CN111557158A

CN111557158A - 智能灌溉控制方法及系统

Info

Publication number: CN111557158A
Application number: CN202010479999.8A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 邢方亮; 黄春华; 吕文斌; 陈俊; 郭泽斌; 徐奕蒙; 王天奕; 丘瑾炜; 林尤文
Original assignee: Pearl River Hydraulic Research Institute of PRWRC
Current assignee: Pearl River Hydraulic Research Institute of PRWRC
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-08-21

Abstract

本发明涉及灌溉的技术领域，公开了一种智能灌溉控制方法及系统，其中，该智能控制方法包括以下步骤：S1，对作物的农情信息的进行采集；S2，调出作物生长需求的数据信息；S3，对所述农情信息和所述数据信息进行分析，诊断出作物的需水、需肥信息；S4，根据作物的需水、需肥信息，控制灌溉系统进行灌溉。本发明技术方案给出的智能灌溉控制方法，能够实现水肥的自动化灌溉。

Description

智能灌溉控制方法及系统

技术领域

本发明专利涉及灌溉的技术领域，具体而言，涉及一种智能灌溉控制方法及系统。

背景技术

为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。

目前，通过人为灌溉时，一般是定时进行灌溉，以弥补作物水肥需求，而为了更优的培育作物，有经验的人则会根据作物的生长情况，来选择性的对作物进行灌溉。

显而意见的，上述这种通过人为进行灌溉的方式，耗费人力，且对于培育更优良的作物来说，条件苛刻，不能满足绝大部分的农业灌溉需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能灌溉控制方法，旨在解决现有技术中，通过人为灌溉的方式，耗费人力的问题。

本发明是这样实现的，一种智能灌溉控制方法，包括以下步骤：

S1，对作物的农情信息的进行采集；

S2，调出作物生长需求的数据信息；

S3，对所述农情信息和所述数据信息进行分析，诊断出作物的需水、需肥信息；

S4，根据作物的需水、需肥信息，控制灌溉系统进行灌溉。

可选的，所述农情信息包括作物信息、土壤信息、气象信息以及环境信息。

可选的，在步骤S2中，将数据库系统与互联网连接，并将农业信息添加到数据库系统内，对所述数据信息进行更新。

可选的，在步骤S3中：

将土地划分为多个区块；

将每一所述区块的农情信息和所述数据信息进行分析；

诊断出每一所述区块的作物的需水、需肥信息。

可选的，所述诊断每一区块的作物需水信息的公式如下：

ET_m＝K_c·ET₀

式中，K_c为作物系数，不同作物可以根椐其发育阶段从作物系数知识库中选取；ET₀为参考作物蒸散量，单位(mm/d)。其中，

ET₀＝[0.408△(Rn-G)+γ*900/(T+273)U2VPD]/[△+γ(1+0.34U2)]

式中，Rn为作物表面净辐射，单位(MJ·m^-2·d^-1)；G为土壤热通量，单位(MJ·m^-2·d^-1)；T为2m高度处平均气温，单位(℃)；U2为2m高度处24h平均风速，单位(m/s)；VPD为2m高度处汽压差，单位(kPa)；△为饱和水汽压斜率，单位(kPa/℃)；γ为干湿球常数，单位(kPa/℃)。

可选的，所述农情信息还包括作物的养分信息，所述数据信息还包括作物的养分需求信息，所述诊断每一区块的作物需肥信息包括以下步骤：

调出知识库内的已获取的关于养分信息、养分需求信息以及需肥量的专家决策；

根据所述专家决策、养分信息以及养分需求信息，确定每一区块的作物需肥信息。

可选的，所述步骤S4包括：

根据不同区块的灌溉方式和需水、需肥信息，确定灌溉的时间和流量；

按所确定的所述时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉。

可选的，所述按所确定的时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉的步骤包括：

按所确定的时间和流量控制节能阀，按所确定的时间持续打开所述节能阀，并根据所确定的流量调节所述节能阀；

使所述灌溉系统喷洒出定量的水肥，实现水肥灌溉。

可选的，所述灌溉方式包括滴灌、喷灌以及地面灌。

本发明还给出了一种智能灌溉控制系统，该智能灌溉控制系统按所述智能灌溉控制方法运行，包括：

采集系统，对作物的农情信息的进行采集；

数据库系统，调出作物生长需求的数据信息；

决策系统，对所述农情信息和所述数据信息进行分析，诊断出作物的需水、需肥信息；

控制系统，根据作物的需水、需肥信息，控制灌溉系统进行灌溉。

与现有技术相比，本发明提供的智能灌溉控制方法，通过对作物的农情信息进行采集，然后和作物的生长需求的数据信息进行比对，进而得出作物所需的水、肥信息，随后根据需水、需肥信息进行灌溉，使作物达到相应的生长需求，以使作物健康生长，该自动化的灌溉方法，无需人工浇灌，且浇灌准确，能够刚好达到作物的生长需求，相较于人工浇灌而言，更易培育出健康、优良的作物，且极大的减省了人力。解决了现有技术中，通过人为灌溉的方式，耗费人力的问题。

