CN107613760B - 安装水势检测器的方法及评估作物灌溉情况的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在植物茎中安装水势检测器的方法，该方法包括以下步骤：提供水势检测器，该水势检测器包括其中含有渗压剂的隔室，该检测器被配置为用于通过由选择性屏障直接接触与植物茎的维管相邻的植物组织来测量水势；通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔而穿过植物茎形成孔；通过使用第二类型的钻头使孔的内壁平滑；将水势检测器插入平滑的孔中，使得水势检测器的选择性屏障与植物的茎组织直接接触；和用流体传导材料填充水势检测器和茎组织之间的间隙。在整个输送和安装过程中保持选择性屏障和被钻孔的内部茎组织湿润。

Description

安装水势检测器的方法及评估作物灌溉情况的方法和系统

相关专利申请的交叉引用

本PCT申请要求于2015年5月19日提交的第62/163,475号美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及用于评估作物灌溉情况的设备、仪器、系统和方法以及用于在植物茎中安装水势检测器的方法和系统。

背景技术

在农业生产中，目前有各种方法和系统用于测量指示作物中的水分胁迫的各种参数以改进作物灌溉。

这些系统中的一些包括用于测量作物植物中的水分胁迫的基于红外线(IR)的热测绘。该测绘需要将一个或更多个热成像设备(例如，IR摄像机)放置在作物田地中，并获取作物的热图像。为了从作物的热图像中推断出水分胁迫，必须使用温度指数来校准来自IR摄像机的测量数据。该指数(也称为作物水分胁迫指数(CWSI，参见http://www.israelagri.com/？CategoryID＝396&ArticleID＝645)通常通过使用通常测量作物区域中空气的温度的参考温度测量结果(例如，通过使用温度计获得)来获得。

为了实际测量作物植物内部的水势，作物中至少合理量的植物必须配备有水势传感器。这些传感器或检测器中的一些需要将其插入植物茎中或测量植物茎附近的地面上的水势。

莱格等人于1985年描述了一种用于将水势传感器插入植物茎中的方法。在这篇文章中，通过如下所述将渗透张力计插入树中：通过对树皮进行钢冲压在树皮中锤击形成孔并在冲压水平面的上方用水填充该孔来保持孔中的组织湿润。在这种情况下，在将传感器安装在形成在树皮中的孔中之后，用填隙料填充孔。

用机器或实体设置系统(solid set system)进行可变速率灌溉已经变得在技术上可行，然而，有必要对作物水状态进行测绘以使灌溉量与特定地点的作物水需求相匹配(梅隆等人，2010)。远程热感应可以以足够详细且及时的方式提供这样的图。可以使用参考地形的高分辨率热影像和人造参考表面生成数字作物水分胁迫图。可以通过与空气温度相关的上限阈值和下限阈值将与冠层相关的像素和与土壤相关的像素分开，并且由像素直方图的最冷的33％计算冠层温度。可以使人造表面湿润以提供使得作物水分胁迫指数(CWSI)归一化至环境条件的参考温度。

发明内容

本发明提供了一种用于在植物茎中安装水势检测器的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供水势检测器，该水势检测器包括：(i)其中含有渗压剂的隔室；(ii)用于在植物组织和渗压剂之间进行流体的选择性转移的至少一个选择性屏障；(iii)压力传感器，该压力传感器被配置为用于感测所述隔室中的流体压力的变化，所述水势检测器被配置为用于通过由所述至少一个选择性屏障直接接触与植物茎的维管相邻的植物组织来测量水势；(b)在水势检测器输送至植物所在的地点的整个过程中和在水势检测器安装在植物茎中的整个过程中，保持水势检测器的所述至少一个选择性屏障湿润；(c)通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔而穿过植物茎形成孔；(d)通过使用第二类型的钻头使孔的内壁平滑；(e)将水势检测器插入平滑的孔中，使得水势检测器的所述至少一个选择性屏障与植物的茎组织直接接触；(f)在整个安装过程中保持孔中的茎组织湿润；和(g)用流体传导材料填充水势检测器和茎组织之间的间隙。

