【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业信息化精准灌溉，具体涉及一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法及系统。
技术介绍
1、我国作为农业大国，农业用水在总用水量中占比高，且水分利用效率低。水资源作为区域农业生产的重要限制因素在一定程度上影响了农业的可持续发展。特别是，在水资源短缺的地区，高效精准地为作物提供生长所需水分，是保证粮食安全、减少水资源浪费和提高作物水分利用效率的有效途径。
2、随着智慧农业技术的快速发展，将灌溉科学、农学与现代信息科学技术融合，提出和改进农田大面积土壤实时感知、诊断和决策的方法成为当前的研究热点。而现有的灌溉决策方法主要基于土壤水分、蒸散发和植物水分状态等。其中，大面积农田的土壤质地结构差异大，往往会出现土壤水分的空间变异性造成灌水量算不准和土壤湿润体形状控不准而造成水肥深层渗漏损失的现象。且部分方法中需要大量专业计算和率定繁多的参数，这些决策方法的通用性差，实际应用时难度高。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术的不足，提出一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法及系统，以解决现有灌溉决策方法应用时需要复杂计算、灌水量算不准、产生深层渗漏及手动开关阀劳动强度大的问题，提升灌溉自动化水平和灌溉效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，包括以下步骤：
4、s1、构建专家数据库，存储作物不同生育期以土壤基质势为指标的灌水下限和计划湿润层深度的作物生长
5、所述专家数据库包括资料库、实时监测库以及灌溉信息库；
6、其中，所述资料库用于存储种植地区、作物种类、作物生育期、时间、灌水下限、计划湿润层深度、土壤水分变化以及作物生长历史观测数据；
7、所述实时监测库于存储水分特征点的土壤基质势以及湿润锋监控点的土壤湿度变化情况；
8、所述灌溉信息库用于存储每次灌水事件后的每个灌溉小区的灌水时间、灌水量以及本次灌水的总灌水量。
9、s2、基于步骤s1中所述专家数据库存储的信息，在灌溉系统中选择一个轮灌组分层埋设土壤基质势传感器，基于实时监测的水分特征点和湿润锋监控点湿度变化，进行灌溉决策；所述灌溉决策包括：当水分特征点基质势达到水分下限时触发灌溉，当灌溉水运移至湿润锋监控点时停止灌溉；
10、s3、记录步骤s2中轮灌组灌溉时间并控制各轮灌组电磁阀启停，对后续轮灌组按相同时间进行灌溉，直至完成本次轮灌后关停水泵。
11、优选的，步骤s1中，根据种植地区、作物种类、不同生育期根系吸水特点确定水分特征点埋设深度、基质势灌水下限值及湿润锋监控点埋设深度，建立所述专家数据库。
12、优选的，步骤s2中，基于步骤s1专家数据库中的参数，根据当前时间自动匹配对应作物水分特征点埋设深度和湿润锋监控点深度，在灌溉系统中第一轮灌组水分特征点处埋设土壤基质势传感器，另再埋设1-2个湿润锋探测器；其中，第一个湿润锋探测器埋设深度为作物生育期平均计划湿润层深度，第二个湿润锋探测器的埋设深度为最大计划湿润层深度，基于湿润锋探测器实时传输数据进行实时灌溉决策。
13、优选的，步骤s2中，实时灌溉决策的条件包括：
14、灌溉触发条件：比较水分特征点土壤基质势传感器的实时数据与作物当前生育阶段的基质势下限值，当土壤基质势传感器数值小于基质势下限值时触发灌溉，控制器控制智能流量计、水泵及第一个轮灌组电磁阀开启，记录灌溉开始时间；
15、灌溉停止条件：灌溉期间监测湿润锋监控点土壤基质势传感器的实时数据变化，当湿润锋监控点土壤湿度上升时，说明灌溉水已到达计划湿润层深度，停止灌溉，控制器控制第一个轮灌组电磁阀关闭，记录灌溉结束。
16、优选的，步骤s3中，依据第一轮灌组灌溉持续时间，对灌溉系统各轮灌组进行灌溉，具体控制方法为：
17、s31、基于第一轮灌组的灌水开始和结束时间，计算第一轮灌组的灌水持续时间并据此确定第二轮灌组及其它轮灌组的灌水持续时间；其中，第二轮灌组及其它轮灌组的灌水持续时间与第一轮灌组灌水持续时间相同；
18、s32、当第二轮灌组达到灌水持续时间时，开启第三轮灌组的电磁阀并关闭第二轮灌组的电磁阀；
19、s33、第三轮灌组及以后的轮灌组灌水同第二轮灌组的灌水控制方法；最后一个轮灌组除外。
20、s34、最后一个轮灌组的灌水持续时间同第一轮灌组，但最后一个轮灌组灌水持续时间达到设定时间后要同时关闭该轮灌组电磁阀、水泵和智能流量计，本次灌溉全部结束。
21、本专利技术还提供一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，应用所述的滴灌决策方法，包括灌溉系统和控制系统；
22、所述灌溉系统用于基于灌溉决策，完成轮灌操作；其中所述灌溉系统包括智能流量计，电磁阀及水泵；
23、所述控制系统用于建立实时灌溉决策，控制所述灌溉系统。
24、优选的，所述控制系统包括数据查询模块、数据采集模块、中心决策模块、终端控制模块；
25、所述数据查询模块用于从数据库查询相关参数及历史灌溉记录；
26、所述数据采集模块用于采集和上传水分特征点和湿润锋监控点的多个土壤基质势传感器数据；
27、所述中心决策模块用于对传感器采集的实时数据进行分析判断，建立实时灌溉决策，对所述灌溉系统运行状态进行总体决策控制；
