基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统及灌溉方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统，包括数据管理模块、数据预测模块、玉米品种信息库模块、传感器模块、农业气候资源计算模块、灌溉需水量计算模块、年景预测模块、实时监测模块、灌溉策略生成和执行模块，数据管理模块与数据预测模块连接，数据预测模块、玉米品种信息库模块、传感器模块分别连接农业气候资源计算模块，农业气候资源计算模块与灌溉需水量计算模块连接，灌溉需水量计算模块连接年景预测模块、实时监测模块、灌溉策略生成和执行模块，年景预测模块、实时监测模块与灌溉策略生成和执行模块连接；本发明专利技术能够提高农业用水效率，帮助合理安排农业生产活动，增加农民基本收入，对生态环境保护起到重要作用。

Irrigation management system and irrigation method based on Water Requirement Calculation of corn by stages

The invention relates to an irrigation management system based on the calculation of the water requirement for the phased irrigation of corn, including data management module, data prediction module, maize variety information base module, sensor module, agricultural climate resource calculation module, irrigation water demand calculation module, Nian Jingyu test module, real-time monitoring module, irrigation policy. The data forecast module, the maize variety information base module and the sensor module are connected to the agricultural climate resources calculation module respectively. The agricultural climate resource calculation module is connected with the irrigation water demand calculation module, and the irrigation water demand calculation module connects with the year view. The module, the real-time monitoring module, the irrigation strategy generation and the implementation module, the annual prediction module, the real-time monitoring module and the irrigation strategy generation and implementation module connection. The invention can improve the efficiency of agricultural water use, help the rational arrangement of agricultural production activities, increase the basic income of farmers, and play an important role in the protection of the ecological environment. Use.

【技术实现步骤摘要】
基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统及灌溉方法[
]本专利技术涉及水资源开发和利用领域，具体地说是一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统及灌溉方法。[
技术介绍
]目前，大量矿物燃料的燃烧、乱砍滥伐等人类活动和工业化过程已经导致地球环境的严重恶化及以气候变暖为标志的全球变化，包括冰川退缩、河道断流、湖泊萎缩、沙漠化加剧、生物多样性受损等，特别是干旱的发生日益频繁，已经成为全球最为常见的自然灾害之一。玉米是世界上种植最广泛的粮食作物之一，是我国极为重要的粮食、饲料、经济兼用作物。干旱作为全球最为常见的自然灾害之一，制约了农业发展，直接威胁了中国的粮食安全。综上所述，干旱对我国乃至全球的农业生产已经产生了严重的影响，玉米是我国重要的粮食作物，为减缓和预防干旱对玉米生产带来的不良影响，利用先进的干旱预测方法和手段快速准确地获取玉米种植中的干旱信息很有必要。然而，现有的灌溉管理系统中信息实时性较差，缺乏长期的年景预测，较难指导生产实践活动，信息交流能力较差，不利于农民合理安排农事生产活动。因此，若能实现玉米灌溉水需求对粮食生产潜力的贡献量和空间分异状况，将具有非常重要的战略意义。[
技术实现思路