用于填充该检测器和茎组织之间的间隙的流体传导材料可以是例如流体传导凝胶或填隙材料。

根据一些实施方式，以在植物茎的内部适合于植物类型和尺寸的深度钻孔，使得孔的最深边缘邻近植物维管。

根据一些实施方式，该方法进一步包括在密封孔之前使用诸如螺钉或螺栓的紧固装置将水势检测器紧固至茎。

根据一些实施方式，第一类型的钻头是具有凸部的螺旋钻头，而第二类型的钻头是不具有凸部或轴的螺旋钻头。

根据一些实施方式，该方法中的植物茎旨在包括具有允许钻穿的厚度和刚度水平的树茎或藤茎。

该方法可选地进一步包括将电子引线连接至所安装的水势检测器中的暴露节点，以与水势检测器通信并对水势检测器进行控制。替代地，该检测器包括用于与遥控单元无线通信以向该遥控单元传输传感器数据的、基于无线的通信装置，例如RF通信装置。

另外地或替代地，用于填充检测器和植物组织之间的间隙的填充材料包括弹性硅树脂填隙剂。

根据一些实施方式，为了在整个安装过程中保持所述至少一个选择性屏障和植物组织湿润，使用被配置为用于连续注水的一个或更多个注水设备。

根据本发明的一些实施方式，水势检测器包括微机电系统(MEMS)，该微机电系统包括压力传感器、数据处理器和数据传输器。

本发明还提供了一种使用热影像来评估作物的灌溉情况的系统，该系统包括：(a)至少一个热影像系统，该热影像系统被配置为用于对区域进行热测绘；(b)至少一个水势检测器，该水势检测器被配置为用于测量水势检测器被安装在其中的植物茎中的水势并传输指示其测量结果的数据；和(c)中央单元，该中央单元被配置为用于接收指示所获取的作物温度图的热成像数据、接收来自至少一个水势检测器的数据、和处理所接收的数据，以使用来自至少一个水势检测器的参考数据校准来自热影像系统的数据来以评估作物的灌溉情况。

根据本发明的一些实施方式，系统的每个水势检测器包括含有渗压剂的隔室和至少一个选择性屏障，以经由直接流体渗透作用测量水势检测器被安装在其中的植物茎中的水势，所述至少一个水势检测器被配置为用于经由至少一个通信链路与所述中央单元通信，以向中央单元传输指示所测量的水势的数据。

根据一些实施方式，每个水势检测器还包括温度计并且被配置为用于将温度测量结果传输至中央单元。

根据本发明的一些实施方式，每个水势检测器进一步包括电池和被配置为用于与中央单元无线通信的通信单元。该通信单元可选地适于基于射频(RF)的通信。

根据本发明的一些实施方式，水势检测器包括用于连接至与中央单元通信的通信单元的节点。

根据本发明的一些实施方式，中央单元进一步被配置为用于根据所评估的作物的灌溉情况来控制作物植物的灌溉。

在其它实施方式中，中央单元进一步被配置为用于将指示所评估的作物的灌溉情况的数据传输至灌溉系统，以根据所评估的作物的灌溉情况来控制作物的灌溉。

根据本发明的一些实施方式，水势检测器包括多个水势检测器，在不同的作物植物中，每个水势检测器被安装在适于优化与水势检测器的数量和作物区域的尺寸以及作物类型相关的测量结果的位置处。

根据本发明的一些实施方式，中央单元是具有可操作的指定控制应用的计算机和通信设备，由此使用用于灌溉情况评估和校准的至少一个评估算法来实施数据处理。

根据本发明的一些实施方式，每个热影像系统包括至少一个热成像摄像机，例如，基于红外线(IR)成像的热成像摄像机。

本发明进一步提供了一种使用热影像来评估作物的灌溉情况的方法，该方法包括：(a)接收来自至少一个热影像系统的数据，所述至少一个热影像系统被配置和定位为用于对作物区域进行热测绘；(b)接收来自被安装在作物植物的植物茎中的至少一个水势检测器的、指示植物茎的水势的数据；(c)通过使用从水势检测器接收的数据来校准来自至少一个热影像系统的热数据；和(d)基于校准数据评估作物的灌溉情况。