附图说明

图1是本发明提供的智能灌溉控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明实施例中，该智能灌溉控制方法，包括以下步骤：

S1，对作物的农情信息的进行采集；由于作物的需水、需肥信息与作物周围和作物本身的农情信息密切相关，因此为了准确获取其需水、需肥信息需要全面的了解农情信息。

S2，调出作物生长需求的数据信息；该数据信息储存于数据库系统内，包含作物各个生长阶段的最为适宜的作物周围和作物本身的信息，这些信息是通过以往的专家经验所得出的。

S3，对农情信息和数据信息进行分析，诊断出作物的需水、需肥信息；即将农情信息和数据信息作物比对，进而可得出其需水、需肥信息。

S4，根据作物的需水、需肥信息，控制灌溉系统进行灌溉。在得出作物的需水、需肥信息以后，即进行灌溉，使作物达到相应的生长需求。

这样，通过对作物的农情信息进行采集，然后和作物的生长需求的数据信息进行比对，进而得出作物所需的水、肥信息，随后根据需水、需肥信息进行灌溉，使作物达到相应的生长需求，以使作物健康生长，该自动化的灌溉方法，无需人工浇灌，且浇灌准确，能够刚好达到作物的生长需求，相较于人工浇灌而言，更易培育出健康、优良的作物，且极大的减省了人力。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，上述农情信息包括作物信息、土壤信息、气象信息以及环境信息。

此处的作物信息为作物的品种、生长阶段，土壤信息则包括土壤的PH值、土壤所含养分，气象信息则包括采集时段的天气状况，环境信息则为作物周边的空气湿度、空气氧浓度，当然，此处仅例举部分，根据需要还可增加其他需要采集的信息。

请结合参阅图1，在步骤S2中，将数据库系统与互联网连接，并将农业信息添加到数据库系统内，对数据信息进行更新。

这样，可以及时对数据库系统内的数据进行更新，以实现对新品种作物进行自动化灌溉，或对已有的数据信息进行优化，以提高所培育作物的品质。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，在步骤S3中：

将土地划分为多个区块；

将每一区块的农情信息和数据信息进行分析；

诊断出每一区块的作物的需水、需肥信息。

即由于土地面积较广，存在不同区块的农情信息相差较大的情况，因此需要对每一区块分开采集，分别诊断，以得到每一区块的需水、需肥信息。

本实施例中，该区块按矩形形状进行划分，具体的，可按正方形形状布置，这样，区块形状规则，便于后续的水、肥浇灌。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，诊断每一区块的作物需水信息的公式如下：

ET_m＝K_c·ET₀

ET₀＝[0.408△(Rn-G)+γ*900/(T+273)U2VPD]/[△+γ(1+0.34U2)]

本实施例中，通过上述公式得出作物的需水量，上述公式中数值可以通过所采集的农情信息中得到，当然，在其他实施例中，还可通过农情信息与数据信息各数据的比对，进而得到其需水量。

另外，农情信息还包括作物的养分信息，数据信息还包括作物的养分需求信息，诊断每一区块的作物需肥信息包括以下步骤：

根据专家决策、养分信息以及养分需求信息，确定每一区块的作物需肥信息。

即已获取的关于养分信息、养分需求信息以及需肥量的专家决策，是以往通过经验获取的数据，为一三元函数，即，养分需求信息-养分信息＝k需肥量，通过得出其常数k，再结合目前获取的养分信息和养分需求信息，即可得出每一区块的需肥信息。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，为实现水、肥的精量灌溉，可按如下方法实现控制：

结合灰色预测控制方法、模糊逻辑控制方法以及PID控制方法；

针对不同的灌溉方式和控制对象，开发系列化自动灌溉控制系统；

通过系列化自动灌溉控制系统针对不同地块、不同作物采用的不同灌溉方式，实现水、肥的精量控制灌溉。

通过针对不同地块、不同作物所采用的不同灌溉方式，采用特定自动灌溉控制系统，可以满足不同场合下的控制需求，实现水、肥的精量控制灌溉，保证作物的优良生长。

其中，在普通PID控制器基础上添加灰色预测控制和模糊逻辑控制功能，并在灰色预测控制器的输出端，即预测误差处引入一个自适应调节因子x，组成新的自调节灰色预测模糊PID控制器。

即，将三种方法统一进行结合，引入的自适应调节因子x可以在灰色预测GM模型的预测精度不高时减小预测误差值在控制器中的权重(比例)，而当灰色预测GM模型的预测精度较高时增加预测误差值在控制器中的权重(比例)，以减小预测带来的误差对系统的影响，提高控制的精确性。

