一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及农业灌溉技术领域，具体涉及一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法和系统，所述方法包括如下步骤：数据采集模块采集灌溉地中农作物在不同缺水状态下的彩色图像、红外图像和深度图像，以及农作物根系深度、农作物水分损耗、灌溉面积和所述灌溉地中不同土层的含水率；缺水监测模块使用获取的图像数据建立缺水检测模型；灌溉量计算模块利用其他数据确定当前灌溉量和预测下次灌溉量；灌溉控制模块根据所述缺水检测模型、所述当前灌溉量和所述下次灌溉量对农作物的灌溉进行控制。本发明专利技术能够根据农作物的实际情况，利用较少的数据确定灌溉量及时进行精准灌溉，并能预测下一次灌溉量，减少灌溉反应时间，做到节水灌溉。做到节水灌溉。做到节水灌溉。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法和系统


[0001]本专利技术涉及农业灌溉
，尤其是涉及一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法和系统。

技术介绍

[0002]水是生命之源，是生物生存不可或缺的资源。灌溉是为了满足天然降水不能满足的那部分水量以控制灌溉的方式提供给作物，现代化的农业要求必须提高水资源的利用效率，同时进一步采取有利于农业环境和管理的灌溉方式。传统的农业模式会浪费很多的人力和物力，因此传统农业需要向智慧农业进行转变，物联网作为一种新兴的高新技术，具有长远的发展前景，将其应用在农业上，对于促进农业生产具有重大意义，而如何利用物联网技术来实现农业节水节能，并保证农作物合理生长，是本领域技术人员的研究方向。
[0003]传统的基于物联网的灌溉方法和系统的智能化水平较低，进行灌溉时大多需要人工现场控制，较为费力不便，无法根据农作物的实际情况进行灌溉，造成水资源浪费，也不利于农作物的生长；传统的基于物联网的灌溉方法和系统不能通过手机等终端进行各区域灌溉的控制，不能进行灌溉模式的选择，无法实现灌溉水的合理化利用，容易出现水浪费的问题；此外，传统的基于物联网的灌溉方法和系统在确定灌溉量时需要采集大量数据，提高了节水灌溉的复杂程度，不利于大范围推广。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法和系统。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，所述方法包括如下步骤：数据采集模块采集灌溉地中农作物在不同缺水状态下的彩色图像、红外图像和深度图像，以及农作物根系深度、农作物水分损耗、灌溉面积和所述灌溉地中不同土层的含水率；缺水监测模块使用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像建立缺水检测模型；灌溉量计算模块利用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述灌溉面积和所述含水率确定当前灌溉量和预测下次灌溉量；灌溉控制模块根据所述缺水检测模型、所述当前灌溉量和所述下次灌溉量对农作物的灌溉进行控制。本方法能够根据农作物的实际情况，利用较少的数据确定灌溉量及时进行精准灌溉，并能预测下一次灌溉量，减少灌溉反应时间，做到节水灌溉。
[0006]可选地，所述数据采集模块采集灌溉地中农作物在不同缺水状态下的彩色图像、红外图像和深度图像，以及农作物根系深度、农作物水分损耗、灌溉面积和所述灌溉地中不同土层的含水率，所述数据采集模块执行如下步骤：
[0007]将所述灌溉地划分为多个灌溉区域；
[0008]获取每个所述灌溉区域的所述灌溉面积；
[0009]采集不同的所述灌溉区域中，农作物在不同缺水状态下的所述彩色图像、所述红
外图像和所述深度图像，以及所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗和所述灌溉面积；
[0010]根据农作物根系深度，将所述灌溉地的土层划分为表层和深层；
[0011]在不同的所述灌溉区域中，对所述表层的含水率进行测量得到表层含水率，对所述深层的含水率进行测量得到深层含水率。
[0012]进一步的，所述灌溉地的面积往往较大，因此将所述灌溉地划分为不同的所述灌溉区域，并分别采集每个所述灌溉区域的相关数据，有利于得到每个所述灌溉区域的缺水情况和农作物需水量，进而根据每个所述灌溉区域的缺水情况和农作物需水量对所述灌溉地进行精准灌溉。
[0013]可选地，所述缺水监测模块使用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像建立缺水检测模型，所述缺水监测模块执行如下步骤：
[0014]利用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像制作图像数据集；
[0015]将所述图像数据集按比例划分为训练集、验证集和测试集；
[0016]根据所述训练集、所述验证集和所述测试集建立缺水检测模型。
[0017]进一步的，使用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像建立缺水检测模型，进而实时监测所述灌溉地的农作物情况，监测农作物缺水状态，有利于实现发现缺水即开始灌溉，促进农作物健康成长。
[0018]可选地，所述灌溉量计算模块利用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述灌溉面积和所述含水率确定当前灌溉量和预测下次灌溉量，所述灌溉量计算模块执行如下步骤：
[0019]使用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述表层含水率、深层含水率和所述灌溉面积建立灌溉量计算模型；
[0020]通过所述灌溉量计算模型计算所述当前灌溉量；
[0021]利用所述表层含水率和所述深层含水率建立含水率预测模型；
