CN113615545A - 一种提供水田作物精准灌溉的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种提供水田作物精准灌溉的装置及方法，该提供水田作物精准灌溉的装置，包括管体，多个土壤水分传感器，地表水位传感器，土壤温度传感器及控制器；多个土壤水分传感器设置于管体上，且多个土壤水分传感器沿管体的轴线方向均布，土壤水分传感器用于测量水田内土壤的水分；地表水位传感器设置于管体上，用于测量水田内的水位；土壤温度传感器设置于管体上，用于测量水田内土壤的温度；控制器根据土壤温度传感器、地表水位传感器和土壤水分传感器控制灌溉喷头的电磁阀开启或关闭。本申请中，通过监测田间土壤水分含量和地表水位情况，了解水田实时的有效储水量，可以通过开启或关闭喷头实现精准的灌溉。
Description
技术领域
本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种提供水田作物精准灌溉的装置及方法。
背景技术
粮食生产与经济发展、社会稳定、国际民生息息相关，熟话说“收多收少在于肥，有收无收在于水”，水是生产粮食的主要因素之一。农业用水量约占我国总用水量的60％，但农业用水的效率低下，灌溉水的有效利用系数仅为0.45左右，远低于发达国家水平。然而近些年水田规模、面积还在不断扩大，对水资源的需求量越来越大，地下水位有逐年下降的趋势，使得水资源供需矛盾不断加剧。所以精准灌溉、节水灌溉可以有效缓解水资源供需矛盾，解决农业用水危机。另外从经济效益来说，合理的灌溉技术也可以提高水田作物的产量。
现阶段，国内的水田作物灌溉用水决策，大多还是凭经验、靠人工完成，由于水田灌溉决策是一项复杂的任务，它受作物的特性、土壤类型以及气候等多种因素的影响，人工经验法存在的主要问题为：(一)需要消耗大量人力，并且效率低，工作差错率高，(二)需要决策者具有丰富的经验和农作知识，决策主观性强等问题。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题之一是：现有的水田灌溉无法实现精准灌溉的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提供水田作物精准灌溉的装置，包括：管体，
多个土壤水分传感器，多个所述土壤水分传感器设置于所述管体上，且多个土壤水分传感器沿所述管体的轴线方向均布，所述土壤水分传感器用于测量水田内土壤的水分；
地表水位传感器，所述地表水位传感器设置于所述管体上，用于测量水田内的水位；
土壤温度传感器，所述土壤温度传感器设置于所述管体上，用于测量水田内土壤的温度；
控制器，所述控制器根据所述土壤温度传感器、所述地表水位传感器和所述土壤水分传感器控制灌溉喷头的电磁阀开启或关闭。
根据本发明的一个实施例，所述管体包括插入段和暴露段，所述插入段插入水田的地表面内，所述暴露段位于水田的地表面外，所述地表水位传感器设置于所述暴露段上，所述土壤温度传感器和所述土壤水分传感器设置于所述插入段内。
根据本发明的一个实施例，所述插入段上设置有多个刻度线，多个所述刻度线沿所述管体的轴线方向均布。
根据本发明的一个实施例，所述提供水田作物精准灌溉的装置还包括地表温度传感器，所述地表温度传感器设置于所述管体上，所述地表温度传感器用于测量水田的地表温度。
根据本发明的一个实施例，所述管体的一端设置有管堵，所述管堵的底部呈锥形。
本发明还提供了一种提供水田作物精准灌溉的方法，应用如上所述提供水田作物精准灌溉的装置：其特征在于，所述提供水田作物精准灌溉的方法包括以下步骤：
获取水田的地表的当前地表水位和水田的土壤内的当前土壤水分、当前土壤温度和降雨量预测信息；
根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量；
根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息包括：
获取日耗水量；
根据所述当前水田储水量与预设灌溉天数内的多个所述日耗水量的差值获得灌溉量；
根据所述灌溉量获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述日耗水量和所述当前水田储水量获得灌溉量包括：
根据所述日耗水量和预设灌溉天数的乘积获得总耗水量；
根据所述总耗水量与所述当前水田储水量的差值获得所述灌溉量。
根据本发明的一个实施例，所述获取日耗水量的具体步骤为：
ETc＝rK*ET
其中，ETc为所述日耗水量，rK为当前作物的系数，ET为当前作物的蒸发蒸腾量。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量的具体步骤为：
获取作物主要耗水根系所在土壤的持水含水量和作物胁迫时的胁迫含水量；
根据所述持水含水量大于所述胁迫含水量时，两者差值为所述当前水田储水量。
本发明的有益效果：本申请提供的提供水田作物精准灌溉的装置中，设置多个土壤水分传感器，多个所述土壤水分传感器能够检测不同层土壤的水分，通过监测田间土壤水分含量和地表水位情况，了解水田实时的有效储水量，可以通过开启或关闭喷头实现精准的灌溉。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变的明显和容易理解，其中：