]本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统，能够有效提高农业用水的效率，帮助合理安排农业生产活动，增加农民的基本收入，也对生态环境保护起到了重要的作用。为实现上述目的设计一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统及灌溉方法，包括数据管理模块1、数据预测模块2、玉米品种信息库模块3、传感器模块4、农业气候资源计算模块5、灌溉需水量计算模块6、年景预测模块7、实时监测模块8、灌溉策略生成和执行模块9，所述数据管理模块1的输出端与数据预测模块2的输入端相连接，所述数据预测模块2、玉米品种信息库模块3、传感器模块4的输出端分别连接农业气候资源计算模块5的输入端，所述农业气候资源计算模块5的输出端与灌溉需水量计算模块6的输入端相连接，所述灌溉需水量计算模块6的输出端分别连接年景预测模块7、实时监测模块8、灌溉策略生成和执行模块9的输入端，所述年景预测模块7、实时监测模块8的输出端分别与灌溉策略生成和执行模块9的输入端相连接，其中，所述数据管理模块1用于根据预置的规则对采集的数据进行归类整理，并及时访问与计算过程相关的数据信息，以及及时将信息传送到数据预测模块2；所述数据预测模块2采用统计降尺度模型将历史气候数据加上未来气候变化的信号，生成保留有当前历史气候事件的未来时候数据，进而对未来气象要素进行综合预测；所述玉米品种信息库模块3遴选的玉米品种信息包括玉米品种的品种审定情况、选育单位、品种来源、品种特征特性、产量表现、栽培技术要点、适宜地区；所述传感器模块4包括自动气象站和土壤墒情监测子模块，所述传感器模块4用于输出所需灌溉区域的环境参数；所述农业气候资源计算模块5基于历史气候数据和当前玉米品种信息计算农业气候资源，确定适合未来气候数据的作物的适宜播种的日期和生育期长度，并计算玉米不同生长阶段长度；所述灌溉需水量计算模块6基于彭曼公式，结合土壤水分平衡模块计算作物灌溉需水量，之后采用作物系数和水分胁迫系数，计算作物分阶段逐日灌溉需水量；所述年景预测模块7用于对未来一年或多年中农业气象灾害进行预测，指导农业长期的生产；所述实时监测模块8利用已建传感器的监测站点数据，搜集旱情相关的各类信息，该信息包括土壤墒情信息、水情信息、雨情信息，并通过对各类信息的综合分析，实时监测旱情发展过程和发展趋势；所述灌溉策略生成和执行模块9结合实时监测模块8的土壤湿度信息以及灌溉需水量计算模块6计算得到的灌溉需水量，生成最佳灌溉策略，并发出灌溉控制指令，以对灌溉喷头的开关进行控制，进而实施灌溉。本专利技术还提供了一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统的灌溉方法，包括以下步骤：1)收集历史气象观测数据、土壤数据、土地利用数据和数字高程数据，并处理成系统需要的格式，输入数据管理模块；2)收集玉米品种信息，将作物参数输入玉米品种信息库模块；3)将历史气象观测数据和数字高程数据输入数据预测模块，预测未来气候数据；4)根据当前需要种植的玉米品种信息输入农业气候资源计算模块，计算确定适合未来气候数据的作物的适宜播种的日期和生育期长度，并计算玉米不同生长阶段长度；5)将收集的数据和玉米品种信息库模块中的品种信息，输入作物灌溉需水量计算模块，结合未来气候数据，通过彭曼公式和土壤水分平衡模块，计算玉米的不同生育期内的灌溉需水量和全生育期内的灌溉需水量；6)根据灌溉需水量计算模块的结果，利用年景预测模块和实时监测模块，得出长期和短期的田间干旱情况；7)根据长期和短期的田间干旱情况输入灌溉策略生成和执行模块，选择最优灌溉策略，最终发出控制指令来控制灌溉及灌溉量。进一步地，步骤1)中，所述历史气象观测数据包括不少于30年长时间序列的降水、最高气温、最低气温、辐射、风速以及相对湿度逐日数据。进一步地，步骤2)中，所述作物参数包括最大叶面积指数、收获系数、物候期、生育期长度和三基点温度，并将国家审定的高产玉米品种参数化，输入玉米品种信息库模块。进一步地，步骤3)中，所述历史气象观测数据基于气象站点实测数据，未来气候数据信息由大气环流模式的输出结果提供，采用统计降尺度模型将历史气象观测数据加上未来气候变化的信号，生成保留有当前历史气候事件的未来时候数据，进而对气象要素进行综合预测，气象要素包括未来最高气温、最低气温、降水、风速、相对湿度。进一步地，步骤4)中，所述农业气候资源计算模块还负责计算为玉米生产利用的气候要素中的物质和能量，包括光资源、热量资源、水分资源、大气资源和风资源。进一步地，步骤5)中，所述灌溉需水量计算模块首先利用彭曼公式计算作物生长发育期内蒸散量，然后结合玉米的蒸散系数和土壤水分胁迫系数，计算玉米的需水量，最后结合土壤水分平衡原理，计算作物灌溉需水量。进一步地，步骤6)中，所述年景预测模块利用未来气候数据，并以前一年最后一天的土壤水分作为初始值，计算长期的全年玉米分阶段逐日的干旱情况和需水量；实时监测模块利用实时收集的降水、最高温度、最低温度、土壤水分含量、大气湿度、风速，并结合土壤水分平衡过程对需水量进行实时计算，分析短期的干旱情况和作物需水量。进一步地，步骤7)中，所述灌溉策略生成和执行模块结合年景预测模块和实时监测模块计算得到的干旱情况和需水量，生成灌溉策略，之后将灌溉策略的执行信息发送，进而对玉米进行及时灌溉。本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术具有一定的作物机理性，系统依据气候数据、土壤数据、作物信息等多方面参数进行计算，将长期的年景预测和短期的实时监测相结合，还综合考虑了作物的种植制度和农户的经济承受能力，能够有效应对气候变化影响；(2)通过计算玉米不同生长阶段的灌溉需水量，可实现实时动态监测和长期的农业年景预测，从而不仅有效地提高农业用水的效率，帮助合理安排农业生产活动，增加农民的基本收入，也对生态环境保护起到了重要的作用；(3)通过合理安排农业生产，不仅缓解了缺乏水资源的现象，确保了国家粮食安全，而且为今后的农业发展奠定了好的基础。