[0022]根据所述含水率预测模型和所述灌溉量计算模型预测所述下次灌溉量。
[0023]进一步的，在建立所述灌溉量计算模型时，需要提前采集的数据较少，有利于简化物联网灌溉系统，同时土壤含水率与农作物是否缺水直接相关，因此在简化物联网灌溉系统的同时还能根据土壤含水率得到准确的所述灌溉量，有利于节约灌溉用水。
[0024]可选地，所述使用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述表层含水率、深层含水率和所述灌溉面积建立灌溉量计算模型包括如下步骤：
[0025]设定数据测量的时间序列；
[0026]根据所述时间序列测量所述农作物水分损耗，整理得到水分损耗数据集；
[0027]根据所述时间序列测量所述表层含水率，得到表层含水率变化量；
[0028]根据所述时间序列测量所述深层含水率，得到深层含水率变化量；
[0029]利用所述农作物根系深度、所述水分损耗数据集、所述表层含水率变化量、所述深层含水率变化量和所述灌溉面积建立所述灌溉量计算模型。
[0030]进一步的，在所所述灌溉地的面积较大的情况下，不同的所述灌溉区域的农作物缺水状态可能不同，因此为不同的所述灌区域建立与之相适应的所述灌溉量计算模型有利于根据本区域的实际情况进行灌溉，提高了灌溉精度。
[0031]可选地，所述灌溉量计算模型满足如下关系：
[0032][0033]其中，H
1i
+H
2i
＝cH
i
，AIQ
i
为第i个所述灌溉区域的所述当前灌溉量，T
i
为第i个所述灌溉区域的所述农作物水分损耗，a、b、c为参数，为修正因子，β
1i
为第i个所述灌溉区域的所述表层含水率变化量，β
2i
为第i个所述灌溉区域的所述深层含水率变化量，S
i
为第i个所述灌溉区域的所述灌溉面积，H
1i
为第i个所述灌溉区域中所述表层的厚度，H
2i
为第i个所述灌溉区域中所述深层的厚度，H
i
为第i个所述灌溉区域中的所述农作物根系深度。
[0034]可选地，所述利用所述表层含水率和所述深层含水率建立含水率预测模型包括如下步骤：
[0035]整理所述表层含水率和所述深层含水率并制作含水率数据集；
[0036]将所述含水率数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，其特征在于，包括如下步骤：数据采集模块采集灌溉地中农作物在不同缺水状态下的彩色图像、红外图像和深度图像，以及农作物根系深度、农作物水分损耗、灌溉面积和所述灌溉地中不同土层的含水率；缺水监测模块使用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像建立缺水检测模型；灌溉量计算模块利用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述灌溉面积和所述含水率确定当前灌溉量和预测下次灌溉量；灌溉控制模块根据所述缺水检测模型、所述当前灌溉量和所述下次灌溉量对农作物的灌溉进行控制。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，其特征在于,所述数据采集模块采集灌溉地中农作物在不同缺水状态下的彩色图像、红外图像和深度图像，以及农作物根系深度、农作物水分损耗、灌溉面积和所述灌溉地中不同土层的含水率，所述数据采集模块执行如下步骤：将所述灌溉地划分为多个灌溉区域；获取每个所述灌溉区域的所述灌溉面积；采集不同的所述灌溉区域中，农作物在不同缺水状态下的所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像，以及所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗和所述灌溉面积；根据农作物根系深度，将所述灌溉地的土层划分为表层和深层；在不同的所述灌溉区域中，对所述表层的含水率进行测量得到表层含水率，对所述深层的含水率进行测量得到深层含水率。3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，其特征在于,所述缺水监测模块使用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像建立缺水检测模型，所述缺水监测模块执行如下步骤：利用所述彩色图像、所述红外图像和所述深度图像制作图像数据集；将所述图像数据集按比例划分为训练集、验证集和测试集；根据所述训练集、所述验证集和所述测试集建立缺水检测模型。4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，其特征在于，所述灌溉量计算模块利用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述灌溉面积和所述含水率确定当前灌溉量和预测下次灌溉量，所述灌溉量计算模块执行如下步骤：使用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述表层含水率、深层含水率和所述灌溉面积建立灌溉量计算模型；通过所述灌溉量计算模型计算所述当前灌溉量；利用所述表层含水率和所述深层含水率建立含水率预测模型；根据所述含水率预测模型和所述灌溉量计算模型预测所述下次灌溉量。5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术进行节水灌溉的方法，其特征在于,所述使用所述农作物根系深度、所述农作物水分损耗、所述表层含水率、深层含水率和所述灌溉面积建立灌溉量计算模型包括如下步骤：设定数据测量的时间序列；根据所述时间序列测量所述农作物水分损耗，整理得到水分损耗数据集；根据所述时间序列测量所述表层含水率，得到表层含水率变化量；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢松，
申请(专利权)人：贵州省园艺研究所贵州省园艺工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：