另外，请结合参阅图1，步骤S4包括：

按所确定的时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉。

由于不同的灌溉方式其喷出的时间不同，因此需要根据不同的灌溉方式分别确定所灌溉的时间和流量，以进行精准的水肥灌溉。

此外，按所确定的时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉的步骤包括：

按所确定的时间和流量控制节能阀，按所确定的时间持续打开节能阀，并根据所确定的流量调节节能阀；

使灌溉系统喷洒出定量的水肥，实现水肥灌溉。

本实施例中，节能阀可以为电磁阀、变频电机、电动闸门，不同的节能阀其打开方式不同，因此需要进行区别控制，以实现灌溉。

可选的，灌溉方式包括滴灌、喷灌以及地面灌。

滴灌，即利用塑料管道将水通过孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，这种方式水利用率高，且针对区块话的土地，能够保证各个位置均匀灌溉；喷灌，即借助水泵和管道系统或利用自然水源的落差，把具有一定压力的水喷到空中，散成小水滴或形成弥雾降落到植物上和地面上的灌溉方式，这种方式不受地形限制；地面灌，利用地面灌水沟、畦或格田进行灌溉的方法，这种灌溉方式能够更加配合划分为区块的土地。

本发明实施例中，在对作物的农情信息件采集时，包括以下步骤：

对作物进行监测，得到农情信息；

将农情信息传输至采集器中

将农情信息整理并打包；

采集器通过有线或无线的方式将农情信息传输至服务器。

此处所说的对作物进行监测，包括对作物本身进行监测，同时也有对作物周边环境的监测，通过得到全面的农情信息，以便于了解作物的生长状况。服务器为本地服务器，且服务器连接于网络。服务器内具有数据库系统，数据库系统包含作物各个生长阶段的最为适宜的作物周围和作物本身的信息，这些信息是通过以往的专家经验所得出的，通过将农情信息和数据信息作物比对，进而可得出其需水、需肥信息。将该服务器连接于网络，这样，可以及时对数据库系统内的数据进行更新，以实现对新品种作物进行自动化灌溉，或对已有的数据信息进行优化，以提高所培育作物的品质。

本实施例中，将对作物监测得到的农情信息集中传输至采集器内，然后通过采集器整理并打包，集中传输至服务器内，所监测得到的农情信息规整统一，便于后续针对作物的农情信息的状况，诊断分析出水、肥的灌溉量。

本发明一实施例中，将农情信息整理并打包：

划分多个时间节点，并记录每一时间节点的农情信息；

将多个时间节点记录的农情信息取平均值作为农情信息；

将农情信息整理并打包。

为了避免偶然情况导致所测得的农情信息不准确，本实施例中，取多个时间节点农情信息的平均值，进一步的，在具体计算时，可去除一个最大值和一个最小值，位于最大值和最小值之间的取平均值，更加保证了所监测得到的农情信息准确无误，以使后续所诊断分析得出的水、肥量更为精确。

进一步的，上述所划分的多个时间节点之间的间隔较短，本实施例中，时间间隔为10s，在一分钟之内划分为7个时间节点，以避免时间间隔过长导致的农情信息差异较大的情况。

此外，本实施例中，设定为在特定时间进行农情信息的采集和传输，即可预设为每天早上7点，这样，以使其自动化的进行农情信息的采集，并诊断分析出需水、需肥量，实现自动化的水、肥灌溉。

本发明一实施例中，采集器通过有线或无线的方式将农情信息传输至服务器的步骤之后：

服务器接收农情信息并生成反馈信息；

服务器将反馈信息发送至采集器内。

即服务器和采集器是通过有线或无线双向传输的，这样，以保证二者数据传输的准确性。

具体的，服务器将反馈信息发送至采集器内的步骤包括：

当采集器在预设时间内未接收到反馈信息时，执行对作物进行监测，得到农情信息。

当采集器在预设时间内接收到反馈信息时，采集器退出流程。

这样，该预设时间考虑到信息传输过程中的延迟以及速度过慢的情况。采集器未在预设时间内接收到反馈信息，可能出现农情信息的传输丢失，因此，为了保证服务器接收到农情信息，需再次进行农情信息的采集和传输，以保证后续的水肥灌溉。

请结合参阅图1，本发明还给出了一种智能灌溉控制系统，该智能灌溉控制系统按上述智能灌溉控制方法运行，包括：

采集系统，对作物的农情信息的进行采集；

数据库系统，调出作物生长需求的数据信息；

决策系统，对农情信息和数据信息进行分析，诊断出作物的需水、需肥信息；

采集系统包括多种监测器和采集器，多种监测器用于采集农情信息，并将农情信息传输到采集器内，采集器和数据库系统之间通过有线或无线实现连接，采集器即可将农情信息传输至数据库系统内，然后通过决策系统进行水肥信息的计算，最后通过控制系统对作物进行灌溉，实现水肥的自动灌溉。