28、所述终端控制模块用于连接智能流量计，电磁阀及水泵，并基执行所述总体决策控制，控制灌溉系统的智能流量计，水泵及电磁阀的启停，完成对作物的精准滴灌。
29、优选的，所述数据查询模块还用于建立专家数据库，并存储土壤湿度信息，基于所述专家数据库，为不同生育期的作物匹配灌溉要求，并调用所述土壤湿度信息；其中，所述灌溉要求包括基质势灌水下限以及计划湿润层深度；所述土壤湿度信息包括水分特征点和湿润锋监控点。
30、优选的，所述数据采集模块包括：
31、土壤基质势获取单元，用于获取灌溉小区内水分特征点和若干湿润锋监控点的土壤基质势；
32、信息采集单元，用于收集水分特征点的土壤基质势以及湿润锋监控点的土壤湿度变化情况。
33、优选的，所述中心决策模块包括：
34、开始灌溉决策单元，用于判断水分特征点的土壤基质势是否低于所述灌水下限，若是，则进行灌溉；若否，则不进行灌溉；
35、停止灌溉决策单元，用于基于所述湿润锋监控点含水量增幅，判断灌溉是否入渗到达所述计划湿润层深度，若是则停止灌溉；若否，则继续灌溉。
36、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、在进行灌溉决策时无需用户输入土壤干容重、田间持水量等传统灌溉决策方法中必要的基础资料，无需考虑计划湿润层内土壤干容重变化，无需根据土壤水分上下限等来计算灌水定额；2、精准控制作物计划湿润层深度，提高作物根区与土壤湿润体的匹配度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤S1中，根据种植地区、作物种类、不同生育期根系吸水特点确定水分特征点埋设深度、基质势灌水下限值及湿润锋监控点埋设深度，建立所述专家数据库。
3.根据权利要求1所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤S2中，基于步骤S1专家数据库中的参数，根据当前时间自动匹配对应作物水分特征点埋设深度和湿润锋监控点深度，在灌溉系统中第一轮灌组水分特征点处埋设土壤基质势传感器，另再埋设1-2个湿润锋探测器；其中，第一个湿润锋探测器埋设深度为作物生育期平均计划湿润层深度，第二个湿润锋探测器的埋设深度为最大计划湿润层深度，基于湿润锋探测器实时传输数据进行实时灌溉决策。
4.根据权利要求3所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤S2中，实时灌溉决策的条件包括：
5.根据权利要求4所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤S3中，依据
6.一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，其特征在于，应用权利要求1-5任一项所述的滴灌决策方法，包括灌溉系统和控制系统；
7.根据权利要求6所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，其特征在于，所述控制系统包括数据查询模块、数据采集模块、中心决策模块、终端控制模块；
8.根据权利要求6所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，其特征在于，所述数据查询模块还用于建立专家数据库，并存储土壤湿度信息，基于所述专家数据库，为不同生育期的作物匹配灌溉要求，并调用所述土壤湿度信息；其中，所述灌溉要求包括基质势灌水下限以及计划湿润层深度；所述土壤湿度信息包括水分特征点和湿润锋监控点。
9.根据权利要求7所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：
10.根据权利要求7所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策系统，其特征在于，所述中心决策模块包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤s1中，根据种植地区、作物种类、不同生育期根系吸水特点确定水分特征点埋设深度、基质势灌水下限值及湿润锋监控点埋设深度，建立所述专家数据库。
3.根据权利要求1所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤s2中，基于步骤s1专家数据库中的参数，根据当前时间自动匹配对应作物水分特征点埋设深度和湿润锋监控点深度，在灌溉系统中第一轮灌组水分特征点处埋设土壤基质势传感器，另再埋设1-2个湿润锋探测器；其中，第一个湿润锋探测器埋设深度为作物生育期平均计划湿润层深度，第二个湿润锋探测器的埋设深度为最大计划湿润层深度，基于湿润锋探测器实时传输数据进行实时灌溉决策。
4.根据权利要求3所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法，其特征在于，步骤s2中，实时灌溉决策的条件包括：
5.根据权利要求4所述的基于土壤基质势和湿润锋的精准滴灌决策方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凤新，刘巧玲，王钰珂，杨彬，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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