CN107179784A - 一种农田土壤墒情监测系统及方法 - Google Patents

一种农田土壤墒情监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种农田土壤墒情监测系统及方法，采集土壤含水量数据；监测中心获取各节点采集的数据；处理分析得到土壤含水量；比较土壤含水量是否大于预设上限；获取节点的位置信息；监测中心发送排水指令与位置信息；现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；比较土壤含水量是否小于预设下限；获取节点的位置信息；监测中心发送灌溉指令与节点的位置信息；现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。本发明实现了生态农业环境土壤墒情数据的自动精确监测，节约劳动力成本，同时提高生产效率。

Description

一种农田土壤墒情监测系统及方法
技术领域
本发明涉及农业监测领域，尤其涉及一种农田土壤墒情监测系统及方法。
背景技术
土壤是陆地生态系统组成的基本要素之一，也是人类赖以生存的物质基础之一，土壤环境状况不仅直接关系到生态安全和人体健康，也直接关系到农产品的产量、质量以及安全。近年来，由于高分子化学、分析化学、物理科学、生物技术等科学的快速发展，使其在土壤监测中有了较为广泛的运用，如电感耦合等离子体质谱(IcP—Ms)法、激光熔蚀法(LA)、氢化物发生法(HG)、偏振能量色散x射线荧光光谱法、大分子标记物检测技术、PcR技术、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术、生物芯片技术、宏基因组技术等方法在土壤样品分析测试中的应用尤其对土壤中痕量元素的测定及分析。而这类方法对于操作人员的专业素养要求较高，并且需要一定的配套设备来完成，使用成本较高，并且操作繁琐，不适合农户或一般农产品种植加工企业，不利于推广。
生态农业是农业发展的一个新的阶段，目前生态农业已经呈现出规模化、大型化、专业化的趋势。生态农业对环境的要求较高，快速准确的监测土壤水分含量及土壤温度等因素，是及时进行农田旱情分析，指导作物节水灌溉，保障粮食安全等最重要的基础工作之一。由于生态农业基地较大，附近环境涉及面广，情况复杂，土壤质地本身存在不均匀性，如何实现土壤墒情的监测，是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种农田土壤墒情监测系统及方法，用以实现对土壤墒情的自动精确监测。
本发明采用以下技术方案：
一种农田土壤墒情监测方法，其中，包括如下步骤：
步骤1，各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
步骤2，监测中心获取各节点采集的数据；
步骤3，监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
步骤4，比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则执行步骤5；若小于，则执行步骤8；
步骤5，获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
步骤6，监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
步骤7，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
步骤8，比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，返回步骤1；若小于，则执行步骤9；
步骤9，获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
步骤10，监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
步骤11，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
优选的，还包括步骤12，在各节点的采集单元设置定时中断。
优选的，所述采集单元为土壤水分传感器。
优选的，每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。
一种农田土壤墒情监测系统，包括：
采集模块，用于各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
第一获取模块，用于监测中心获取各节点采集的数据；
分析模块，用于监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
第一比较模块，用于比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；若小于，则比较土壤含水量是否小于预设下限；
第二获取模块，用于获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
第一发送模块，用于监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
排水模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
第二比较模块，用于比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，则重新采集土壤含水量数据；若小于，则获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第三获取模块，用于获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第二发送模块，用于监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
灌溉模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
优选的，还包括中断模块，用于在各节点的采集单元设置定时中断。
优选的，所述采集单元为土壤水分传感器。
优选的，每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。
本发明的有益效果如下：
本发明根据大田中种植的作物种类，针对每种作物的特点设置适合作物生长的土壤含水量，能过实时采集的土壤湿度数据，得到土壤的含水量，进而判断当前的土壤状态是涝、湿润、还是干旱，现场管理终端根据土壤含水量的多少控制节点终端开启排水或灌溉模式，实现土壤墒情的监测与自动控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种农田土壤墒情监测方法的流程图。
图2是本发明一种农田土壤墒情监测系统的框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种农田土壤墒情监测方法，包括如下步骤：
步骤1，各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
步骤2，监测中心获取各节点采集的数据；
步骤3，监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
步骤4，比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则执行步骤5；若小于，则执行步骤8；
步骤5，获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
步骤6，监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
步骤7，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
步骤8，比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，返回步骤1；若小于，则执行步骤9；
步骤9，获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