在一些实施方式中，还通过使用从至少一个水势检测器接收的水势数据来实施作物的灌溉情况的评估。

本发明进一步提供了一种用于校准来自热影像系统的数据以进行作物的灌溉情况检测的方法，该方法包括：接收来自热影像系统的数据，所述热影像系统被配置和定位为用于对作物区域进行热测绘；接收来自被安装在作物植物的植物茎中的至少一个水势检测器的、指示植物茎的水势的数据；和通过使用从水势检测器接收的数据来校准来自至少一个热影像系统的热数据。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的、采用两阶段钻孔将水势检测器安装在植物茎中的方法。

图2A和图2B示出了两种类型的钻头，这两种类型的钻头分别用于安装过程的不同阶段：图2A示出了用于在茎中粗钻的第一类型的钻头，该第一类型的钻头具有中央凸部和两个具有凹部的翼；图2B示出了用于平滑的第二类型的钻头，该第二类型的钻头具有含有平滑表面而没有凸部或凹部的翼。

图3示出了根据本发明的其它实施方式的、使用热影像来评估作物的灌溉情况的系统。

图4是示出根据本发明的其它实施方式的、通过使用一个或更多个水势检测器校准热系统，使用热影像来评估作物的灌溉情况(水分胁迫)的方法的流程图。

具体实施方式

在各种实施方式的以下详细描述中，参考了构成所述实施方式的一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其它实施方式并且可以作出结构改变。

本发明提供了采用在植物茎中形成光滑的孔而不损伤茎组织的独特的两阶段钻孔技术将水势检测器安装在植物茎中的方法和系统。水势检测器被配置为用于经由流体与流体直接接触来测量茎水势，并因此要求孔邻近茎维管。为了使得能够进行这样的流体与流体直接接触，检测器具有隔室、至少一个选择性屏障(例如，膜)和压力传感器，该隔室中含有诸如聚乙二醇(PEG)的渗压剂；至少一个选择性屏障用于在植物组织和渗压剂之间进行流体的选择性转移；压力传感器被配置为用于检测所述隔室中的流体压力的变化，其中水势检测器被配置为用于通过由所述至少一个选择性屏障在隔室中的渗压剂与邻近植物茎的维管的植物组织之间的直接接触来测量水势。

应当注意，技术人员将清楚地理解，当提及“用于在植物组织与渗压剂之间进行流体的选择性转移的至少一个选择性屏障”时，可以使用至少两个、三个、四个或更多个选择性屏障层。所述选择性屏障层可以是相同的或不同的，分别具有不同的性质和目的。例如，可以使用两个选择性屏障层，一层是膜，另一层是外部覆盖所述膜的刚性多孔结构。

根据一些实施方式，该安装方法包括在水势检测器输送至植物所在的地点的整个过程中和在水势检测器安装在植物茎中的整个过程中，保持水势检测器的一个或更多个选择性屏障湿润；通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔而穿过植物茎形成孔；通过使用第二类型的钻头使孔的内壁平滑；将水势检测器插入平滑的孔中，使得水势检测器的一个或更多个选择性屏障与植物的茎组织直接接触；和用流体传导材料填充水势检测器和茎组织之间的间隙，所述流体传导材料例如流体传导凝胶或填隙材料。在直至孔被填满的整个安装过程中，也保持植物组织湿润。

优选地但不是必须地，该方法用于具有厚而结实的茎的植物，例如用于树和藤，从而使得使用一个或更多个钻孔工具(例如，钻机)钻穿植物茎组织而不损伤其维管组织。

在钻孔的第一阶段中，对茎进行钻孔至其中与维管组织接近或相邻的深度(例如，直至到达木质部质外体)。根据一些实施方式，使用第一类型的钻头来进行该第一阶段钻孔，该第一类型的钻头具有中央凸部和在该中央凸部上方具有一个或更多个凹部的螺旋钻头本体或翼，以将钻头推进到茎中并且以最佳的精确度形成钻孔，从而避免以将有害于植物的程度损伤组织。