图1是本申请提供的提供水田作物精准灌溉的装置的结构图；
图2是本申请提供的提供水田作物精准灌溉的方法的流程图。
附图标记如：
1、刻度，2、插入段，3、地表水位传感器，4、地表温度传感器，5、管堵，6、暴露段。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种水田作物精准灌溉的装置，包括：管体，多个土壤水分传感器，地表水位传感器3，土壤温度传感器及控制器；多个所述土壤水分传感器设置于所述管体上，且多个土壤水分传感器沿所述管体的轴线方向均布，所述土壤水分传感器用于测量水田内土壤的水分；所述地表水位传感器3设置于所述管体上，用于测量水田内的水位；所述土壤温度传感器设置于所述管体上，用于测量水田内土壤的温度；所述控制器根据所述土壤温度传感器、所述地表水位传感器3和所述土壤水分传感器控制灌溉喷头的电磁阀开启或关闭。电磁阀开启能够灌溉。
具体地，水分土壤传感器产生电磁波，水分土壤传感器的芯片通过反馈的信号可以核定土壤水分的含量。
根据本发明的一个实施例，所述管体包括插入段2和暴露段6，所述插入段2插入水田的地表面内，所述暴露段6位于水田的地表面外，所述地表水位传感器3设置于所述暴露段6上，所述土壤温度传感器和所述土壤水分传感器设置于所述插入段2内。
具体地，地表水位传感器3能够测量水田内水的水位。
根据本发明的一个实施例，所述插入段2上设置有多个刻度1线，多个所述刻度1线沿所述管体的轴线方向均布。
具体地，插入段2外设置有多个刻度1线，便于使用者观察插入的深度，水分传感器设置于插入段2内。
根据本发明的一个实施例，所述提供水田作物精准灌溉的装置还包括地表温度传感器4，所述地表温度传感器4设置于所述管体上，所述地表温度传感器4用于测量水田的地表温度。
具体地，测量地表温度测量地表的温度用于判断作物的蒸发蒸腾量，根据温度和数据库可以获得作物的蒸发蒸腾量。
根据本发明的一个实施例，所述管体的一端设置有管堵5，所述管堵5的底部呈锥形。设置锥形的管堵5便于管体插入土壤内。
如图2所示，本发明还提供了一种提供水田作物精准灌溉的方法，应用如上所述提供水田作物精准灌溉的装置：其特征在于，所述提供水田作物精准灌溉的方法包括以下步骤：
S1、获取水田的地表的当前地表水位和水田的土壤内的当前土壤水分、当前土壤温度和降雨量预测信息；
S2、根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量；
S3、根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息包括：
获取日耗水量；
根据所述当前水田储水量与预设灌溉天数内的多个所述日耗水量的差值获得灌溉量；
根据所述灌溉量获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述日耗水量和所述当前水田储水量获得灌溉量包括：
根据所述日耗水量和预设灌溉天数的乘积获得总耗水量；
根据所述总耗水量与所述当前水田储水量的差值获得所述灌溉量。
根据本发明的一个实施例，所述获取日耗水量的具体步骤为：
ETc＝rK*ET
其中，ETc为所述日耗水量，rK为当前作物的系数，ET为当前作物的蒸发蒸腾量。
具体地，土壤水田的水分是动态变化的，通过灌溉或是降雨的方式能够增加水田的储水量，而每日的蒸发蒸腾、作物根系吸收、土壤水分下渗等物理或是生理过程会导致水田的储水量增加。在没有降雨、灌溉和地下水补充的条件下，作物根系以上的土壤水分或地表水分的减少主要由作物蒸发蒸腾导致，通常可以认为根系以上的土壤水分变化量等于作物的日耗水量ETc。
具体地，作物的参考蒸发蒸腾量ET可以利用预报的降水量和彭曼公式计算后保存到数据库内。相当于一种参考作物，例如水稻，在土壤理想湿度和地表含水量下由气象因子引起的耗水动态变化这里的耗水量中既含有作物叶面“蒸腾”消耗的水分，也有同一时间同一地点发生的地表“蒸发”的水分，这两部分一并计入耗水量，作为作物的参考蒸发蒸腾量。基于作物的参考蒸发蒸腾量ET和作物日耗水量ETc，我们可以获取水田作物在生长过程中的需水情况，即作物的真实作物系数rK。
需要说明的是，作物系数是特指某一指定的作物，针对不同的作物以及不同的生长环境其对应不同的作物系数。并且，根据指定作物的生育期个点，作物系数变化曲线往往可以用三个作物系数值定义的四段曲线模拟出来。作物在生长过程中初始生长维持一段的稳定的时间，在未产生根系，或是根系较少时，对水分的需求并不显著。随着作物生长阶段的变化，对水分的需求增加，会作物系数会逐渐增加直至作物生长旺盛达到最大值，然后在生长周期的后期逐渐减小。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量的具体步骤为：
获取作物主要耗水根系所在土壤的持水含水量和作物胁迫时的胁迫含水量；
根据所述持水含水量大于所述胁迫含水量时，两者差值为所述当前水田储水量。
