劃濕潤層Η相等。
[0042]可選地，所述根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉 決策判斷因子，包括：
[0043]根據(jù)公式五獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子：
[0045] 其中，WI為待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子。
[0046] 只要當計算灌得到的灌溉溉決策判斷因子WI小于閾值Θ時開始灌溉。
[0047] 本發(fā)明還提出了一種套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)，該套種作物自動灌溉的控制 系統(tǒng)包括：
[0048] 土層劃分單元，用于獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進 行土層劃分；
[0049] 土層含水量獲取單元，用于根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套 種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量；
[0050]根系分布指數(shù)獲取單元，用于根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布 指數(shù)；
[0051] 灌溉控制單元，用于根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域 的灌溉決策判斷因子，當待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子小于第一閾值時開始進行套種作 物的灌溉，當灌溉量達到目標灌水量時停止灌溉；
[0052] 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。
[0053] 可選地，該自動灌溉套種作物的控制系統(tǒng)還包括：
[0054]初始含水量獲取單元，用于采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。
[0055]本發(fā)明提供套種作物自動灌溉的控制方法及系統(tǒng)，能夠在準確獲取套作模式下土 壤水分信息的基礎(chǔ)上，自動灌溉套種作物，克服了現(xiàn)有的埋設(shè)傳感器的局限，在保證作物高 產(chǎn)的同時，實現(xiàn)水分利用效率的最大化。
【附圖說明】
[0056]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：
[0057] 圖1示出了本發(fā)明一個實施例的套種作物自動灌溉的控制方法的示意圖；
[0058] 圖2示出了本發(fā)明一個實施例的套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0059] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。
[0060] 圖1示出了本發(fā)明一個實施例的套種作物自動灌溉的控制方法的示意圖。如圖1所 示，該套種作物自動灌溉的控制方法包括：
[0061] S11:獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土層劃分；
[0062] S12:根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù) 獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量；
[0063] S13:根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)；
[0064] S14:根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判 斷因子，當待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子小于第一閾值時開始進行套種作物的灌溉，當 灌溉量達到目標灌水量時停止灌溉；
[0065] 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。
[0066]本實施例的套種作物自動灌溉的控制方法，將單一作物的作物系數(shù)進行加權(quán)平均 獲取套種作物的作物系數(shù)，根據(jù)作物的面積獲取套種作物的根系分布指數(shù)，在準確獲取套 作模式下土壤水分信息的基礎(chǔ)上，自動灌溉套種作物，克服了現(xiàn)有的埋設(shè)傳感器的局限，在 保證作物高產(chǎn)的同時，實現(xiàn)水分利用效率的最大化。
[0067]在一種可選的實施方式中，所述獲取土壤計劃濕潤層的深度包括：
[0068]根據(jù)公式一獲取土壤計劃濕潤層的深度：
[0069] H=R〇Xt，公式一
[0070] 其中，R〇為作物根系下扎速率，t為播種出苗后的天數(shù)，Η為土壤計劃濕潤層的深度 (本發(fā)明選取了根系下扎的最大深度作為土壤計劃濕潤層的深度）。
[0071 ] 在實際應(yīng)用中，Ro根據(jù)經(jīng)驗取1.2 cm/天。優(yōu)選地，Η最大取6 0 cm。將土壤計劃濕潤層 Η按照每層10cm的深度進行土層劃分，最下方土層不足10cm,以10cm計算。
[0072]可選地，在所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù) 合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量之前，還包括：
[0073]采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。
[0074]在實際應(yīng)用中，各個土層初始含水量W/(j = 1，2，3，4，5···，η，表示土壤劃分層數(shù)， 取10cm為1層）。
[0075]可選地，在所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù) 合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量之前，還包括：