根据一些实施方式，使用第二类型的钻头来进行用于平滑的第二钻孔阶段，以改进检测器的选择性屏障与植物组织之间的直接接触，用于茎中的水分和检测器的隔室中的渗压剂之间的流体与流体直接渗透作用。该第二钻头可以被设计为螺旋钻头，该钻头具有含有平滑侧表面而没有凸部或凹部的翼。

在又一个实施方式中，在钻孔开始之前，例如通过冲孔去除皮，从而使得使用第一类型的钻头更容易钻孔，或者完全消除对这样的第一类型的钻头的需要。替代地，可以省略整个钻孔步骤，并且只进行去除皮步骤，即当充分暴露植物内部组织时，例如，如对于具有细茎的植物。

一旦孔得以完成，则将检测器放置在孔中，同时保持孔(内部茎组织)和检测器的选择性屏障湿润。一旦被定位在孔的内部，则用流体传导填充材料填充孔，并使用本领域中已知的任何紧固或附接装置(例如，螺钉、胶合剂等)将检测器紧固至茎或附接至茎。

在某些实施方式中，用植物激素和/或生长物质填充孔，以协助和加速传感器-组织界面处的愈伤组织形成和愈伤组织生长。这使得在插入传感器/设备之后能够使植物更快地治愈、减少对植物的潜在损伤(例如，由病原体或害虫造成的损伤)，并且有助于防止排斥和传感器/设备从茎上去除。

可根据本方法使用的植物激素和/或生长物质包括但不限于：脱落酸；生长素；细胞分裂素；乙烯；赤霉素；油菜素类固醇；水杨酸；茉莉酮酸酯；植物肽激素；多胺；一氧化氮(NO)；独脚金内酯；和karrikins。

因此，在某些实施方式中，根据本发明的安装方法包括以下步骤：(a)提供如上所述的水势检测器，该水势检测器被配置为用于通过直接接触与植物茎的维管相邻的植物组织来测量水势；(b)在水势检测器输送至植物所在的地点的整个过程中和在水势检测器安装在植物茎中的整个过程中，保持所述水势检测器的所述至少一个选择性屏障湿润；(c)去除植物的皮；(d)通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔而穿过植物茎形成孔；(e)通过使用第二类型的钻头使孔的内壁平滑；(f)将水势检测器插入平滑的孔中，使得水势检测器的所述至少一个选择性屏障与植物的茎组织直接接触；(g)在整个安装过程中保持孔中的茎组织湿润；和(f)用流体传导材料以及植物激素和/或生长物质填充水势检测器和茎组织之间的间隙，其中可以在将所述水势检测器插入所述平滑的孔中之前将所述植物激素和/或生长物质插入所述平滑的孔中。

一旦被安装在植物茎中，则检测器可被启动并且可选地经由线材或无线地连接至能够读取来自其传感器的输出数据的控制设备。

现在参照图1，图1示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的、将水势检测器安装在植物茎中(例如，树干中)的方法。在该过程中，提供并使用水势检测器11，该水势检测器具有隔室、一个或更多个选择性屏障和压力传感器，该隔室中含有渗压剂；一个或更多个选择性屏障用于在植物组织和渗压剂之间进行流体的选择性转移；压力传感器被配置为用于感测隔室中的流体压力的变化，该水势检测器被配置为用于通过由一个或更多个选择性屏障直接接触与植物茎的维管相邻的植物组织来测量水势。

