一种作物生长灌溉决策控制系统技术方案

技术编号:17780961 阅读:35 留言:0更新日期:2018-04-22 10:09
一种作物生长灌溉决策控制系统,该决策控制系统包括:作物数据库、土壤数据库、气象数据库、灌水量数据库和成果数据库,来自作物数据库的作物参数数据、来自土壤数据库的土壤参数数据以及来自气象数据库的气象数据经过所述决策控制系统的作物生长数学模型的初始化处理后,结合来自灌水量数据库的灌水量数据,经作物生长数学模型作状态计算,由所述决策控制系统根据灌水决策模型做出灌溉决策,通过成果数据库给出的每日数据输出对灌溉决策效果进行反馈,根据评估结果调整灌溉决策。

【技术实现步骤摘要】
一种作物生长灌溉决策控制系统
本专利技术属于现代农业
,特别涉及一种作物生长灌溉决策控制系统。
技术介绍
公开号为CN102342235A的专利文献,公开了“一种基于WSN的蔬菜大棚自动灌溉系统,包括无线传感网单元、数据处理单元和远程控制单元,其他特征于:所述无线传感网单元检测到的信号传输到数据处理单元进行数据处理后,再传输到远程控制单元,所述远程控制单元根据接收到的信号对蔬菜大棚进行自动灌溉;所述无线传感网单元基于物联网模式把蔬菜大棚按需要划分成若干区域进行模块化管理所述无线传感网单元包括终端节点、路由节点和基站节点三类不同的传感节点,每个节点分配有独特唯一的结点ID,其中所述终端节点用于蔬菜大棚内土壤湿度的采集与喷头开关的控制,所述路由节点用于信号数据的转发,所述基站节点用于把信号数据传输到数据处理单元,以通过数据处理单元的GPRS进行远距离传输”。该基于WSN的蔬菜大棚自动灌溉系统,其包括无线传感网单元、数据处理单元和远程控制单元。但是该系统通过无线传感器网络仅仅采集土壤信息,根据土壤信息,通过远程控制单元对土壤进行灌溉或者施肥。但是对于实现通用作物生长及灌溉决策控制系统,上述技术方案的这种传统的集散式采集控制系统和时序触发式逻辑控制已经远远不能满足现代农业的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种作物生长灌溉决策控制系统,目的在于解决现有的作物灌溉系统在灌溉控制时,考虑的因素比较单一,无法进行大数据智能控制的问题。本专利技术的技术方案是,一种作物生长灌溉决策控制系统,该决策控制系统包括:作物数据库,用于存储与作物相关的实验和初始化数据;土壤数据库,用于存储土壤初始化数据;气象数据库,用于存储现场环境的最高气温度、最低气温、相对湿度、降水量、风速和太阳辐射强度,以及气象站位置的经纬度和海拔高度数据;灌水量数据库,用于存储作物生长期灌溉的开始时间、灌水时间和灌水量大小数据;成果数据库,用于存储每日的作物生长状态和土壤水分状况的数据库,其中,来自作物数据库的作物参数数据、来自土壤数据库的土壤参数数据以及来自气象数据库的气象数据经过所述决策控制系统的作物生长数学模型的初始化处理后,结合来自灌水量数据库的灌水量数据,经作物生长数学模型作状态计算,由所述决策控制系统根据灌水决策模型做出灌溉决策,通过成果数据库给出的每日数据输出对灌溉决策效果进行反馈,根据评估结果调整灌溉决策。所述作物生长数学模型包括:作物模型、气象模型和土壤模型,作物模型,运用统计学方法及其数理逻辑方法和数学语言建构的,是作物从种子到成熟全过程的数学模型,该数学模型由作物生长子程序、作物株重子程序、潜在作物干物质子程序和叶面指数子程序组成,通过分析计算作物生长的叶面指数推断作物潜在耗水量;气象模型,是基于气象数据收集,根据天气属于干旱年、平均年和丰水年的典型年份的月数据,自动模拟典型年份气候状况生成每日数据的数学模型;土壤模型,采用农业水利专业中水土平衡方法和数学语言建构的基于土壤蓄水量分析计算的数学模型,该数学模型根据土壤水分平衡方程,计算土壤水的增减变化量。所述气象数据库连接气象监测设备,获取实时的气象数据。所述决策控制系统连接灌溉控制器,决策控制系统根据灌水量数据控制灌溉控制器的输出。