CN113785759A - 一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质 - Google Patents

一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质，属于农业生产技术领域，包括：整地模块、监测模块、分析模块以及灌溉模块，通过在玉米中套种花生，不仅提高了土地资源的利用率，避免单独种植玉米造成土地资源浪费，还提高了光能的利用率，促使增产，管理方便，并可同时提高产量。并且，本发明具有水控精确度高、自动化程度完善、实时化监控及水资源利用率高的特点。

Description

一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质
技术领域
本发明涉及农业生产技术领域，更具体的说是涉及一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质。
背景技术
传统的灌溉方式通常采用水从地表面进入农田里，完成土壤的湿润，可以分为畦灌、沟灌、淹灌和漫灌，通常需要根据人工对灌溉的程度进行判断，形式较为粗糙，精确度不高，易造成水资源浪费。同时通常采用人工方式劳作，完成农作物的灌溉，导致灌溉成本较高，费时费力。目前，随着农业经济的进一步发展，采用现代化物联网技术实现农田节水灌溉施肥自动控制，已成为农业信息化管理的趋势。
但是，现在的农业操作软件一般都是收集农业生产的基础信息，而收集信息后的数据处理以及采取相对应的技术措施方案则需要人工后台处理，自动化程度较低，缺乏及时性和高效性，并且即使采用灌溉监控系统，在实际的应用中依然存在较多缺陷：如监测点通常局限在地表单一深度，没有进行多层位的监控，信息反馈准确率较低。
因此，提供一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质，具有水控精确度高、自动化程度完善、实时化监控及水资源利用率高的特点。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种作物间套作种植智能灌溉系统，基于玉米与花生间作套种，包括：
整地模块，用于将玉米和花生以一定的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测模块，与所述整地模块连接，用于根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析模块，与所述监测模块连接，用于根据土壤监测信息，分析玉米种植区域和花生种植区域情况，得到灌溉方案；
灌溉模块，与所述分析模块连接，用于根据灌溉方案对玉米和花生分别进行灌溉。
采用上述技术方案的有益效果为：通过在玉米中套种花生，不仅提高了土地资源的利用率，避免单独种植玉米造成土地资源浪费，还提高了光能的利用率，促使增产，管理方便，并可同时提高产量。
优选的，所述监测模块包括：第一作物冠层分析仪以及第二作物冠层分析仪，
其中，所述第一作物冠层分析仪，用于拍取玉米冠层光谱图并传至分析模块；
所述第二作物冠层分析仪，用于拍取花生冠层光谱图并传至分析模块。
优选的，所述分析模块包括：图像分析单元，与所述第一作物冠层分析仪以及所述第二作物冠层分析仪连接，用于根据玉米冠层光谱图以及花生冠层光谱图像，分别获得玉米和花生生长阶段、玉米和花生植株水分和养分含量信息，并根据玉米和花生不同的生长阶段、植株水分和养分含量信息得到玉米和花生需要灌溉量以及玉米和花生肥料的施肥量传至所述灌溉模块。
采用上述技术方案的有益效果为：通过图像分析单元对作物冠层光谱图进行分析，获得作物生长阶段、作物植株水分和养分含量信息，从而分析得到获取对应作物在该生长阶段的水分需求量和各类养分需求量，并根据获取的作物水分需求量、各类养分需求量、作物植株养分含量、作物水分含量和土壤含水量，选用检测作物预先设定的计算公式进行运算，得到推荐检测地区内需要灌溉量以及各种肥料的施肥量，考虑到了作物不同生长阶段对水分以及肥料的需求，从而对玉米或花生分别进行智能灌溉。
优选的，所述灌溉模块包括：第一灌溉单元以及第二灌溉单元；
其中，所述第一灌溉单元，与所述图像分析单元连接，用于根据玉米需要灌溉量以及玉米肥料的施肥量对玉米进行灌溉；
所述第二灌溉单元，与所述图像分析单元连接，用于根据花生需要灌溉量以及花生肥料的施肥量对花生进行灌溉。