在一些实施方式中，所使用的选择性屏障是膜，例如反渗透(RO)膜、正渗透(FO)膜或纳米过滤(NF)膜。

其它另外的选择性屏障可以用于过滤茎流体中的较大颗粒以防止渗入隔室中，所述选择性屏障例如是在外部覆盖膜的刚性多孔结构。

检测器中使用的渗压剂可以是例如吸水水凝胶，例如聚乙二醇(PEG)。

在一些实施方式中，所使用的水势检测器的压力传感器可以是例如压电换能器传感器、应变计传感器或其组合。

为了将水势检测器安装在植物茎中，将该检测器转移到植物所在的地点，同时在水势检测器输送至植物所在的地点的整个过程中和在水势检测器安装在植物茎中的整个过程中，保持该检测器的至少一个选择性屏障湿润12。为了保持选择性屏障湿润，可将选择性屏障保持在其中含有流体(例如，水)的容器中或在其输送期间注水。例如，在检测器输送的整个过程中，一个人可以托住检测器，另一个人可以在其上方注水以保持检测器的膜湿润。在钻孔和放置过程期间也可以使用含有水的注入器(例如，注射器)。

通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔来在茎中(例如，在树干中)形成植物茎中的孔13，该第一类型的钻头具有中央凸部并且被配置为用于粗钻以形成初始孔。该孔被形成为使得其最深的边缘与茎的维管(例如，木质部)相邻，从而使得流体从茎的维管转移。然后，通过使用具有例如平滑边缘翼的第二类型的钻头使所形成的初始孔的内壁平滑14。在进行钻孔的同时持续保持内部植物茎组织湿润，例如通过使用注射器或水管来使在对植物茎钻孔的同时形成的孔湿润。

一旦孔形成和完成，则将水势检测器插入孔中，使得水势检测器的一个或更多个选择性屏障与植物的茎组织直接接触15。一旦检测器在完全平滑的孔内就位，则使用诸如流体传导凝胶或填隙材料的流体传导材料来填充水势检测器和茎组织之间的间隙16。

可选地，使用诸如螺钉、胶合材料等的紧固或附接装置将检测器附接至植物茎17。

根据一些实施方式，所使用的水势检测器具有嵌入其中的微机电系统(MEMS)设备，该微机电系统设备包括压力传感器、数据处理器和通信单元，该通信单元包括传输器和可选地还包括接收器以与遥控设备或系统通信，以向其传输所测量的水势数据。检测器的MEMS可能需要电连接至其输出节点以与之通信。

图2A和图2B示出了两种类型的钻头70和80，这两种类型的钻头分别可用于钻孔的第一阶段和第二阶段：图2A示出了用于在茎中粗钻的第一类型的钻头70，该第一类型的钻头具有中央凸部72和在中央凸部72上方具有凹部73a和73b的两个翼71a和71b；图2B示出了用于使通过使用第一钻头70形成的孔壁平滑的、用于平滑的第二类型的钻头80，该第二类型的钻头具有含有平滑侧表面而在平滑侧表面上方没有凸部或凹部的翼81a和81b。

可以使用其它类型的钻头，例如螺旋头，一种具有中央凸部和在中央凸部上方的凹部，另一种具有平滑的螺旋头并且没有中央凸部。

根据其它方面，本发明提供了用于评估植物作物的灌溉情况(例如，水分胁迫)的系统和方法，该系统和方法使用一个或更多个热影像系统，该热影像系统被配置为用于对区域进行热测绘；还使用一个或更多个水势检测器，该水势检测器被配置为用于测量植物茎中的水势以校准来自一个或更多个热影像系统的数据。为了评估在每个给定的时间范围内作物的总体灌溉情况，使用中央单元。中央单元被配置为用于接收来自热影像系统的指示所获取的作物温度图的热成像数据、接收来自至少一个水势检测器的数据、和处理所接收的数据，以使用来自至少一个水势检测器的参考数据至少校准来自热影像系统的数据来评估作物的灌溉情况。

根据一些实施方式，水势检测器被配置为用于经由其中的渗压剂与茎中的水分(例如，植物的维管中的水分)之间的流体与流体直接接触来检测茎的水势。该检测器可以被安装在作物的植物之一的植物茎内，或者被定位在作物田地的地面上。

