CN106718694A

CN106718694A - 农田灌溉方法

Info

Publication number: CN106718694A
Application number: CN201611165575.4A
Authority: CN
Inventors: 汪顺生; 王爱丽; 刘新阳; 陈豪; 燕永芳
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明涉及农业灌溉技术领域，特别涉及一种农田灌溉方法，包含内容：首先选取灌溉操作方式，所述的灌溉操作方式为手动灌溉，或为自动灌溉；然后对灌溉作物环境进行检测，至少包含检测土壤含水量、土壤腾发量、气象因素及水源状况；根据灌溉操作方式及环境检测结果，设定灌溉数据参数，灌溉数据参数至少包含灌溉时间；对灌溉数据通过表格形式进行记录，灌溉数据至少包含灌溉操作方式、灌溉时间、用户。本发明设计合理，对多目标作物灌溉进行优化，通过科学管理，为提高灌区用水效率和日常信息管理水平提供可靠保障。

Description

农田灌溉方法

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，特别涉及一种农田灌溉方法，方法简单、合理，操作简便，易于对农田农业作物灌溉需求的控制。

背景技术

水资源短缺己对我们的生存环境和经济发展带来了严重的危害，受到了全世界的普遍关注。从人类用水的结构来看，农业用水量最大，约占全球淡水抽取总量的，水资源短缺对农业发展起着决定性的制约作用。国际上应用了各种技术在农田灌溉，将工程节水、农艺节水和管理节水进行有机集成，形成了土壤墒情监测、作物水分状态诊断、节水灌溉自动化控制，用水集中管理等比较完善的灌溉控制体系。目前我国在农业节水应用中缺乏实用化的技术产品，主要采购国外产品，成本高难于大面积推广应用，由于我国农业生产类型复杂，种植品种多样，迫切需要一套科学的农田灌溉方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种农田灌溉方法，设计新颖、合理，同样适用于复杂生产类型、多品种种植的农业灌溉，利于集中化管理。

按照本发明所提供的设计方案，一种农田灌溉方法，农田设置有灌溉管路，灌溉管路上设置有电磁阀，该灌溉方法包含如下内容：

选取灌溉操作方式，所述的灌溉操作方式为手动灌溉，或为自动灌溉；

对灌溉作物环境进行检测，至少包含检测土壤含水量、土壤腾发量、气象因素及水源状况；

根据灌溉操作方式及环境检测结果，设定灌溉数据参数，灌溉数据参数至少包含灌溉时间；

对灌溉数据通过表格形式进行记录，灌溉数据至少包含灌溉操作方式、灌溉时间、用户。

上述的，所述的手动灌溉为现场手动灌溉，所述的现场手动灌溉包含如下内容：用户根据气象因素、土壤含水量、土壤腾发量，选取所需灌溉区域电磁阀，通过手动控制电磁阀，自行实施现场灌溉。

上述的，所述的手动灌溉为手机远程控制灌溉，所述的手机远程控制灌溉包含如下内容：灌溉管路上的电磁阀设置有微型控制器，微型控制器内设置有无线传输器，用户根据气象因素、土壤含水量、土壤腾发量，选取所需灌溉区域电磁阀，利用手机通过无线传输器控制电磁阀，控制现场灌溉。

上述的，所述的自动灌溉为智能全自动灌溉，所述的智能全自动灌溉包含如下内容：预先设定农田作物的水分上限和水分下限；并根据土壤含水量和土壤腾发量，与设定的农田作物的水分上限和水分下限进行比对，根据比对结果控制电磁阀的自动打开或停止，智能控制现场农田作物灌溉。

上述的，所述的自动灌溉为定点决策灌溉，所述的定点决策灌溉包含如下内容：预先设定时间参数，所述的时间参数包含：电磁阀启动时间、灌溉时间、间歇时长、灌溉总时长；根据电磁阀启动时间控制电磁阀总开关打开，并根据灌溉时间控制电磁阀总开关关闭；根据间隙时长重新启动电磁阀总开关；直至达到灌溉总时长，控制电磁阀总开关关闭；等待下次用户重新设定时间参数。