具体地，通过土壤水分传感器的动态监测，找出农作物根系从土壤中吸收水分逐渐减少直到很难再从土壤中吸收水分时含水量此时为胁迫含水量。
本申请提供的提供水田作物精准灌溉的装置使用时，管式一体化并集成了多深度土壤水分和地表水位监测的传感器，更适用于水田作物的田间水分监测。同时监测地表水位和多深度土壤含水率，深度解读田间的增发蒸腾作用，更为精准的计算真实的田间日耗水量，并根据作物的实际耗水需求，提供精准的灌溉决策指导，从而提高水资源的利用效率，降低灌溉成本和种植成本。
本申请提供的提供水田作物精准灌溉的方法中，在实际水田种植期间，通过设备监测田间土壤水分含量和地表水位情况，了解水田实时的有效储水量，并通过计算日耗水量情况，以临近前一期测量到的真实作物系数作为下一次作物耗水量预测值的计算依据，结合未来的降雨量预测信息，就可以精准了解作物未来的实际耗水需求，从而提供精准的灌溉决策。
综上，本申请提供的提供水田作物精准灌溉的装置中，设置多个土壤水分传感器，多个所述土壤水分传感器能够检测不同层土壤的水分，通过监测田间土壤水分含量和地表水位情况，了解水田实时的有效储水量，可以通过开启或关闭喷头实现精准的灌溉。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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 (10)
1.一种提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于，包括：
管体，
多个土壤水分传感器，多个所述土壤水分传感器设置于所述管体上，且多个土壤水分传感器沿所述管体的轴线方向均布，所述土壤水分传感器用于测量水田内土壤的水分；
地表水位传感器，所述地表水位传感器设置于所述管体上，用于测量水田内的水位；
土壤温度传感器，所述土壤温度传感器设置于所述管体上，用于测量水田内土壤的温度；
控制器，所述控制器根据所述土壤温度传感器、所述地表水位传感器和所述土壤水分传感器控制灌溉喷头的电磁阀开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于：所述管体包括插入段和暴露段，所述插入段插入水田的地表面内，所述暴露段位于水田的地表面外，所述地表水位传感器设置于所述暴露段上，所述土壤温度传感器和所述土壤水分传感器设置于所述插入段内。
3.根据权利要求2所述的提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于：所述插入段上设置有多个刻度线，多个所述刻度线沿所述管体的轴线方向均布。
4.根据权利要求1所述的提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于：所述提供水田作物精准灌溉的装置还包括地表温度传感器，所述地表温度传感器设置于所述管体上，所述地表温度传感器用于测量水田的地表温度。
5.根据权利要求1所述的提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于：所述管体的一端设置有管堵，所述管堵的底部呈锥形。
6.一种提供水田作物精准灌溉的方法，应用如权利要求1所述的提供水田作物精准灌溉的装置：其特征在于，所述提供水田作物精准灌溉的方法包括以下步骤：
获取水田的地表的当前地表水位和水田的土壤内的当前土壤水分、当前土壤温度和降雨量预测信息；
根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量；
根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
7.根据权利要求6所述的提供水田作物精准灌溉的方法，其特征在于：所述根据所述当前水田储水量、所述当前地表水位和所述降雨量预测信息获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息包括：
获取日耗水量；
根据所述当前水田储水量与预设灌溉天数内的多个所述日耗水量的差值获得灌溉量；
根据所述灌溉量获得所述电磁阀的开启信息或关闭信息。
8.根据权利要求7所述的提供水田作物精准灌溉的方法，其特征在于：所述根据所述日耗水量和所述当前水田储水量获得灌溉量包括：
根据所述日耗水量和预设灌溉天数的乘积获得总耗水量；
根据所述总耗水量与所述当前水田储水量的差值获得所述灌溉量。
9.根据权利要求7所述的提供水田作物精准灌溉的装置，其特征在于：所述获取日耗水量的具体步骤为：
ETc＝rK*ET
其中，ETc为所述日耗水量，rK为当前作物的系数，ET为当前作物的蒸发蒸腾量。
10.根据权利要求6所述的提供水田作物精准灌溉的方法，其特征在于：所述根据所述当前土壤水分获得水田的当前水田储水量的具体步骤为：
获取作物主要耗水根系所在土壤的持水含水量和作物胁迫时的胁迫含水量；
根据所述持水含水量大于所述胁迫含水量时，两者差值为所述当前水田储水量。
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