本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)自動化與智能灌溉，尤其涉及一種變量灌溉決策系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，灌溉技術(shù)的精確性和智能化水平逐漸成為提高水資源利用效率、保障農(nóng)作物正常生長的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的灌溉方式往往依賴于人為經(jīng)驗或固定的時間間隔進(jìn)行灌溉，無法根據(jù)農(nóng)田實際的水分需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致水資源浪費、作物生長不均衡等問題。因此，如何根據(jù)氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及作物需求精準(zhǔn)計算和調(diào)節(jié)灌溉量，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉管理的研究重點。

2、當(dāng)前，許多灌溉決策系統(tǒng)仍然存在如下問題：缺乏對不同作物生長階段的精準(zhǔn)識別與調(diào)節(jié)；忽視氣象因素、土壤濕度等多變量的綜合影響；缺少基于實時數(shù)據(jù)的智能預(yù)測，導(dǎo)致灌溉效率低下；系統(tǒng)計算和控制機(jī)制較為簡單，未能有效實現(xiàn)自動化、精準(zhǔn)化灌溉。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種變量灌溉決策系統(tǒng)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

3、本發(fā)明實施例提供一種變量灌溉決策系統(tǒng)，包括：

4、氣象數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)；

5、土壤監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測指定農(nóng)田的土壤數(shù)據(jù)；

6、數(shù)據(jù)處理模塊，用于基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)和指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量、未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量、未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量，并根據(jù)指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量、未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量、未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量獲取指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量；

7、控制模塊，用于基于指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量和預(yù)先設(shè)定的土壤含水量閾值以及當(dāng)前時刻之后的第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的預(yù)測降雨量，確定指定農(nóng)田在當(dāng)前時刻的灌溉需求量，并向與所述指定農(nóng)田對應(yīng)的灌溉裝置發(fā)出第一灌溉指令；

8、所述第一灌溉指令為按照指定農(nóng)田在當(dāng)前時刻的灌溉需求量對所述指定農(nóng)田進(jìn)行灌溉的指令。

9、優(yōu)選地，

10、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)和指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量、未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量、未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量，具體包括：

11、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量；

12、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)和指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田當(dāng)前未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量。

13、優(yōu)選地，

14、所述氣象數(shù)據(jù)包括：氣溫、濕度、風(fēng)速、太陽輻射、降水量；

15、所述土壤數(shù)據(jù)包括土壤含水量。

16、優(yōu)選地，

17、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量，具體包括：

18、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第t天的氣象數(shù)據(jù)，采用公式(1)獲取指定農(nóng)田未來第t天的蒸散發(fā)量；

19、所述公式(1)為：

20、et(t)＝αt·ft(t(t))+αh·fh(h(t))+αv·fv(v(t))+αθ·fθ(θ(t))+αc·fc(c)；

21、αt為氣溫權(quán)重系數(shù)；ft(t(t))為氣溫函數(shù)；αh為濕度權(quán)重系數(shù)；fh(h(t))為濕度函數(shù)；αv為風(fēng)速權(quán)重系數(shù)；fv(v(t))為風(fēng)速函數(shù)；αθ為土壤含水量權(quán)重系數(shù)；fθ(θ(t))為土壤含水量函數(shù)；αc為指定農(nóng)田中作物權(quán)重系數(shù)；fc(c)為作物系數(shù)函數(shù)；et(t)為指定農(nóng)田未來第t天的蒸散發(fā)量。