可选地，该水势检测器配备有用于直接温度测量的温度计。

现在参照图3，图3示出了根据本发明的一些实施方式的、用于评估作物中的水分胁迫的系统20。该系统包括用于覆盖整个作物田地的数个热影像系统110a和110b以及被安装在作物的植物茎21中的水势检测器120，并且水势检测器120被配置为无线地传输指示其水势的信号以及可选地还传输指示其热测量结果的信号。热影像系统110a或110b中的每一个被定位和配置为用于对作物田地区域进行热测绘并将指示热测绘的数据传输至中央单元150。中央单元150被配置为用于接收来自田地中的一个或更多个水势检测器(例如，来自检测器120)的数据和来自田地中的一个或更多个热影像系统(例如，系统110a和110b)的数据，并处理所接收的数据以计算作物中或其区域中的水分胁迫。

来自一个或更多个水势检测器120的数据至少用于校准热影像系统110a和110b的作物水分胁迫指数(CWSI)。

热影像系统110a和110b中的每一个包括热感摄像机。

来自一个或更多个水势检测器120的数据，在本文中也被称为“参考数据”，提供了用于校准热影像系统的输出的所需的绝对地面应力或温度参考。可以将所有其它温度水平与影像系统输出的像素值相关联，即使当使用非辐射测量并因此对于影像系统而言便宜得多的热感摄像机时也是如此。

用于校准影像系统输出的水势检测器可以是上述检测器，该检测器包括含有渗压剂的隔室和至少一个选择性屏障，以经由直接流体渗透作用测量该检测器被安装在其中的植物茎中的水势。水势检测器可以被配置为用于经由至少一个通信链路与中央单元150通信，以向该中央单元传输指示所测量的水势的数据。该链路可以是无线通信链路，例如采用诸如WiFi、ZigBee或本领域中已知的任何其它无线通信技术的射频(RF)通信技术的无线通信链路。

另外地或替代地，检测器被配置为用于经由有线通信与中央单元150通信以传输参考数据。

检测器120可将所测量的水势值传输至中央单元150，以用作参考数据的参考水分胁迫值。该措施可用于计算CWSI的参考温度。

根据一些实施方式，水势检测器120还包括温度计并且被配置为用于将直接温度测量结果传输至中央单元以用作参考数据。

水势检测器120还可以包括一个或更多个电池作为电源。替代地，它可以具有外部太阳能电池板，或者可以从外部源接收电力，例如，经由电线连接至所述中央单元。

在一些实施方式中，中央单元150进一步被配置为用于根据所评估的作物的灌溉情况来控制作物植物的灌溉，并且因此可包括灌溉控制装置。

另外地或者替代地，中央单元150被配置为用于将指示所评估的作物灌溉情况的数据和/或基于该数据的灌溉推荐方案传输至各灌溉系统，从而根据所评估的作物灌溉情况来控制作物的灌溉。

在一些实施方式中，可以使用多个水势检测器来覆盖大的田地区域，在不同的作物植物中，每个检测器可被安装在适于优化与水势检测器的数量和作物区域的尺寸以及作物类型相关的测量结果的位置处。

在一个具体实施方式中，多个水势检测器可以用于单个植物中，优选地用于大的有分支的植物中，每个检测器被安装在植物的不同分支/茎中以优化所述植物的测量结果。

中央单元150可以包括具有处理和通信装置的计算机，该处理和通信装置具有可操作的指定控制应用程序，由此使用用于灌溉情况评估和校准的至少一个评估算法来实施数据通信和处理。

图4是示出根据本发明的其它实施方式的、通过使用一个或更多个水势检测器校准热系统，使用热影像来评估作物的灌溉情况(水分胁迫)的方法的流程图。该方法的步骤可通过系统的中央单元的单个处理器来实施。接收来自一个或更多个影像系统以及来自一个或更多个水势检测器的数据41-42，并通过使用来自一个或更多个水势检测器的数据来校准热测绘43。然后基于作物田地的经校准的热测绘评估作物的灌溉情况(水分胁迫)。