本实施例中，该控制系统，包括：

主管道，主管道的一端连接于水泵，主管道的另一端连接于排水区，主管道上设有第一阀门和第二阀门，第一阀门设于主管道靠近于水泵的一端，第二阀门设于主管道靠近于排水区的一端；

支管道，支管道的数量为多个，支管道的一端连接于主管道，支管道的另一端连接于农地；支管道上设有第三阀门；

当需要进行灌溉时，第二阀门关闭，第一阀门打开，然后第三阀门打开，实现灌溉；当停止灌溉时，第三阀门关闭，然后第一阀门关闭；当第三阀门关闭，第一阀门和第二阀门打开时，实现对主管道的清理。

另外，主管道上还设有第一压力表，当第一压力表超过预设压力时，第二阀门打开。支管道设有第二压力表，当第二压力表达到预设压力时，第三阀门打开。

本实施例中，该控制系统还包括有控制机箱，控制机箱与第一阀门、第二阀门以及第三阀门电性连接，控制机箱内具有射频卡控制器，通过射频卡控制器对第一阀门、第二阀门以及第三阀门实现人工控制。

通过射频IC卡可解锁射频卡控制器，通过控制第一阀门、第二阀门以及第三阀门的开启程度和开启时间，进而可通过人工实现水、肥灌溉。并且，通过该射频卡控制器还可查询需水、需肥等统计信息。

并且，采集器内设有电源，电源为蓄电池。通过采集器内的电源，实现为采集器以及各种检测器实现供电，根据需要，该电源可连接于市电，当然，由于本实施例所给出的电源为蓄电池，其可以放置于任意位置，便于移动。

另外，采集器的顶部设有光伏板，光伏板与蓄电池电性连接。这样，通过该光伏板可实现对采集器内电源的充电，保证采集器在户外的长久使用。

监测器包括电导率测定仪、光纤PH计以及植物营养采集系统。

通过电导率测定仪可测得的农情信息为土地的电导率，光纤PH计则用于测得的农情信息为土地的PH值，而植物营养采集系统则用于测得的农情信息为作物本身的养分信息。

当然，本实施例所各层的监测器的种类并不限于上述几种，即通过湿度计可测得空气的湿度，通过氧浓度计可测的作物周边的含氧量，另外，上述所述的天气信息可通过服务器与网络的连接，直接得出，以便得出后续的需水、需肥信息。

在一实施例中，该监测器还包括有摄像头，摄像头用于对农地进行拍照，通过采集器将该照片传输至服务器内，服务器通过检索对比，进而得出作物的种类，这样，服务器则可根据作物的种类进行相应的需水、需肥诊断。当然，还可人为主动在服务器内输入所需诊断的作物种类。

并且，根据需要，通过服务器可选择对应的监测器进行相应的监测，这样，可减少不必要的农业信息的采集。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种智能灌溉控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对作物的农情信息的进行采集；

S2，调出作物生长需求的数据信息；

S4，根据作物的需水、需肥信息，控制灌溉系统进行灌溉。

2.如权利要求1所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述农情信息包括作物信息、土壤信息、气象信息以及环境信息。

3.如权利要求1所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，在步骤S2中，将数据库系统与互联网连接，并将农业信息添加到数据库系统内，对所述数据信息进行更新。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，在步骤S3中：

将土地划分为多个区块；

将每一所述区块的农情信息和所述数据信息进行分析；

诊断出每一所述区块的作物的需水、需肥信息。

5.如权利要求4所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述诊断每一区块的作物需水信息的公式如下：

ET_m＝K_c·ET₀

ET₀＝[0.408△(Rn-G)+γ*900/(T+273)U2VPD]/[△+γ(1+0.34U2)]

6.如权利要求4所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述农情信息还包括作物的养分信息，所述数据信息还包括作物的养分需求信息，所述诊断每一区块的作物需肥信息包括以下步骤：

7.如权利要求4所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

按所确定的所述时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉。

8.如权利要求7所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述按所确定的时间和流量控制灌溉系统，进行水肥灌溉的步骤包括：

使所述灌溉系统喷洒出定量的水肥，实现水肥灌溉。

9.如权利要求7所述的一种智能灌溉控制方法，其特征在于，所述灌溉方式包括滴灌、喷灌以及地面灌。

10.一种智能灌溉控制系统，包括如权利要求1至9任意一项所述的智能灌溉控制方法，其特征在于，包括：

采集系统，对作物的农情信息的进行采集；

数据库系统，调出作物生长需求的数据信息；