生态灌区智能高效管理系统技术方案

本发明专利技术涉及生态灌区智能高效管理系统，包括计算机、水位传感器、土壤水分传感器、水质监测仪、灌排水泵站、闸门、阀门、水氮亏缺诊断系统，本发明专利技术通过利用监测田间水位、土壤水分传感器以及基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断技术，获取田间水分实时状况，结合具有预见性的作物需水量（ET）、降水量、田间渗漏量等参数，以长期观测得到的作物全生育期逐日最优田间水量范围为灌溉目标，控制人工灌水量，使田间水量落在最优田间水量范围的同时，尽量保持在较低水平，腾出较大的田间容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水资源，减少田间排水造成面源污染，实现高效、节省、减排的水肥管理。

【技术实现步骤摘要】
生态灌区智能高效管理系统
本专利技术涉及一种计算机软硬件系统领域，具体涉及生态灌区智能高效管理系统。
技术介绍
灌区一般是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统和相应排水沟道的灌溉面积，是人类经济活动的产物，随社会经济的发展而发展。灌区是一个半人工的生态系统，它是依靠自然环境提供的光、热、土壤资源，加上人为选择的作物和安排的作物种植比例等人工调控手段而组成的一个具有很强的社会性质的开放式生态系统。灌区由于面积大、灌排水建筑物分布具有差异性、地势高低不一、作物类型多样等特点，造成了同一时间不同区域水肥状况可能存在较大的差异，这使得以定期巡查、灌水、施肥方式为主的人工管理模式耗费大量的人力，不能实现及时地按需供水施肥。此外不具备预见性的灌水、施肥，不利于减少因降水产生的田间排水，容易出现水田灌水后无法储蓄降雨，对外排水带走大量水、肥、药的现象，造成面源污染。
技术实现思路
本专利技术正是针对以上技术问题，提供一种效益良好、运行可靠的生态灌区智能高效管理系统。本专利技术主要通过以下技术方案来实现。生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机、操作员，所述中心计算机部署在灌区管理中心，所述操作员通过智能人机交互系统对中心计算机进行控制，并在所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，所述中心计算机接受到来自水位/水分传感器、水质监测仪的数据，然后通过所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量（ET）预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器安装在田间，所述水质监测仪安装在生态排水沟首末端。灌排水系统包括灌排水泵站、灌排水闸门、灌排水阀门。所述中心计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（ET）预测程序中的天气预报信息从网络天气预报API接口自动导入并参与计算。所述水位/水分传感器、水质监测仪与中心计算机之间采用无线传输方式。所述中心计算机上水分亏缺诊断系统对作物冠层红外图像的获取、氮素亏缺诊断系统对作物冠层可见光图像的获取均可采用无人机或高空气球平台拍摄，也可采用智能手机拍摄，并经软件处理后与计算机共享数据。所述计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（ET）预测程序、水分亏缺诊断系统、氮素亏缺诊断系统以长期种植经验得出的作物全生育期最适逐日田间水肥量范围为灌溉保障目标。所述计算机上运行的作物需水量（ET）预测程序中的天气预报数据从网络天气预报API接口自动导入并参与计算，其算法为采用天气预报的信息代入修正的Hargreaves方法、简化彭曼法、智能算法、时间序列法等模型，计算得到参考作物蒸发蒸腾量（ET0）,根据ET0乘以指定作物的作物系数（Kc），最终得到作物需水量（ET）。本专利技术通过利用监测田间水位、土壤水分传感器以及基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断技术，获取田间水分实时状况，结合具有预见性的作物需水量、降水量、田间渗漏量等参数，以长期观测得到的作物全生育期逐日最优田间水量范围为灌溉目标，控制灌水量，使田间水量落在最优田间水量范围的同时，尽量保持在较低水平，腾出较大的田间容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水资源，还通过基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，可迅速分析得出拍摄区域内作物氮素亏缺状况，并根据亏缺程度进行适当施用氮肥。通过上述节水技术与合理的施肥管理，减少田间排水造成面源污染，实现高效、节省、减排的水肥管理模式。而对于无法蓄存的过量降水造成的田间排水，采取生态排水沟的工程措施，在排水沟中种植多种具有经济价值的水生蔬菜，投放有效净水微生物，使其相互组合，净化农田排出的富含化肥与农药的水体，通过排水沟首末的水质监测仪对生态排水沟的作用进行检测。附图说明附图中，图1是本专利技术结构示意图，其中：1—中心计算机，2—水位/水分传感器，3—水质监测仪，4—灌排水系统，5—作物需水量（ET）预测程序，6—天气预报数据，7—水分亏缺诊断系统，8—作物冠层红外图像，9—氮素亏缺诊断系统，10—作物冠层可见光图像，11—智能人机交互系统，12—操作员。具体实施方式下面根据具体实施例，并结合附图对本专利技术作进一步说明。