步骤10，监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
步骤11，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
在一个实施例中，还包括步骤12，在各节点的采集单元设置定时中断。
该实施例中，在各个节点的采集单元设置定时中断，每隔一段时间读取并发送传感器数据，随即进入待机状态，等待定时器触发下一次读取数据的任务时，唤醒采集单元，进行数据读取与发送，该中断设置能够减少能量损耗、延长传感器的使用寿命。
土壤墒情就是土壤水分，土壤含水量的多少。土壤水分是作物生长和发育的必需条件，也是干旱监测的重要指标，对干旱预测和产量预测也是重要参数。在大田中，土壤含水量的上限是土壤的田间持水量，当土壤含水量大于田间持水量时，就会产生深层渗漏。土壤含水量的下限是土壤的调萎系数，当土壤含水量降低到土壤的调萎系统时，作物就会永久性凋萎。该实施例中的土壤含量预设上限和预设下限是在常规的土壤含水量上限和下限的范围内，结合作物的生长特点适当调整。
该实施例中，在大田中设置多个采集节点，每个节点均设置土壤湿度传感器，利用土壤湿度传感器采集数据监测中心进行分析处理，监测大田墒情。根据大田中种植的作物种类，针对每种作物的特点设置适合作物生长的土壤含水量，能过实时采集的土壤湿度数据，得到土壤的含水量，进而判断当前的土壤状态是涝、湿润、还是干旱，现场管理终端根据土壤含水量的多少控制节点终端开启排水或灌溉模式，实现土壤墒情的监测与自动控制。
在一个实施例中，每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。采集单元为土壤水分传感器。
土壤深度方向的水分分布与作物根系发育情况密切相关，并且随着季节和地区的变化发生变化。表面土壤水分的含量随着土层深度的增加会增大。在不同季节，土壤水分的蒸发量和作物对水分的需求也不同，因此，单一地检测土壤表层的含水量不能真正实现对墒情的监测与判断，该实施例中在每个采集节点设置三个传感器，三个传感器沿垂直方向排列，分别测量土壤表面，土壤表面以下10cm处，以及土壤表面以下20cm处的含水量，三个传感器采集到的数据均发送给监测中心。为实现更精确的土壤墒情判断，以第二传感器和第三传感器的平均值与土壤含水量上限和下限进行比较。
如图2所示，对应于上述的一种农田土壤墒情监测方法，本发明提供一种农田土壤墒情监测系统，包括：
采集模块，用于各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
第一获取模块，用于监测中心获取各节点采集的数据；
分析模块，用于监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
第一比较模块，用于比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；若小于，则比较土壤含水量是否小于预设下限；
第二获取模块，用于获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
第一发送模块，用于监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
排水模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
第二比较模块，用于比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，则重新采集土壤含水量数据；若小于，则获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第三获取模块，用于获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第二发送模块，用于监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
灌溉模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
在一个实施例中，还包括中断模块，用于在各节点的采集单元设置定时中断。
在一个实施例中，所述采集单元为土壤水分传感器。
在一个实施例中，每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种农田土壤墒情监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
步骤2，监测中心获取各节点采集的数据；
步骤3，监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
步骤4，比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则执行步骤5；若小于，则执行步骤8；
步骤5，获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
步骤6，监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
步骤7，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
步骤8，比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，返回步骤1；若小于，则执行步骤9；
步骤9，获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
步骤10，监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
步骤11，现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的农田土壤墒情监测方法，其特征在于：还包括步骤12，在各节点的采集单元设置定时中断。
3.根据权利要求1所述的农田土壤墒情监测方法，其特征在于：所述采集单元为土壤水分传感器。
4.根据权利要求3所述的农田土壤墒情监测方法，其特征在于：每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。
5.一种农田土壤墒情监测系统，其特征在于：包括：
采集模块，用于各节点的采集单元分别采集土壤含水量数据；
第一获取模块，用于监测中心获取各节点采集的数据；
分析模块，用于监测中心对获取的数据进行处理分析得到土壤含水量，并将分析结果存储在数据库中；
第一比较模块，用于比较土壤含水量是否大于预设上限，若大于，则获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；若小于，则比较土壤含水量是否小于预设下限；
第二获取模块，用于获取土壤含水量大于预设上限的节点的位置信息；
第一发送模块，用于监测中心向现场管理终端发送排水指令与节点的位置信息；
排水模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的排水管阀门进行排水；
第二比较模块，用于比较土壤含水量是否小于预设下限，若不小于，则重新采集土壤含水量数据；若小于，则获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第三获取模块，用于获取土壤含水量小于预设下限的节点的位置信息；
第二发送模块，用于监测中心设置水量，并向现场管理终端发送灌溉指令与节点的位置信息；
灌溉模块，用于现场管理终端开启水泵和节点所在位置的出水管阀门进行灌溉。
6.根据权利要求5所述的农田土壤墒情监测系统，其特征在于：还包括中断模块，用于在各节点的采集单元设置定时中断。
7.根据权利要求5所述的农田土壤墒情监测系统，其特征在于：所述采集单元为土壤水分传感器。
8.根据权利要求7所述的农田土壤墒情监测系统，其特征在于：每个节点的土壤水分传感器为三个，分别为第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器垂直排列；所述第一传感器设置在土壤表面，所述第二传感器设置在土壤表面以下10cm处，所述第三传感器设置在土壤表面以下20cm处。
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