可选地，通过使中央单元还控制灌溉或通过使中央单元将经校准的测绘数据传输到控制相应作物的灌溉的灌溉系统，根据更新和经校准的热测绘来灌溉作物45。

根据田地尺寸和植物类型，可以使用任何数量的影像系统和/或水势检测器。

检测器可以被安装在植物茎中或者定位在地面上，用于进行温度和/或水势测量。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以做出许多改变和修改。因此，必须理解的是，所示出的实施方式仅出于示例的目的而被阐述，并且其不应被视为限制由以下发明及其各种实施方式和/或由所附权利要求限定的本发明。例如，尽管事实上，权利要求的要素在下文以某些组合进行阐述，但是必须明确地理解，本发明包括更少、更多或不同的要素的其它组合，即使在最初没有以这样的组合要求保护，这些组合也在上文中被公开。在要求保护的组合中组合两个要素的教导进一步被理解为也允许如下所述要求保护的组合：其中两个要素彼此不组合，而是可以单独使用或者以其它组合来组合。在本发明的范围内明确地预计到对本发明的所公开的任何要素的删除。

本说明书中使用的用于描述本发明及其各种实施方式的词语不仅要以其通常定义的含义来理解，而且要通过本说明书中的具体定义来包括超出通常定义的含义的范围的结构、材料或动作。因此，如果要素在本说明书的上下文中可以被理解为包括多于一个的含义，则其在权利要求中的使用必须被理解为对于由说明书和词语本身所支持的所有可能的含义是通用的。

因此，所附权利要求中的词语或要素的定义在本说明书中被定义为不仅包括字面上阐述的要素的组合，而且包括用于以基本上相同的方式进行基本上相同的功能的所有等同结构、材料或动作以获得基本上相同的结果。因此，在这个意义上，可以预计到，对于所附权利要求中的任何一个要素可以进行两个或更多个要素的等同替换，或者可以将单个要素替换为权利要求中的两个或更多个要素。尽管上文可以将要素描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是要明确地理解的是，来自所要求保护的组合的一个或更多个要素在一些情况下可以从该组合中被删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变化形式。

本领域普通技术人员现在知道或以后想出的所要求保护的主题的非实质性改变明确地被预计到等同地在权利要求的范围内。因此，本领域普通技术人员现在或以后知道的明显替换被定义为在所定义的要素的范围内。

因此，权利要求应被理解为包括上文具体示出和描述的、概念上等同的、可以明显替换的以及本质上包含本发明的基本思想的内容。

尽管已经对本发明进行了详细描述，但是不脱离本发明的教导的改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这样的改变和修改被认为在本发明和所附权利要求的范围内。

参考文献

1.N.J.莱格和D.J.康纳,"从茎的水势的现场测量结果得到的花楸(杏仁桉，桉属植物)的水力特性(Hydraulic Characteristics of Mountain Ash(Eucalyptus regnansF.Muell.)derived from in situ Measurements of Stem Water Potential)",澳大利亚杂志植物生理学,1985,12,第77-88页.

2.梅隆M.,齐普拉斯J.,奥尔洛夫V.,阿尔切拉蒂V.和科恩Y.,"通过热影像和人造参考表面用于特定地点的灌溉的作物水分胁迫测绘(Crop water stress mapping forsite-specific irrigation by thermal imagery and artificial referencesurfaces)",精准农业,2010年4月,第11卷,第2期,第148-162页.

Claims (28)

1.一种用于在植物茎中安装水势检测器的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供水势检测器，所述水势检测器包括隔室、至少一个选择性屏障和压力传感器，所述隔室中含有渗压剂；所述至少一个选择性屏障用于在植物组织和所述渗压剂之间进行流体的选择性转移；所述压力传感器被配置为用于感测所述隔室中的流体压力的变化，所述水势检测器被配置为用于通过由所述至少一个选择性屏障直接接触与植物茎的维管相邻的植物组织来测量水势；