22、優(yōu)選地，

23、氣溫函數(shù)ft(t(t))為：

24、ft(t(t))＝t(t)，或者，ft(t(t))＝t(t)2；

25、其中，t(t)為指定農(nóng)田未來第t天的氣溫的平均值；

26、濕度函數(shù)fh(h(t))為：

27、fh(h(t))＝(100-h(t))，或者，fh(h(t))＝ln(100-h(t))；

28、其中，h(t)為指定農(nóng)田未來第t天的濕度的平均值；

29、風(fēng)速函數(shù)fv(v(t))為：

30、fv(v(t))＝v(t)，或者，fv(v(t))＝v(t)2；

31、其中，v(t)為指定農(nóng)田未來第t天的風(fēng)速的平均值；

32、土壤含水量函數(shù)fθ(θ(t))為：

33、fθ(θ(t))＝θ(t)，或者，fθ(θ(t)＝lnθ(t)；

34、其中，θ(t)為指定農(nóng)田未來第t天的指定農(nóng)田土壤含水量的平均值；

35、作物系數(shù)函數(shù)fc(c)為：

36、fc(c)＝c，或者，fc(c)＝c2；

37、其中，c為指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段對蒸散發(fā)的影響因子。

38、優(yōu)選地，

39、其中，氣溫權(quán)重系數(shù)αt是通過指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)每一天的氣象數(shù)據(jù)以及所對應(yīng)的第一蒸散發(fā)量，采用公式(2)計算得到的；

40、其中，所述公式(2)為：

41、

42、其中，為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)氣溫的平均值；

43、a1x為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的氣溫的平均值；

44、為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)所有第一蒸散發(fā)量的平均值；

45、zx為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的第一蒸散發(fā)量的數(shù)值；

46、x為歷史時間段的總天數(shù)；

47、其中，指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的第一蒸散發(fā)量是通過針對指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的氣象數(shù)據(jù)，采用penman-monteith公式計算得到的；

48、濕度權(quán)重系數(shù)αh是通過指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)每一天的氣象數(shù)據(jù)以及所對應(yīng)的第一蒸散發(fā)量，采用公式(3)計算得到的；

49、其中，所述公式(3)為：

50、

51、其中，為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)濕度的平均值；

52、a2x為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的濕度的平均值；

53、風(fēng)速權(quán)重系數(shù)αv是通過指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)每一天的氣象數(shù)據(jù)以及所對應(yīng)的第一蒸散發(fā)量，采用公式(4)計算得到的；

54、其中，所述公式(4)為：

55、

56、其中，為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)風(fēng)速的平均值；

57、a3x為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的風(fēng)速的平均值；

58、土壤含水量權(quán)重系數(shù)αθ是通過指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)每一天的土壤數(shù)據(jù)以及所對應(yīng)的第一蒸散發(fā)量，采用公式(5)計算得到的；

59、其中，所述公式(5)為：

60、

61、其中，為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)土壤含水量的平均值；

62、a4x為指定農(nóng)田當(dāng)前起歷史時間段內(nèi)第x天的土壤含水量的平均值；

63、當(dāng)指定農(nóng)田中作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為萌芽期時，則αc的范圍為0.4-0.6；當(dāng)指定農(nóng)田中作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為營養(yǎng)生長期時，則αc的范圍為0.7-0.85；當(dāng)指定農(nóng)田中作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為開花期時，則αc的范圍為0.85-0.9；當(dāng)指定農(nóng)田中作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為灌漿期時，則αc的范圍為0.8-0.95；當(dāng)指定農(nóng)田中作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為成熟期時，則αc的范圍為0.5-0.7。

64、優(yōu)選地，

65、指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為萌芽期，則c＝0.4；

66、指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為營養(yǎng)生長期，則c＝0.8；

67、指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為開花期，則c＝1.1；

68、指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為灌漿期，則c＝0.9；

69、指定農(nóng)田中的作物當(dāng)前所對應(yīng)的生長階段為成熟期，則c＝0.6。

70、優(yōu)選地，

71、數(shù)據(jù)處理模塊基于指定農(nóng)田當(dāng)前起未來第一時間段內(nèi)每天的氣象數(shù)據(jù)和指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤數(shù)據(jù)，獲取指定農(nóng)田當(dāng)前未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量，具體包括：

72、采用公式(6)進(jìn)行迭代計算，獲取指定農(nóng)田當(dāng)前未來第一時間段內(nèi)每天的土壤含水量的平均值；

73、所述公式(6)為：

74、θ(t+1)＝θ(t)-et(t)-k(θ(t)-θmax)；

75、其中，θmax表示指定農(nóng)田所對應(yīng)的田間持水量；

76、θ(t+1)為指定農(nóng)田未來第t+1天的指定農(nóng)田土壤含水量的平均值；

77、k為預(yù)先獲取的經(jīng)驗常數(shù)；

78、基于指定農(nóng)田當(dāng)前未來第一時間段內(nèi)每天的土壤含水量的平均值和指定農(nóng)田所對應(yīng)的田間持水量，采用公式(7)獲取指定農(nóng)田當(dāng)前未來第一時間段內(nèi)第t天的土壤排水量；