优选的，所述灌溉模块还包括：第一磁化器以及第二磁化器；
其中，所述第一磁化器与所述第一灌溉单元连接，用于对玉米进行磁化水灌溉；
所述第二磁化器与所述第二灌溉单元连接，用于对花生进行磁化水灌溉。
采用上述技术方案的有益效果为：通过磁化器与灌溉无缝结合，不仅使其磁化水通过灌溉直接的接触到玉米或花生根部附近，而且还有效的促进玉米或花生对水分与养分的吸收程度，进一步提升农作物的产量与品质。
优选的，所述监测模块还包括：第一土壤水份测定仪以及第二土壤水份测定仪；
其中，所述第一土壤水份测定仪，用于检测玉米处土壤中的含水量并传至分析模块；
所述第二土壤水份测定仪，用于检测花生处土壤中的含水量并传至分析模块。
优选的，所述分析模块还包括：水份调控单元，与所述第一土壤水份测定仪、所述第二土壤水份测定仪第一灌溉单元以及第二灌溉单元连接；
其中，所述水份调控单元的运行包括以下步骤：
根据所述第一土壤水份测定仪和/或所述第二土壤水份测定仪的实时检测结果得到阶段内土壤含水量变化数据；
获取实际降水量信息以及径流损失量系数得到有效降水量数据，其公式为：
Pe＝P-R
式中，Pe为有效降水量，P为实际降水量，R为径流损失量系数；
根据阶段内土壤含水量变化数据、有效降水量信息以及图像分析单元计算得到的玉米和花生需要灌溉量计算得到蒸发蒸腾量，其公式为：
Pe-I-△W＝ET，
式中，I为图像分析单元计算得到的玉米和花生需要灌溉量总和，△W为阶段内土壤含水量变化数据，ET为蒸发蒸腾量；
根据蒸发蒸腾量判断土壤水份是否达到灌溉水下限；
如果高于灌溉水下限，则无需对灌溉进行调节；
如果低于灌溉水下限，则根据蒸发蒸腾量对玉米和花生需要灌溉量进行调节。
采用上述技术方案的有益效果为：在检测计算灌溉和施肥量时，通过水份调控单元，解决了现有技术中在计算灌溉量和施肥量时没有考虑实际水量及作物蒸发蒸腾量等因素的问题对灌溉量和施肥量进行有效调节，根据调节结果进行灌溉和施肥，保证了灌溉和施肥量的准确性，避免造成水源和肥料的浪费。
另一方面，本发明还提供了一种农田智能灌溉方法，基于玉米和花生间作套种，包括：
整地：将玉米和花生以一定的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测：根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析：分析玉米和花生的土壤监测信息，得到灌溉方案；
灌溉：根据灌溉方案对玉米和花生进行智能灌溉。
再一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的农田智能灌溉方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质，通过在玉米中套种花生，不仅提高了土地资源的利用率，避免单独种植玉米造成土地资源浪费，还提高了光能的利用率，促使增产，管理方便，并可同时提高产量。通过图像分析单元考虑到了作物不同生长阶段对水分以及肥料的需求，从而对玉米或花生分别进行智能灌溉。通过磁化器与灌溉无缝结合，不仅使其磁化水通过灌溉直接的接触到玉米或花生根部附近，而且还有效的促进玉米或花生对水分与养分的吸收程度，进一步提升农作物的产量与品质。在检测计算灌溉和施肥量时，通过水份调控单元保证了灌溉和施肥量的准确性，避免造成水源和肥料的浪费。
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的农田智能灌溉系统结构示意图。
在附图1中：
1-整地模块、2-监测模块、3-分析模块、4-灌溉模块；
21-第一作物冠层分析仪、22-第二作物冠层分析仪、23-第一土壤水份测定仪、24-第二土壤水份测定仪；
31-图像分析单元、32-水份调控单元；
41-第一灌溉单元、42-第二灌溉单元、43-第一磁化器、44-第二磁化器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
参见附图1所示，本发明实施例还公开了一种作物间套作种植智能灌溉系统，基于玉米与花生间作套种，包括：
整地模块1，用于将玉米和花生以1:2的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测模块2，与整地模块1连接，用于根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析模块3，与监测模块2连接，用于根据土壤监测信息，分析玉米种植区域和花生种植区域情况，得到灌溉方案；