[0076] 根據(jù)套種作物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)。
[0077] 可選地，所述根據(jù)套種作物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系 數(shù)，包括：
[0078] 根據(jù)公式二可獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)：
[0080] 式中，KC1*第一作物的作物系數(shù);Ai為第一作物的種植面積;出為第一作物的株 高;Kc2為第二作物的作物系數(shù);A 2為第二作物的種植面積;H2為第二作物的株高。
[0081] 本實施例針對的套作模式，是一個復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，其作物系數(shù)需要同時反映兩 種作物的耗水特性。因此，本實施例以作物的株高和種植面積比例為參照，將單一作物的作 物系數(shù)進行加權(quán)平均，來獲取套作作物的復(fù)合作物系數(shù)。第一作物的作物系數(shù)和第二作物 的作物系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值確定。
[0082]進一步地，所述根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù) 合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量，包括：
[0083]根據(jù)公式三獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量：
[0085] 其中，Μ為i時刻第j層土壤的含水量，E1為表層土壤i時刻的土面蒸發(fā)，為第 j層土壤在i時刻的含水量的變化量;S}為第j層土壤在i時刻的作物根系吸水量；
[0086] 需要說明的是，i+Ι時刻土壤含水量的可以根據(jù)物質(zhì)守恒原理，利用i時刻的 土壤含水量Wf和上邊界(灌溉、降雨、蒸發(fā))和土層內(nèi)部的（根系吸水)土壤水分變化過程進 行估算，原理控制方程：
[0087] wi+1=r+R+I-D_ET
[0088] 式中:Wi+1為i+1時刻的土壤含水量;W%i時刻的土壤含水量;R為降雨量;I為灌溉 量;D為排水量;ET為作物蒸騰量。由于在地面灌溉條件下，各土層內(nèi)的含水量的分布是非均 一的，故采用逐層遞進法分層估算土壤含水量，以避免將根區(qū)含水量平均化所帶來的偏差； 將上述控制方程在空間上離散化便得到公式三。
[0089]表層土壤的土面蒸發(fā)E=KS ΧΕρ;
[0090] 其中，Ks為土壤水分虧缺指數(shù)，
WM為作物出現(xiàn)萎蔫時的含水 量，Wf為土壤水分再分布結(jié)束后表層土壤最大的水分含量；EPS潛在土表蒸發(fā)速率，
A為飽和水汽壓與溫度關(guān)系的斜率，
ea為飽和 水汽壓，T為溫度；R η為凈輻射，通過凈輻射傳感器獲??；γ為干濕球常數(shù)，
;LAI為葉面積指數(shù)，可 通過遙感影像分析處理獲取;z為距離地面的高度；
[0091] 第j層土壤的含水量的變化量
[0093] 其中，Co為田間持水量;K 土壤持水性表征參數(shù)，K = 1 /ks，Ks為飽和導(dǎo)水率;Zm為降 雨或灌溉的最大入滲深度，Zm = R/(K*Wf); Ζο為土壤水分再分布穩(wěn)定時表層土能達到田間 持水量的深度，Z〇 = K*R/Wf; Zj為第j層土壤的深度；
[0094]第j層土壤的實際根系吸水速率Sj = Ksj X Smj;
[0095] 其中，Ksj為水分脅迫修正系數(shù)，
；Smj為第j層土壤最大根系 吸水速率，Smj = Tp X Rdj/H; Tp為潛在蒸騰，W為土壤含水量;Tp = ΕΤρ-Ερ; Ep為潛在土表蒸發(fā)
;ETp為潛在蒸散，ETp = Kc X ETo，Kc為作物系數(shù)，ETo為參 比蒸散，采用彭曼公式計算;Rd(j)為第j層土壤根系分布指數(shù);Η為土壤計劃濕潤層的深度。
[0096] 在套種作物系統(tǒng)中，作物根系分布系數(shù)兼顧每種作物的根系分布情況，所述根據(jù) 套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)，包括：
[0097] 根據(jù)公式四獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)：
[0099]其中，I3IJI表示待灌溉區(qū)域中第j層土壤中根系分布系數(shù);Rdl(j)表示第一作物 的在第j層土壤中根系分布系數(shù);Rd2(j)表示第二作物的在第j層土壤中根系分布系數(shù);A1 和A2分別表示每種作物的種植面積；
[0100]第j層土壤根系分布指數(shù)
[0101] Rd(j) = 4 · 522(1 -Zrj)5.228 X exp(9 · 644Zr/.426)，
[0102] 其中，表示第j層土層的相對深度Zr產(chǎn)Z」/Lr，Z偽第j層土壤深度，Lr為根系下 扎的最大深度，與土壤計劃濕潤層Η相等。
[0103] 所述根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判 斷因子，包括：
[0104] 根據(jù)公式五獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子：
[0106] 其中，WI為待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子，所述灌溉決策判斷因子為根據(jù)土層 的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取的待灌溉區(qū)域的土壤含水量的加權(quán)平均值。