上述的，检测土壤含水量包含如下内容：通过水分测试仪对田间持水量体积百分比进行测定，并测定干旱条件下土壤含水量体积百分比，调取历史土壤含水量样本；通过计算公式来计算土壤含水量H，其中，H₁为田间持水量体积百分比，H₂为干旱条件下土壤含水量体积百分比，k为所述水分下限，α_i为第i次土壤含水量样本，i＝1，2，…，N，表示N次历史土壤含水量样本。

上述的，检测土壤腾发量包含如下内容：通过风速测量仪测试在一米高处的平均风速，利用温度计测量当前温度，并根据温度计算饱和水气压；测量空气的相对湿度，参照饱和水气压计算实际水汽压，利用热辐射计计算作物表面热辐射量；通过公式计算土壤腾发量L，其中，P为平均气温值，L₁为土壤热通量，e₁为饱和水气压，e₂为实际水气压，R₁为在一米高处的平均风速，C为作物表面的热辐射量，log|L₁+(e₁-e₂)|表示L₁+(e₁-e₂)的绝对值求对数。

本发明的有益效果：

本发明首先选取灌溉操作方式；然后对灌溉作物环境进行检测，至少包含检测土壤含水量、土壤腾发量、气象因素及水源状况；根据灌溉操作方式及环境检测结果，设定灌溉数据参数，灌溉数据参数至少包含灌溉时间；对灌溉数据通过表格形式进行记录，灌溉数据至少包含灌溉操作方式、灌溉时间、用户。对多目标作物灌溉进行优化，通过科学管理，完成信息采集、调水和数据处理等工作，为提高灌区用水效率和日常信息管理水平提供可靠保障，有较好的社会推广价值和市场前景。

附图说明：

图1为本发明的方法示意图。

具体实施方式：

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。

实施例一，参见图1所示，一种农田灌溉方法，农田设置有灌溉管路，灌溉管路上设置有电磁阀，该灌溉方法包含如下内容：

实施例二，一种农田灌溉方法，农田设置有灌溉管路，灌溉管路上设置有电磁阀，该灌溉方法包含如下内容：

根据灌溉操作方式及环境检测结果，设定灌溉数据参数，灌溉数据参数至少包含灌溉时间。

多功能灌溉系统主要包括决定灌溉控制方式和确定相关灌溉参数两部分，提供了不同的灌溉操作方式，里面包含了灌溉控制决策部分，根据外部检测设备对土壤墒情、气象因素、水源状况和作物本身各项指标的监控，通过综合分析计算出作物确切的需水量并制定合理的灌溉制度，从而有效地执行灌溉管理。控制决策主要分为粗略控制和精确控制。粗略灌溉控制决策主要以人工经验控制的定时、定量灌溉控制技术精确灌溉控制决策是根据外部检测设备对土壤墒情、气象因索、水源状况和作物本身各项指标的监控计算出作物确切的需水量并而执行灌溉管理。

不同的作物对水分的需求在时间和空间上都存在着很大不同，土壤对水的吸纳水平也不一样。因此，必须能适应不同的灌溉要求，就要设计几种不同的灌溉方式，针对不同作物、不同土壤选择不同的与之相适应的灌溉方式，以保证能够达到节水的目的。本实施例在充分考虑各方面的因素之后，分别对控制点电磁阀进行独立控制,设置总开关，当发生意外或者是想停止所有灌溉操作的时候直接控制总开关即可。用户只需要选择灌溉方式和相应的控制点来进行参数设定即可完成灌溉操作。

现场手动灌溉操作方式主要是针对人工经验专门制定的，用户在根据天气状况、土壤干旱程度和以往浇灌经验的基础上自行实施灌溉，不需计算机为其提供灌溉决策依据。这种灌溉方式简单,不需要具备很多专业知识的人员即可操作,只要选择想要灌溉区域的电磁阀，输入灌溉时长即可，系统倒计时以阀门打开为准,当达到所设定的灌溉时长后会自动停止灌溉。