[附图说明]图1是本专利技术的原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统，其特征在于：包括数据管理模块(1)、数据预测模块(2)、玉米品种信息库模块(3)、传感器模块(4)、农业气候资源计算模块(5)、灌溉需水量计算模块(6)、年景预测模块(7)、实时监测模块(8)、灌溉策略生成和执行模块(9)，所述数据管理模块(1)的输出端与数据预测模块(2)的输入端相连接，所述数据预测模块(2)、玉米品种信息库模块(3)、传感器模块(4)的输出端分别连接农业气候资源计算模块(5)的输入端，所述农业气候资源计算模块(5)的输出端与灌溉需水量计算模块(6)的输入端相连接，所述灌溉需水量计算模块(6)的输出端分别连接年景预测模块(7)、实时监测模块(8)、灌溉策略生成和执行模块(9)的输入端，所述年景预测模块(7)、实时监测模块(8)的输出端分别与灌溉策略生成和执行模块(9)的输入端相连接，其中，所述数据管理模块(1)用于根据预置的规则对采集的数据进行归类整理，并及时访问与计算过程相关的数据信息，以及及时将信息传送到数据预测模块(2)；所述数据预测模块(2)采用统计降尺度模型将历史气候数据加上未来气候变化的信号，生成保留有当前历史气候事件的未来时候数据，进而对未来气象要素进行综合预测；所述玉米品种信息库模块(3)遴选的玉米品种信息包括玉米品种的品种审定情况、选育单位、品种来源、品种特征特性、产量表现、栽培技术要点、适宜地区；所述传感器模块(4)包括自动气象站和土壤墒情监测子模块，所述传感器模块(4)用于输出所需灌溉区域的环境参数；所述农业气候资源计算模块(5)基于历史气候数据和当前玉米品种信息计算农业气候资源，确定适合未来气候数据的作物的适宜播种的日期和生育期长度，并计算玉米不同生长阶段长度；所述灌溉需水量计算模块(6)基于彭曼公式，结合土壤水分平衡模块计算作物灌溉需水量，之后采用作物系数和水分胁迫系数，计算作物分阶段逐日灌溉需水量；所述年景预测模块(7)用于对未来一年或多年中农业气象灾害进行预测，指导农业长期的生产；所述实时监测模块(8)利用已建传感器的监测站点数据，搜集旱情相关的各类信息，该信息包括土壤墒情信息、水情信息、雨情信息，并通过对各类信息的综合分析，实时监测旱情发展过程和发展趋势；所述灌溉策略生成和执行模块(9)结合实时监测模块(8)的土壤湿度信息以及灌溉需水量计算模块(6)计算得到的灌溉需水量，生成最佳灌溉策略，并发出灌溉控制指令，以对灌溉喷头的开关进行控制，进而实施灌溉。...

【技术特征摘要】
1.一种基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统，其特征在于：包括数据管理模块(1)、数据预测模块(2)、玉米品种信息库模块(3)、传感器模块(4)、农业气候资源计算模块(5)、灌溉需水量计算模块(6)、年景预测模块(7)、实时监测模块(8)、灌溉策略生成和执行模块(9)，所述数据管理模块(1)的输出端与数据预测模块(2)的输入端相连接，所述数据预测模块(2)、玉米品种信息库模块(3)、传感器模块(4)的输出端分别连接农业气候资源计算模块(5)的输入端，所述农业气候资源计算模块(5)的输出端与灌溉需水量计算模块(6)的输入端相连接，所述灌溉需水量计算模块(6)的输出端分别连接年景预测模块(7)、实时监测模块(8)、灌溉策略生成和执行模块(9)的输入端，所述年景预测模块(7)、实时监测模块(8)的输出端分别与灌溉策略生成和执行模块(9)的输入端相连接，其中，所述数据管理模块(1)用于根据预置的规则对采集的数据进行归类整理，并及时访问与计算过程相关的数据信息，以及及时将信息传送到数据预测模块(2)；所述数据预测模块(2)采用统计降尺度模型将历史气候数据加上未来气候变化的信号，生成保留有当前历史气候事件的未来时候数据，进而对未来气象要素进行综合预测；所述玉米品种信息库模块(3)遴选的玉米品种信息包括玉米品种的品种审定情况、选育单位、品种来源、品种特征特性、产量表现、栽培技术要点、适宜地区；所述传感器模块(4)包括自动气象站和土壤墒情监测子模块，所述传感器模块(4)用于输出所需灌溉区域的环境参数；所述农业气候资源计算模块(5)基于历史气候数据和当前玉米品种信息计算农业气候资源，确定适合未来气候数据的作物的适宜播种的日期和生育期长度，并计算玉米不同生长阶段长度；所述灌溉需水量计算模块(6)基于彭曼公式，结合土壤水分平衡模块计算作物灌溉需水量，之后采用作物系数和水分胁迫系数，计算作物分阶段逐日灌溉需水量；所述年景预测模块(7)用于对未来一年或多年中农业气象灾害进行预测，指导农业长期的生产；所述实时监测模块(8)利用已建传感器的监测站点数据，搜集旱情相关的各类信息，该信息包括土壤墒情信息、水情信息、雨情信息，并通过对各类信息的综合分析，实时监测旱情发展过程和发展趋势；所述灌溉策略生成和执行模块(9)结合实时监测模块(8)的土壤湿度信息以及灌溉需水量计算模块(6)计算得到的灌溉需水量，生成最佳灌溉策略，并发出灌溉控制指令，以对灌溉喷头的开关进行控制，进而实施灌溉。2.一种如权利要求1所述的基于玉米分阶段灌溉需水量计算的灌溉管理系统的灌溉方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集历史气象观测数据、土壤数据、土地利用数据和数字高程数据，并处理成系统需要的格式，输入数据管理模块；2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：许瀚卿，樊冬丽，王敏岚，蒋之瑜，胡彪，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31