[0107] 在獲取各土層含水量前提下，即可根據(jù)待灌溉區(qū)域的土壤含水量計算得到判斷是 否需要灌溉的灌溉決策判斷因子。需要指出的是，作物根系分布和土壤含水量分布規(guī)律往 往存在較大的不一致性，由于在作物根系較多的表層對土壤中水分的吸收較多，故表層土 壤的含水量往往小于深層土壤。而較深土壤層中，即便土壤含水量較高，作物根系也無法吸 收足夠的水分滿足其蒸騰需要，若簡單的對各土層的土壤含水量進行平均，不能真實反映 作物受到的水分脅迫狀況，故本發(fā)明根系各土層中作物根系所占的比例，通過加權(quán)平均的 辦法來計算待灌溉區(qū)域的土壤含水量。
[0108] 一般當待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子WI低于田間持水量的50% (WC)時即可進 行灌溉，當土壤含水量達到目標含水量WT時即可停止灌溉(為了減少深層滲漏造成的浪費， WT-般取田間持水量的80% )，灌溉量即可通過下式計算：
[0109] I=AX(ffT-ffC)XH
[0110] 其中，中，I為灌溉量，A為灌溉地塊面積。
[0111] 1個灌溉周期結(jié)束后，即可重復(fù)上述步驟進行下一個周期的灌溉決策判斷，直至作 物成熟收獲。
[0112] 特別地，針對從河道取水的渠灌區(qū)，考慮各級渠系水分利用系數(shù)n，渠道輸水量為：
[0113] Q=I+n
[0114] 以下以寧夏唐徠渠灌區(qū)王家三戶支渠灌溉控制方法來詳細說明本發(fā)明的具體實 施方式。
[0115] 唐徠渠灌區(qū)地處寧夏平原，光熱條件優(yōu)越，麥套玉米是當?shù)貜V泛采用的種植模式， 取得了良好的經(jīng)濟效益。該灌溉控制方法詳細說明如下：
[0116] (1)獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土層劃分，按照 10cm-層分別測定60cm深度內(nèi)的土壤水利特性參數(shù)(土壤飽和含水量、田間持水量和飽和 導(dǎo)水率)及初始含水量，并獲取各類作物的面積、株高和種植日期；
[0117] (2)進行不同時段內(nèi)不同深度土壤含水量計算，根據(jù)作物根系分布情況進行待灌 溉區(qū)域的土壤含水量計算，根據(jù)計算結(jié)果判斷是否需要灌溉，當待灌溉區(qū)域的土壤含水量 大于等于臨界值時，不要進行灌溉，等下一個時段繼續(xù)計算待灌溉區(qū)域的土壤含水量。當待 灌溉區(qū)域的土壤含水量小于臨界值時，則需要進行灌溉。
[0118] (3)開啟首部閘門取水灌溉，用流量計統(tǒng)計渠道引水量，直至達到目標灌水量，關(guān) 閉閘門。計算土壤水分再分布穩(wěn)定后各土層的土壤含水量。
[0119]繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)_(3)對套作作物根區(qū)土壤水分進行控制管理，直至作物成熟。 [0120]圖2示出了本發(fā)明一個實施例的套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖2所示，該套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)包括：
[0121] 土層劃分單元21，用于獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度 進行土層劃分；
[0122] 土層含水量獲取單元22,用于根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和 套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量；
[0123] 根系分布指數(shù)獲取單元23,用于根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分 布指數(shù)；
[0124] 灌溉控制單元24,用于根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū) 域的灌溉決策判斷因子，當灌溉量達到目標灌水量時停止灌溉；
[0125] 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。
[0126] 可選地，該自動灌溉套種作物的控制系統(tǒng)還包括：
[0127] 初始含水量獲取單元，用于采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。
[0128] 本實施例所述的套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)可以用于執(zhí)行上述方法實施例，其 原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。
[0129] 本發(fā)明的套種作物自動灌溉的控制方法及系統(tǒng)，將單一作物的作物系數(shù)進行加權(quán) 平均獲取套種作物的作物系數(shù)，根據(jù)作物的面積獲取套種作物的根系分布指數(shù)，在準確獲 取套作模式下土壤水分信息的基礎(chǔ)上，自動灌溉套種作物，克服了現(xiàn)有的埋設(shè)傳感器的局 限，在保證作物高產(chǎn)的同時，實現(xiàn)水分利用效率的最大化。
[0130] 雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，包括： 獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土層劃分； 根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個 土層的不同時刻的土壤含水量； 根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)； 根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子，當 待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子小于第一閾值時開始進行套種作物的灌溉，當灌溉量達到 目標灌水量時停止灌溉； 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，所述獲取土壤計 劃濕潤層的深度包括： 根據(jù)公式一獲取土壤計劃濕潤層的深度： H=R〇Xt，公式一 