灌溉模块4，与分析模块3连接，用于根据灌溉方案对玉米和花生分别进行灌溉。
采用上述技术方案的有益效果为：通过在玉米中套种花生，不仅提高了土地资源的利用率，避免单独种植玉米造成土地资源浪费，还提高了光能的利用率，促使增产，管理方便，并可同时提高产量。
在一个具体实施中，监测模块2包括：第一作物冠层分析仪21以及第二作物冠层分析仪22，
其中，第一作物冠层分析仪21，用于拍取玉米冠层光谱图并传至分析模块3；
第二作物冠层分析仪22，用于拍取花生冠层光谱图并传至分析模块3。
在一个具体实施中，监测模块2还包括：第一土壤水份测定仪23以及第二土壤水份测定仪24；
其中，第一土壤水份测定仪23，用于检测玉米处土壤中的含水量并传至分析模块3；
第二土壤水份测定仪24，用于检测花生处土壤中的含水量并传至分析模块3。
在一个具体实施中，分析模块3包括：图像分析单元31，与第一作物冠层分析仪21以及第一作物冠层分析仪21连接，用于根据玉米冠层光谱图以及花生冠层光谱图像，分别获得玉米和花生生长阶段、玉米和花生植株水分和养分含量信息，并根据玉米和花生不同的生长阶段、水分和养分含量信息得到玉米和花生需要灌溉量以及玉米和花生肥料的施肥量传至灌溉模块4。
具体的，图像分析单元31通过第一作物冠层分析仪21以及第二作物冠层分析仪22每隔一周对玉米和花生进行一次全面拍照扫描，图像数据自动上传至图像分析单元31，基于图像分析单元31内的图像特征识别程序分析图像灰度值、检测灰度不连续效果、设置灰度阈值、识别颜色发生异常，从而获得作物生长阶段、作物植株水分和养分含量信息，从而分析得到获取对应作物在该生长阶段的水分需求量和各类养分需求量，并根据获取的作物水分需求量、各类养分需求量、作物植株养分含量、作物水分含量和土壤含水量，选用检测作物预先设定的计算公式进行运算，得到推荐检测地区内需要灌溉量以及各种肥料的施肥量。
采用上述技术方案的有益效果为：考虑到了作物不同生长阶段对水分以及肥料的需求，从而对玉米或花生分别进行智能灌溉。
在一个具体实施中，分析模块3还包括：水份调控单元32，与第一土壤水份测定仪23、第二土壤水份测定仪24、第一灌溉单元41以及第二灌溉单元42连接；
其中，水份调控单元32的运行包括以下步骤：
根据第一土壤水份测定仪23和/或第二土壤水份测定仪24的实时检测结果得到阶段内土壤含水量变化数据；
获取实际降水量信息以及径流损失量系数得到有效降水量数据，其公式为：
Pe＝P-R
式中，Pe为有效降水量，P为实际降水量，R为径流损失量系数；
根据阶段内土壤含水量变化数据、有效降水量信息以及图像分析单元31计算得到的玉米和花生需要灌溉量计算得到蒸发蒸腾量，其公式为：
Pe-I-△W＝ET，
式中，I为图像分析单元31计算得到的玉米和花生需要灌溉量总和，△W为阶段内土壤含水量变化数据，ET为蒸发蒸腾量；
根据蒸发蒸腾量判断土壤水份是否达到灌溉水下限；
如果高于灌溉水下限，则无需对灌溉进行调节；
如果低于灌溉水下限，则根据蒸发蒸腾量对玉米和花生需要灌溉量进行调节。
采用上述技术方案的有益效果为：在检测计算灌溉和施肥量时，通过水份调控单元32，解决了现有技术中在计算灌溉量和施肥量时没有考虑实际水量及作物蒸发蒸腾量等因素的问题对灌溉量和施肥量进行有效调节，根据调节结果进行灌溉和施肥，保证了灌溉和施肥量的准确性，避免造成水源和肥料的浪费。
在一个具体实施中，灌溉模块4包括：第一灌溉单元41以及第二灌溉单元42；
其中，第一灌溉单元41，与图像分析单元31连接，用于根据玉米需要灌溉量以及玉米肥料的施肥量对玉米进行灌溉；
第二灌溉单元42，与图像分析单元31连接，用于根据花生需要灌溉量以及花生肥料的施肥量对花生进行灌溉。
在一个具体实施中，灌溉模块4还包括：第一磁水器磁化器以及第二磁化器44；
其中，第一磁化器43与第一灌溉单元41连接，用于对玉米进行磁化水灌溉；
第二磁化器44与第二灌溉单元42连接，用于对花生进行磁化水灌溉。
采用上述技术方案的有益效果为：通过磁化器与灌溉无缝结合，不仅使其磁化水通过灌溉直接的接触到玉米或花生根部附近，而且还有效的促进玉米或花生对水分与养分的吸收程度，进一步提升农作物的产量与品质。