79、所述公式(7)為：

80、dt＝k(θ(t)-θmax)；

81、dt為指定農(nóng)田當(dāng)前時間起未來第t天的土壤排水量。

82、優(yōu)選地，

83、根據(jù)指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量、未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量、未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量獲取指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量，具體包括：

84、根據(jù)指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量、未來第一時間段內(nèi)每天的蒸散發(fā)量、未來第一時間段內(nèi)每天的土壤排水量，采用公式(8)獲取指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量；

85、所述公式(8)為：

86、θn＝θ(0)-(et(1)+d1)-…-(et(t)+dt)…-(et(n)+dn)；

87、θ(0)為指定農(nóng)田當(dāng)前的土壤含水量；

88、θn為指定農(nóng)田當(dāng)前時間起未來第n天的土壤含水量；

89、n為第一時間段的總天數(shù)。

90、優(yōu)選地，

91、控制模塊，基于指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量和預(yù)先設(shè)定的土壤含水量閾值以及當(dāng)前時刻之后的第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的預(yù)測降雨量，確定指定農(nóng)田在當(dāng)前時刻的灌溉需求量，具體包括：

92、根據(jù)指定農(nóng)田第一預(yù)設(shè)時間段之后的土壤含水量和當(dāng)前時刻之后的第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的預(yù)測降雨量，采用公式(9)計算得到第一含水量數(shù)值；

93、其中，所述公式(9)為：

94、w＝θn+β·p；

95、w為第一含水量數(shù)值；

96、p為當(dāng)前時刻之后的第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的預(yù)測降雨量；

97、β為預(yù)先設(shè)定的降雨量的影響系數(shù)；

98、判斷所述預(yù)先設(shè)定的土壤含水量閾值是否大于所述第一含水量數(shù)值，若大于，則基于所述預(yù)先設(shè)定的土壤含水量閾值和所述第一含水量數(shù)值，采用公式(10)計算得到指定農(nóng)田在當(dāng)前時刻的灌溉需求量；

99、其中，所述公式(10)為：

100、m＝γ·(θa-w)；

101、m為指定農(nóng)田在當(dāng)前時刻的灌溉需求量；

102、γ為預(yù)先設(shè)定的灌溉調(diào)整系數(shù)；

103、θa為預(yù)先設(shè)定的土壤含水量閾值。

104、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種變量灌溉決策系統(tǒng)，通過整合氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和作物生長數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)農(nóng)田的實時狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)灌溉量，確保作物獲得最佳水分條件。具體有以下有益效果：

105、本發(fā)明的一種變量灌溉決策系統(tǒng)根據(jù)指定農(nóng)田的土壤含水量、蒸散發(fā)量、土壤排水量等多種因素，通過數(shù)學(xué)模型和公式，能夠精準(zhǔn)預(yù)測未來土壤含水量變化，從而為農(nóng)田制定合理的灌溉需求量。

106、本發(fā)明的一種變量灌溉決策系統(tǒng)根據(jù)作物的生長階段(如萌芽期、開花期、成熟期等)，動態(tài)調(diào)整作物系數(shù)，確保在不同生長階段對灌溉量進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，滿足作物特定生長需求。通過灌溉裝置的自動化控制，結(jié)合實時氣象預(yù)測和土壤數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠自動判斷灌溉需求并發(fā)出灌溉指令，減少人為干預(yù)，提高工作效率和精準(zhǔn)度。

107、本發(fā)明的一種變量灌溉決策系統(tǒng)基于未來氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行短期預(yù)測，能夠提前做好灌溉規(guī)劃，合理安排灌溉時間和量，從而進(jìn)一步減少不必要的水分損失。

108、綜上所述，本發(fā)明提供的變量灌溉決策系統(tǒng)通過集成多維數(shù)據(jù)源和高級算法，有效提升了農(nóng)業(yè)灌溉的精準(zhǔn)性和智能化水平，解決了傳統(tǒng)灌溉方式存在的許多問題，具有顯著的節(jié)水和提高農(nóng)作物產(chǎn)量的效果，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。