其中，R〇為作物根系下扎速率，t為播種出苗后的天數(shù)，Η為土壤計劃濕潤層的深度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，在所述根據(jù)土壤 水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時 刻的土壤含水量之前，還包括： 采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，在所述根據(jù)土壤 水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時 刻的土壤含水量之前，還包括： 根據(jù)套種作物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)套種作 物的面積和套種作物的株高獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)，包括： 根據(jù)公式二獲取套種作物的復(fù)合作物系數(shù)：式中，{(^為第一作物的作物系數(shù);Ai為第一作物的種植面積為第一作物的株高;Kc2 為第二作物的作物系數(shù);A2為第二作物的種植面積;H2為第二作物的株高。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)土壤水 利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻 的土壤含水量，包括： 根據(jù)公式三獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量：其中，巧為i時刻第j層土壤的含水量，E1為表層土壤i時刻的土面蒸發(fā)，為第j層土 壤在i時刻的含水量的變化量;Sf為第j層土壤在i時刻的作物根系吸水量；表層土壤的土面蒸發(fā)E = KS X Er · 其中，Ks為土壤水分虧缺指數(shù)： WM為作物出現(xiàn)萎蔫時的含水量， i Wf為土壤水分再分布結(jié)束后表層土壤最大的水分含量；EPS潛在土表蒸發(fā)速率，k為飽和水汽壓與溫度關(guān)系的斜率，ea為飽和 水汽壓，T為溫度；R η為凈輻射，通過凈輻射傳感器獲取；γ為干濕球常數(shù)，;LAI為葉面積指數(shù);ζ為 距離地面的高度； 第j層土壤的含水量的變化量其中，Co為田間持水量;K 土壤持水性表征參數(shù)，K= l/ks，KS為飽和導(dǎo)水率;Zm為降雨或灌 溉的最大入滲深度，Zm = R/(K*Wf); Z〇為土壤水分再分布穩(wěn)定時表層土能達到田間持水量 的深度，Z〇 = K*R/Wf; Zj為第j層土壤的深度； 第j層土壤的實際根系吸水速率Sj = Ksj X Smj; 其中，Ksj為水分脅迫修正系數(shù)，；Smj為第j層土壤最大根系吸水 速率，Smi = Tp X Rdi/H; Tp為潛在蒸騰，W為土壤含水量;Tp = ETp-Ep; Ep為潛在土表蒸發(fā)速 率S;ETp為潛在蒸散，ETp = KcXET〇，Kc為作物系數(shù)，ETo為參比 蒸散;Rd( j)為第j層土壤根系分布指數(shù);Η為土壤計劃濕潤層的深度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)套種作 物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指數(shù)，包括：根據(jù)公式四莽Sv查ft彳七物I的1S . 公式四 其中，表示待灌溉區(qū)域中第」層±壤中根系分布系數(shù);Rdl(j)表示第一作物的在 第j層土壤中根系分布系數(shù);Rd2(j)表示第二作物的在第j層土壤中根系分布系數(shù);A1和A2 分別表示每種作物的種植面積； 第j層土壤根系分布指數(shù) Rd(j)=4.522(l-Zrj)5-228 Xexp(9.644Zrj2·426), 其中，表示第j層土層的相對深度為第j層土壤深度，Lr為根系下扎的 最大深度，與土壤計劃濕潤層Η相等。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的套種作物自動灌溉的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)各個土 層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子，包括： 根據(jù)公式五獲取待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子：公'式五 其中，WI為待灌溉區(qū)域的灌溉決策判斷因子，并根據(jù)灌溉決策判斷因子判斷是否需要 灌溉。9. 一種套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 土層劃分單元，用于獲取土壤計劃濕潤層的深度，根據(jù)土壤計劃濕潤層的深度進行土 層劃分； 土層含水量獲取單元，用于根據(jù)土壤水利特性參數(shù)、各個土層的初始含水量和套種作 物的復(fù)合作物系數(shù)獲取各個土層的不同時刻的土壤含水量； 根系分布指數(shù)獲取單元，用于根據(jù)套種作物的面積獲取套種作物的復(fù)合根系分布指 數(shù)； 灌溉控制單元，用于根據(jù)各個土層的土壤含水量和根系分布指數(shù)獲取待灌溉區(qū)域的灌 溉決策判斷因子，同時根據(jù)灌溉決策判斷因子的大小判斷是否需要灌溉。當灌溉量達到目 標灌水量時停止灌溉； 其中，所述土壤水利特性參數(shù)包括：田間持水量和飽和導(dǎo)水率。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的套種作物自動灌溉的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 初始含水量獲取單元，用于采用烘干法獲取各個土層的初始含水量。
【文檔編號】G06Q10/04GK105868864SQ201610227640
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】楊志, 吳曉峰, 溫江麗, 李銀坤, 李鋒, 馬文濤, 薛里圖, 王利春
【申請人】寧夏回族自治區(qū)唐徠渠管理處