生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机1、操作员12，所述中心计算机1部署在灌区管理中心，所述操作员12通过智能人机交互系统11对中心计算机1进行控制，并在所述中心计算机1上运行基于天气预报数据6的作物需水量预测程序5、基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7、基于作物冠层可见光图像10的氮素亏缺诊断系统9，所述中心计算机1接受到来自水位/水分传感器2、水质监测仪3的数据，然后通过所述中心计算机1上运行基于天气预报数据6的作物需水量（ET）预测程序5、基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7、基于作物冠层可见光图像10的氮素亏缺诊断系统9运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统4运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器2安装在田间，所述水质监测仪3安装在生态排水沟首末端。所述灌排水系统4包括灌排水泵站、灌排水闸门、灌排水阀门。所述中心计算机1上运行的基于天气预报的作物需水量（ET）预测程序5中的天气预报信息从网络天气预报API接口自动导入并参与计算。所述水位/水分传感器2、水质监测仪3与中心计算机1之间采用无线传输方式。所述中心计算机1上水分亏缺诊断系统7对作物冠层红外图像8的获取、氮素亏缺诊断系统9对作物冠层可见光图像10的获取均可采用无人机或高空气球平台拍摄，并将图片处理得到的水、氮亏缺诊断成果在灌区地形图上显示，当灌区面积较小时，采用智能手机拍摄，并用手机上安装软件进行处理，再与中心计算机1共享数据。所述计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（ET）预测程序5、水分亏缺诊断系统7、氮素亏缺诊断系统9以长期种植经验得出的作物全生育期最适逐日田间水肥量范围为灌溉保障目标。所述计算机上运行的作物需水量（ET）预测程序5中的天气预报数据6从网络天气预报API接口自动导入并参与计算，其算法为采用天气预报的信息代入修正的Hargreaves方法、简化彭曼法、智能算法、时间序列法等模型，计算得到参考作物蒸发蒸腾量（ET0）,根据ET0乘以指定作物的作物系数（Kc），最终得到作物需水量（ET）。实施例1：根据作物长期种植经验，能提供其全生育期内的最优逐日田间水层（或土壤含水率）范围，或根据一些作物生理现状监测手段，能预测未来一段时间作物的逐日需水量。基于天气预报数据6的作物需水量预测能推算未来5到15天（具体天数取决于天气预报预测天数）内灌区通过作物蒸腾与棵间蒸发损失的水量，天气预报数据6同时包含了对降水量的预测，而田间渗漏量可以通过田间水位（水分）进行推测，也可根据经验得出。将作物的最优逐日田间水层（或土壤含水率）范围作为保障目标，利用监测田间的水位\水分传感器2以及基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7，获取田间水分实时状况，结合具有预见性的参考作物需水量、降水量、田间渗漏量等参数，以长期观测得到的作物全生育期逐日最优田间水量范围为灌溉目标，控制人工灌水量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机、操作员，所述中心计算机部署在灌区管理中心，所述操作员通过智能人机交互系统对中心计算机进行控制，并在所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，所述中心计算机接受到来自水位/水分传感器、水质监测仪的数据，然后通过所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量（ET）预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器安装在田间，所述水质监测仪安装在生态排水沟首末端。

【技术特征摘要】
1.生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机、操作员，所述中心计算机部署在灌区管理中心，所述操作员通过智能人机交互系统对中心计算机进行控制，并在所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，所述中心计算机接受到来自水位/水分传感器、水质监测仪的数据，然后通过所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量（ET）预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器安装在田间，所述水质监测仪安装在生态排水沟首末端。2.根据权利要求1所述生态灌区智能高效管理系统，其特征在于灌排水系统包括灌排水泵站、灌排水闸门、灌排水阀门。3.根据权利要求1所述生态灌区智能高效管理系统，其特征在于所述中心计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（ET）预测程序中的天气预报信息从网络天气预报API接口自动导入并参与计算。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊增，
申请(专利权)人：苏州润文生态科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32