一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法技术

本发明专利技术提供了一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法，包括以下步骤：S1、获取作物生育期内气象站数据，用Priestley

【技术实现步骤摘要】
一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法


[0001]本专利技术属于农业信息化精准灌溉
，具体涉及一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法。

技术介绍

[0002]水资源是限制农业生产力和可持续性的重要因素，而农业生产力和可持续性在很大程度上取决于及时和充足的水资源供应。在水资源稀缺的背景下，农业灌溉用水受到威胁，影响作物生产和人类粮食安全，并且对灌溉用水量的不准确估计会造成严重的水资源浪费，加大水资源稀缺程度。
[0003]随着信息化的快速发展，农田大面积、实时、精准灌溉已成为发展趋势。现有的灌溉决策通常有以下几种：1、依赖经验，通过观察几个灌溉因子，借助天气预报数据凭借经验来确定，具有很大的不确定性，可能会造成作物缺水减产，也可能会灌水过度，浪费水源；2、测定土壤含水量，通过在田间铺设土壤传感器来收集土壤水分，根据收集的土壤水分数据实现精准灌溉，但是对于大面积农田，传感器铺设过少造成数据采集不全面，灌溉决策不准确，传感器铺设过多又会大大提高灌溉成本，不利于推广；3、通过ET0公式计算作物需水量，但是不同作物、不同区域、不同生育期的需水量差异很大，公式中参数的不确定性较大，计算准确性偏低，单独应用于农田大面积灌溉会造成水资源浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法，采用该方差分析方法，对作物灌溉用水模型中的每个参数进行不确定性分析，得出作物的精准灌溉用水决策方法。本专利技术结合历史灌溉数据，综合Priestley
‑
Taylor提出的ET0计算方法和作物系数法，建立作物灌溉用水模型并对模型中的参数进行全局不确定性分析，可实际应用于农业生产地区，为当地农田实现精准灌溉提供有效的参考依据。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]S1、获取作物生育期内气象站数据，用Priestley
‑
Taylor公式结合气象数据计算作物参考蒸发蒸腾量ET0，根据作物系数法计算作物需水量；
[0007]S2、获取不同作物不同生育期的作物系数k
c
值，确定不同作物k
c
值参数范围；
[0008]S3、根据作物种植区的灌溉方式、灌溉技术、灌溉规模，获取作物的灌溉效率I，包括田间灌溉效率I
a
，传输效率I
c
，灌溉管理因子I
f
，并确定三个参数的取值范围；
[0009]S4、用方差分析法对ET0、k
c
和I进行全局敏感性分析；
[0010]S5、根据不确定性分析结果对作物做出精准的灌溉用水决策。
[0011]优选地，所述S1的具体操作方式为获取降水量、风速、湿度和温度为气象站数据，作物需水量的具体计算方法为：
[0012]S101、计算ET0：
[0013]其中，Δ表示水汽压随温度变化的斜率，A表示净辐射减去土壤热通量，γ表示干湿表常数，表示Priestley
‑
Taylor常数；
[0014]S102、作物需水量
[0015]其中，P为作物实际利用的降雨量(mm)，ET
c
表示作物实际蒸发量(mm)，I表示灌溉效率即作物实际利用的灌水量与实际用水总量的比值；
[0016]S103、
[0017]其中，P
m
表示每月降雨量；
[0018]S104、ET
c
＝k
c
ET0ꢀꢀꢀ
式(4)
[0019]其中，K
c
表示作物系数，ET0作物参考蒸发蒸腾量；
[0020]S105、计算灌溉效率I：I＝I
a
I
c
I
f
ꢀꢀꢀ
式(5)
[0021]其中，I
a
表示田间灌溉效率，I
c
表示传输效率，I
f
表示灌溉管理因子；
[0022]S106、将式(4)和式(5)代入式(2)中得到
[0023][0024]优选地，所述S4的具体操作方式为：
[0025]S401、将多种作物对应的多个模型输入传递的方差比例的一阶效应S
i
表示为：
[0026][0027][0028][0029]T
i
＝S
i
+S
ij
+...+S
ij...k
ꢀꢀꢀ
式(10)。
[0030]式中y是标量，V
y
表示模型总方差，V
i
表示x
i
输入变化单独引起的模型方差，V
ij
表示x
i
通过x
j
作用贡献的耦合方差，V
ij...k
表示x
i
通过与x
j
、
…
、x
k
相互作用贡献的耦合方差，S
i
是x
i
对y的一阶效应，S
ij
是x
i
的二阶敏感性指数，S
ij...k
是x
i
的多阶敏感性指数，T
i
表示x
i
的总敏感性指数。
[0031]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0032]1、本专利技术选择全局不确定性分析的关键是基于方差的不确定性指标的计算，是对模型中所有参数进行不确定性分析，允许模型中参数的不确定性，对参数用概率分布来描述而非点分布描述。采用Priestley
‑
Taylor提出的ET0计算方法并结合作物系数法计算作物灌溉用水。对作物灌溉用水公式中的所有参数进行全局不确定性分析，针对作物得出一
种精准的作物灌溉用水决策方法。
[0033]2、本专利技术利用站点气象站数据计算作物灌溉用水，确定各参数的取值范围，并采用EFAST方法对作物灌溉用水中的参数进行不确定性分析，实现作物的精准灌溉用水决策，可以大大节约水资源，为当地农业灌溉用水提供参考依据。
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0035]图1是本专利技术的整体流程框图。
[0036]图2是本专利技术中小麦的敏感性分析示意图。
[0037]图3是本专利技术中玉米的敏感性分析示意图。
具体实施方式
[0038]本实施例对陕西杨凌冬小麦、夏玉米两种作物灌溉用水进行全局不确定性分析，根据水量平衡方程制定作物精准的灌溉决策。选取作物生育期内的气象数据以及不同作物不同生育阶段的作物系数和灌溉效率，采用方差分析法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取作物生育期内气象站数据，用Priestley
‑
Taylor公式结合气象数据计算作物参考蒸发蒸腾量ET0，根据作物系数法计算作物需水量；S2、获取不同作物不同生育期的作物系数k
c
值，确定不同作物k
c
值参数范围；S3、根据作物种植区的灌溉方式、灌溉技术、灌溉规模，获取作物的灌溉效率I，包括田间灌溉效率I
a
，传输效率I
c
，灌溉管理因子I
f
，并确定三个参数的取值范围；S4、用方差分析法对ET0、k
c
和I进行全局敏感性分析；S5、根据不确定性分析结果对作物做出精准的灌溉用水决策。2.根据权利要求1所述的一种基于全局不确定性分析的作物精准灌溉用水决策方法，其特征在于，所述S1的具体操作方式为获取降水量、风速、湿度和温度为气象站数据，作物需水量的具体计算方法为：S101、计算ET0：其中，Δ表示水汽压随温度变化的斜率，A表示净辐射减去土壤热通量，γ表示干湿表常数，表示Priestley
‑
Taylor常数；S102、作物需水量其中，P为作物实际利用的降雨量(mm)，ET
c
表示作物实际蒸发量(mm)，I表示灌溉效率即作物实际利用的灌水量与实际用水总量的比值；S103、其中，P
m
表示每月降雨量；S104、 ET
c
＝k
c
ET
0 式(4)其中，K
c
表示作物系数，ET0作物参考蒸发蒸腾量；S105、计算灌溉效率I：I＝I...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世坤，董佳慧，阴亚丽，王玉宝，高飞，栾晓波，苏宝峰，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：