进一步的,所述的灌溉模型决策是利用土壤水分平衡原理计算的数学模型,该数学模型包括公式:最小土壤水分含量Wmin=WP+0.75*(FC-WP),最大土壤水分含量Wmax=ST,其中,WP——土壤水分凋萎系数,Wmin——最小允许土壤储水量,Wmax——最大允许土壤储水量,FC——土壤田间持水量,ST——土壤饱和含水量,由于要求保持土壤水分含量保持在Wmin~Wmax之间,按照充分灌溉的要求,当无有效降雨时,计划湿润层中的储水量由于作物的消耗水分接近于Wmin,此时需要进行灌溉,以补充水量,此时有:M=Wmax-Wmin-Wr-P0-K+ET,其中,Wmin——最小允许土壤储水量,Wmax——最大允许土壤储水量,Wr——由于计划湿润层增加而增加的水量;K——时段t内的地下水补给量,即K=kt;M——时段t内的灌溉水量;ET——时段t内的作物田间需水量,ET=et,e为t时段内平均作物田间需水量;P0-保存在土壤计划湿润层中的有效雨量,当执行调亏灌溉时,实际灌水量:Mn=Kn*M,Kn=0~1之间,其中,Mn——时段t内的实际灌溉水量;Kn——时段t内的调亏灌水系数。所述气象数据的获取分为三种情况:首先,当作物种植开始或计划种植中没有实时气象数据,所述决策控制系统模拟生成气象数据进行分析,用以解决预估作物产量的问题;其次,当种植开始后,从气象监测设备得到实时气象数据,计算得到基于真实气象数据的作物灌溉模拟成果;最后,当收集到天气预报的数据,按照预报数据进行分析计算,预测未来数天后的作物生长状况和土壤水分状况。灌溉控制器的控制方法包括:得到灌水量数据后,根据Tr=V/Q确定控制的电磁阀运行的时间,这里,Tr是灌水时间,V是灌水量,Q是灌溉流量。采用土壤水分平衡方程计算土壤水的增减变化量,包括计算土壤的水分亏缺胁迫因子、土壤水分过剩胁迫因子、作物蒸腾量、土壤的垂直排水量,作物蒸腾量计算是基于Priestly-Taylor方法计算每日潜在的蒸腾量,土壤水分蒸发量根据当前土壤水分可用量大小计算实际的每日土壤蒸发量。进一步的,所述决策控制系统的后台部署在云端服务器,用户通过远程网络访问所述云端服务器,所述决策控制系统还包括采集模块,用来采集并显示气象和土壤的参数以对气象和土壤的环境进行实时监测;以及传输模块,与灌溉执行部件及气象监测设备通讯以接收和发送所述灌溉执行部件和气象监测设备的数据并对接收和发送的数据进行传输;控制模块,与所述云端服务器和所述传输模块通讯以将所述传输模块接收的数据发送至所述云端服务器并将所述云端服务器的控制指令通过传输模块发送至手机、灌溉执行部件和气象监测设备,通讯模块,通过计算机局域网、Wifi、NB-IoT或串口与所述控制模块通讯,接收所述气象监测设备监测到的信息和通用作物生长及灌溉决策控制系统各设备的状态信息并将上述信息发送给所述数据库,所述通讯模块还将控制指令发送给所述控制模块并将其接收和发送的数据写入所述数据库。进一步的,所述决策控制系统还包括:设备控制模块,向所述通讯模块下达控制指令;设备管理模块,用来根据需求添加或者删除所述控制模块和/或传输模块和/或气象和土壤监测设备和/或灌溉执行部件及所述控制模块与所述云端服务器之间的关系和/或所述控制模块与所述传输模块之间的关系和/或传输模块与气象监测设备之间的关系和/或所述传输模块与所述灌溉执行部件之间的关系以建立和/或修改所述通用作物生长及灌溉决策控制系统的控制结构;作物生长模块,根据地域、土壤特性、灌溉方式、作物类型与作物生育期,为作物提供作物灌溉耗水量或控制指标的参数值。灌溉控制器模块,根据作物生长模型提供的作物实时耗水量,调亏灌溉要求计算的土壤补充灌水量,最后通过电磁阀控制灌水量。与现有技术相比,本专利技术的作物生长模型及其灌溉决策系统开发方法具有以下优点:1、通过本专利技术的控制系统使用者不需要具备专业的计算机和作物种植知识,仅需通过简单的手机或PC机操作即可完成灌溉智能控制系统提本文档来自技高网...
一种作物生长灌溉决策控制系统