手机远程控制灌溉操作方式主要是根据土壤水分含水量或腾发量的情况实时情况自动实施灌溉操作。用户可根据每个区域作物需水的不同设定水分上限和下限。当土壤的水分低于下限设定值时系统自动打开阀门开始灌溉，水分值超过上限值时自动停止灌溉，当水分值处于下限和上限之间不进行灌溉。这样即使操作人员不在控制室或者是灌区现场，也能完成灌溉操作。系统中自动灌溉的水分值测量依据常用的有一点法和三点法进行测量。

手机远程控制灌溉操作方式属于手动灌溉操作方式的一种，这种控制方式主要应用在操作人员不在现场的情况。随着信息交流的发展，手机成为人人必备的交流工具，当操作人员在外地的时候，可以根据天气变化情况发送一条短信或电话即可灌溉，方便省时经济。

智能全自动灌溉操作方式可设定想要灌溉的日期、灌溉周期、额定流量、以及灌溉时长来计划灌溉。此外，由于土壤的渗水能力不一样,渗水能力强的土壤在灌水后效果会很快的显示出来，渗水能力弱的土壤要经过一段时间才能显示出来，这样水量已经达到作物本身需要的标准，但是实际上浇灌的水量己经超标，这不仅没有实现节水反而浪费了水，对需水量敏感的作物生长也不利。因此设定了定点决策灌溉操作方式，用户可以根据土壤吸水能力的差异设定灌溉间歇时间，让水分充分渗入到土壤中。定点决策灌溉操作方式控制流程，当用户选择了定点决策灌溉操作方式的时候，系统判断是否达到启动时间，若是达到启动时间后,阀门总开关自动打开，系统进入灌溉状态，当灌溉时间达到灌溉片长的时候，阀门暂时关闭，关闭的时长为用户设定的间歇时长，当达到间歇时间后，阀门再次开启，知道用户设定的灌溉总时长全部执行完毕后，阀门关闭，等待下一个启动时间到达后，再次执行下一次任务。

针对不同的作物和不同的土壤测控仪，需要有不同的土壤缺水判断标准和灌溉方式。本实施例的土壤缺水判断标准指的就是作物缺水或是不缺水状态下土壤水吸力的界限值。测控仪根据要求设置了三种灌溉方式以供操作者在面对不同土质时选择使用。可以设定土壤水吸力上限值、下限值和温度三个参数。当测控仪检测到土壤水吸力大于上限值时，表示作物缺水,控制仪给出控制信号，控制浇水。当测控仪检测到土壤水吸力低于下限值时，表示浇水足够，停止浇水。测控仪在检测土壤水吸力的同时还要检测温度，当发现温度低于设定温度时立即停止浇水，以免在低温下浇水冻伤作物。这种灌溉方式是针对那些渗水快的土壤设计的，当灌溉后水能很快下渗，不需要延时地等待。

由于控制的点数较多，每个点的控制方式、灌溉时间、灌溉周期、灌溉时长有可能都不一样，因此，进行软件设计进一步完善灌溉方法。统一控制方式和独立控制两方面的设计。如果选择统一控制方式，那么所有点的控制方式都一样，只需要进行不同的参数设置即可，这种灌溉方式适合同一作物的灌溉控制，或者是在水分需求上相似的作物。如果选择独立控制相对灵活得多，所有点的控制不必局限于同一种灌溉模式，可对每一个点进行不同的参数设置和灌溉方式的设置，这种控制方式适合作物种植种类复杂的灌区。