b)在所述水势检测器输送至植物所在的地点的整个过程中和在所述水势检测器安装在植物茎中的整个过程中，保持所述水势检测器的所述至少一个选择性屏障湿润；

c)通过使用第一类型的钻头在植物茎中钻孔而穿过植物茎形成孔；

d)通过使用第二类型的钻头使所述孔的内壁平滑；

e)将所述水势检测器插入平滑的孔中，使得所述水势检测器的所述至少一个选择性屏障与植物的茎组织直接接触；

f)在整个安装过程中保持所述孔中的茎组织湿润；和

g)用流体传导材料填充所述水势检测器和茎组织之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在步骤(c)中形成所述孔之前去除皮的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，用于所述填充的所述流体传导材料是流体传导凝胶或填隙材料中的一种。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，以在植物茎的内部适合于植物类型和尺寸的深度钻孔，使得所述孔的最深边缘邻近植物维管。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在向所述孔中插入所述水势检测器之前或之后、向所述孔中插入生长物质的步骤。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括在密封所述孔之前使用紧固装置将所述水势检测器紧固至植物茎。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述紧固装置包括螺钉或螺栓。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一类型的钻头是具有中央凸部的螺旋钻头，所述第二类型的钻头具有平滑的边缘而没有凸部或轴。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法中的植物茎旨在包括具有允许钻穿的厚度和刚度水平的树茎或藤茎。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括将电子引线连接至所安装的水势检测器中的暴露节点，以与所述水势检测器通信并对所述水势检测器进行控制。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，用于填充所述孔中的所述间隙的所述流体传导材料包括弹性硅树脂填隙剂。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，为了保持所述至少一个选择性屏障和植物茎中的植物组织湿润，使用被配置为用于连续注水的至少一个注水设备。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述水势检测器包括微机电系统(MEMS)，所述微机电系统包括所述压力传感器、数据处理器和数据传输器。

14.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(g)中填充所述间隙之前或期间，向所述孔中插入生长物质。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一类型的钻头是具有中央凸部的螺旋钻头，所述第二类型的钻头具有平滑的边缘而没有凸部或轴。

16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在向所述孔中插入所述水势检测器之前或之后、向所述孔中插入植物激素的步骤。

17.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(g)中填充所述间隙之前或期间，向所述孔中插入植物激素。

18.一种使用热影像来评估作物的灌溉情况的系统，所述系统包括：

a)至少一个热影像系统，所述热影像系统被配置为用于对区域进行热测绘；

b)至少一个如权利要求1限定的水势检测器，所述水势检测器被配置为用于测量所述水势检测器被安装在其中的植物茎中的水势和传输指示其测量结果的数据，其中，所述水势检测器被设计成根据权利要求1所述的方法插入植物茎中；和

c)中央单元，所述中央单元被配置为用于接收指示所获取的作物温度图的热成像数据、接收来自所述至少一个水势检测器的数据、和处理所接收的数据，以使用来自所述至少一个水势检测器的参考数据校准来自所述热影像系统的数据来评估作物的灌溉情况。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个水势检测器中的每一个包括含有渗压剂的隔室和至少一个选择性屏障，以经由直接流体渗透作用测量所述水势检测器被安装在其中的植物茎中的水势，所述至少一个水势检测器被配置为用于经由至少一个通信链路与所述中央单元通信，以向所述中央单元传输指示所测量的水势的数据。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个水势检测器中的每一个还包括温度计并且被配置为用于将温度测量结果传输至所述中央单元。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述至少一个水势检测器进一步包括电池和被配置为用于与所述中央单元无线通信的通信单元。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述通信单元适于基于射频(RF)的通信。

23.根据权利要求18至19中任一项所述的系统，其中，所述至少一个水势检测器包括用于连接至与所述中央单元通信的通信单元的节点。

24.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述中央单元进一步被配置为用于根据所评估的作物的灌溉情况控制作物植物的灌溉。

25.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述中央单元进一步被配置为用于将指示所评估的作物的灌溉情况的数据传输至灌溉系统，以根据所评估的作物的灌溉情况来控制作物的灌溉。

26.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述至少一个水势检测器包括多个水势检测器，在不同的作物植物中，每个水势检测器被安装在适于优化与水势检测器的数量和作物区域的尺寸以及作物类型相关的测量结果的位置处。

27.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述中央单元是具有可操作的指定控制应用的计算机和通信设备，由此使用用于灌溉情况评估和校准的至少一种评估算法来实施数据处理。

28.根据权利要求18至20中任一项所述的系统，其中，所述热影像系统包括至少一个热成像摄像机。

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