【技术保护点】
一种作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,该决策控制系统包括:作物数据库,用于存储与作物相关的实验和初始化数据;土壤数据库,用于存储土壤初始化数据;气象数据库,用于存储现场环境的最高气温度、最低气温、相对湿度、降水量、风速和太阳辐射强度,以及气象站位置的经纬度和海拔高度数据;灌水量数据库,用于存储作物生长期灌溉的开始时间、灌水时间和灌水量大小数据;成果数据库,用于存储每日的作物生长状态和土壤水分状况的数据库,其中,来自作物数据库的作物参数数据、来自土壤数据库的土壤参数数据以及来自气象数据库的气象数据经过所述决策控制系统的作物生长数学模型的初始化处理后,结合来自灌水量数据库的灌水量数据,经作物生长数学模型作状态计算,由所述决策控制系统根据灌水决策模型做出灌溉决策,通过成果数据库给出的每日数据输出对灌溉决策效果进行反馈,根据评估结果调整灌溉决策。

【技术特征摘要】
1.一种作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,该决策控制系统包括:作物数据库,用于存储与作物相关的实验和初始化数据;土壤数据库,用于存储土壤初始化数据;气象数据库,用于存储现场环境的最高气温度、最低气温、相对湿度、降水量、风速和太阳辐射强度,以及气象站位置的经纬度和海拔高度数据;灌水量数据库,用于存储作物生长期灌溉的开始时间、灌水时间和灌水量大小数据;成果数据库,用于存储每日的作物生长状态和土壤水分状况的数据库,其中,来自作物数据库的作物参数数据、来自土壤数据库的土壤参数数据以及来自气象数据库的气象数据经过所述决策控制系统的作物生长数学模型的初始化处理后,结合来自灌水量数据库的灌水量数据,经作物生长数学模型作状态计算,由所述决策控制系统根据灌水决策模型做出灌溉决策,通过成果数据库给出的每日数据输出对灌溉决策效果进行反馈,根据评估结果调整灌溉决策。2.如权利要求1所述的作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,所述作物生长数学模型包括:作物模型、气象模型和土壤模型,作物模型,运用统计学方法及其数理逻辑方法和数学语言建构的,是作物从种子到成熟全过程的数学模型,该数学模型由作物生长子程序、作物株重子程序、潜在作物干物质子程序和叶面指数子程序组成,通过分析计算作物生长的叶面指数推断作物潜在耗水量;气象模型,是基于气象数据收集,根据天气属于干旱年、平均年和丰水年的典型年份的月数据,自动模拟典型年份气候状况生成每日数据的数学模型;土壤模型,采用农业水利专业中水土平衡方法和数学语言建构的基于土壤蓄水量分析计算的数学模型,该数学模型根据土壤水分平衡方程,计算土壤水的增减变化量。3.如权利要求1所述的作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,所述气象数据库连接气象监测设备,获取实时的气象数据。4.如权利要求1所述的作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,所述决策控制系统连接灌溉控制器,决策控制系统根据灌水量数据控制灌溉控制器的输出。5.如权利要求1所述的作物生长灌溉决策控制系统,其特征在于,所述的灌溉模型决策是利用土壤水分平衡原理计算的数学模型,该数学模型包括公式:最小土壤水分含量Wmin=WP+0.75*(FC-WP),最大土壤水分含量Wmax=ST,其中,WP——土壤水分凋萎系数,Wmin——最小允许土壤储水量,Wmax——最大允许土壤储水量,FC——土壤田间持水量,ST——土壤饱和含水量,由于要求保持土壤水分含量保持在Wmin~Wmax之间,按照充分灌溉的要求,当无有效降雨时,计划湿润层中的储水量由于作物的消耗水分接近于Wmin,此时需要进行灌溉,以补充水量,此时有:M=Wmax-Wmin-Wr-P0-K+ET,其中,Wmin——最小允许土壤储水量,Wmax——最大允许土壤储水量,Wr——由于计划湿润层增加而增加的水量;K——时段t内的地下水补给量,即K=kt;M——时段t内的灌溉水量;ET——时段t内的作物田间需水量,ET=et,e为t时段内平均作物田间需水量;P0-保存在土壤计划湿润层中的有效雨量,当执行调亏灌...

【专利技术属性】
技术研发人员:李鸣吕名礼张中华夏鸽飞吴小李吕名华朱登平杨富军
申请(专利权)人:上海华维节水灌溉股份有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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