在灌溉方法设计的数据库中，系统以点为单位存放各种信息。点是一组数据值称为参数的集合，在点组态时定义点的名称。点可以包含标准点参数或者用户自定义参数。点参数是含有一个值整型、实型、字符串型等的数据项的名称。系统提供了一些系统预先定义的标准点参数，点是实时数据库系统保存和处理信息的基本单位。点存放在实时数据库的点名字典中。实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。在创建一个新点时首先要选择点类型及所在区域。可以用标准点类型生成点，也可以用自定义点类型生成点。在组态软件中,每个电磁阀对应一个数字点，由于每一个设备下可以连接多个电磁阀，所以每个数字点可以与一个设备进行连接，分别获取数据。但是他们的偏置地址不同,为名称建立电磁阀对应点，设定点参数，主要包括的编号、说明、开关、启动时间、灌溉时间、灌溉时长、流量、灌溉模式、是否有效灌溉、持续时长、灌溉片长、间歇时长、阀门所在轮灌组编号以及预留参数。在力控组态软件中,数组是以间接变量形式保存的。间接变量是一种可以在系统运行时被其它变量代换的变量，一般我们将间接变量作为其它变量的指针，操作间接变量也就是操作其指向的目标变量，间接变量代换为其它变量后，引用间接变量的地方就相当于在引用代换变量一样。可以用赋值语句实现变量的转换。灌溉控制程序周期运行时，通过调用自定义函数来完成控制过程。函数包含此参数，引用方式为传值应用。在函数中编辑代码判定用户选择什么灌溉模式，而以电磁阀为中心，每个电磁阀对应一个编号，当选定这个电磁阀时候即修改电池阀的编号了，选择不同的灌溉方式修改值，弹出不同灌溉方式的设置对话框。在程序周期运行时调用自定义函数根据值来判定执行哪种灌溉控制代码。当软件因为某种原因关闭后再启动，软件应能记住上次的操作记录，正确显示上次的命令操作情况。软件应有保存记忆功能,在软件退出后保存实时值作为下次启动的初始值。

本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims

1.一种农田灌溉方法，其特征在于，农田设置有灌溉管路，灌溉管路上设置有电磁阀，该灌溉方法包含如下内容：

2.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，所述的手动灌溉为现场手动灌溉，所述的现场手动灌溉包含如下内容：

用户根据气象因素、土壤含水量、土壤腾发量，选取所需灌溉区域电磁阀，通过手动控制电磁阀，自行实施现场灌溉。

3.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，所述的手动灌溉为手机远程控制灌溉，所述的手机远程控制灌溉包含如下内容：

灌溉管路上的电磁阀设置有微型控制器，微型控制器内设置有无线传输器，用户根据气象因素、土壤含水量、土壤腾发量，选取所需灌溉区域电磁阀，利用手机通过无线传输器控制电磁阀，控制现场灌溉。

4.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，所述的自动灌溉为智能全自动灌溉，所述的智能全自动灌溉包含如下内容：

预先设定农田作物的水分上限和水分下限；并根据土壤含水量和土壤腾发量，与设定的农田作物的水分上限和水分下限进行比对，根据比对结果控制电磁阀的自动打开或停止，智能控制现场农田作物灌溉。

5.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，所述的自动灌溉为定点决策灌溉，所述的定点决策灌溉包含如下内容：

预先设定时间参数，所述的时间参数包含：电磁阀启动时间、灌溉时间、间歇时长、灌溉总时长；根据电磁阀启动时间控制电磁阀总开关打开，并根据灌溉时间控制电磁阀总开关关闭；根据间隙时长重新启动电磁阀总开关；直至达到灌溉总时长，控制电磁阀总开关关闭；等待下次用户重新设定时间参数。

6.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，检测土壤含水量包含如下内容：

通过水分测试仪对田间持水量体积百分比进行测定，并测定干旱条件下土壤含水量体积百分比，调取历史土壤含水量样本；

通过计算公式来计算土壤含水量H，其中，H₁为田间持水量体积百分比，H₂为干旱条件下土壤含水量体积百分比，k为所述水分下限，α_i为第i次土壤含水量样本，i＝1，2，…，N，表示N次历史土壤含水量样本。

7.根据权利要求1所述的农田灌溉方法，其特征在于，检测土壤腾发量包含如下内容：

通过风速测量仪测试在一米高处的平均风速，利用温度计测量当前温度，并根据温度计算饱和水气压；测量空气的相对湿度，参照饱和水气压计算实际水汽压，利用热辐射计计算作物表面热辐射量；

通过公式计算土壤腾发量L，其中，P为平均气温值，L₁为土壤热通量，e₁为饱和水气压，e₂为实际水气压，R₁为在一米高处的平均风速，C为作物表面的热辐射量，log|L₁+(e₁-e₂)|表示L₁+(e₁-e₂)的绝对值求对数。