本发明实施例还公开了一种农田智能灌溉方法，基于玉米和花生间作套种，其特征在于，包括：
整地：将玉米和花生以1:2的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测：根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析：分析玉米和花生的土壤监测信息，得到灌溉方案；
灌溉：根据灌溉方案对玉米和花生进行智能灌溉。
本发明实施例还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8的农田智能灌溉方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种作物间套作种植智能灌溉系统、方法及可存储介质，通过在玉米中套种花生，不仅提高了土地资源的利用率，避免单独种植玉米造成土地资源浪费，还提高了光能的利用率，促使增产，管理方便，并可同时提高产量。通过图像分析单元31考虑到了作物不同生长阶段对水分以及肥料的需求，从而对玉米或花生分别进行智能灌溉。通过磁化器与灌溉无缝结合，不仅使其磁化水通过灌溉直接的接触到玉米或花生根部附近，而且还有效的促进玉米或花生对水分与养分的吸收程度，进一步提升农作物的产量与品质。在检测计算灌溉和施肥量时，通过水份调控单元32保证了灌溉和施肥量的准确性，避免造成水源和肥料的浪费。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种作物间套作种植智能灌溉系统，基于玉米与花生间作套种，其特征在于，包括：
整地模块(1)，用于将玉米和花生以一定的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测模块(2)，与所述整地模块(1)连接，用于根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析模块(3)，与所述监测模块(2)连接，用于根据土壤监测信息，分析玉米种植区域和花生种植区域情况，得到灌溉方案；
灌溉模块(4)，与所述分析模块(3)连接，用于根据灌溉方案对玉米和花生分别进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述监测模块(2)包括：第一作物冠层分析仪(21)以及第二作物冠层分析仪(22)，
其中，所述第一作物冠层分析仪(21)，用于拍取玉米冠层光谱图并传至分析模块(3)；
所述第二作物冠层分析仪(22)，用于拍取花生冠层光谱图并传至分析模块(3)。
3.根据权利要求2所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述分析模块(3)包括：图像分析单元(31)，与所述第一作物冠层分析仪(21)以及所述第二作物冠层分析仪(22)连接，用于根据玉米冠层光谱图以及花生冠层光谱图像，分别获得玉米和花生生长阶段、玉米和花生植株水分和养分含量信息，并根据玉米和花生不同的生长阶段、水分和养分含量信息得到玉米和花生需要灌溉量以及玉米和花生肥料的施肥量传至所述灌溉模块(4)。
4.根据权利要求3所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述灌溉模块(4)包括：第一灌溉单元(41)以及第二灌溉单元(42)；
其中，所述第一灌溉单元(41)，与所述图像分析单元(31)连接，用于根据玉米需要灌溉量以及玉米肥料的施肥量对玉米进行灌溉；
所述第二灌溉单元(42)，与所述图像分析单元(31)连接，用于根据花生需要灌溉量以及花生肥料的施肥量对花生进行灌溉。
5.根据权利要求4所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述灌溉模块(4)还包括：第一磁化器(43)以及第二磁化器(44)；
其中，所述第一磁化器(43)与所述第一灌溉单元(41)连接，用于对玉米进行磁化水灌溉；
所述第二磁化器(44)与所述第二灌溉单元(42)连接，用于对花生进行磁化水灌溉。
6.根据权利要求1所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述监测模块(2)还包括：第一土壤水份测定仪(23)以及第二土壤水份测定仪(24)；
其中，设置所述第一土壤水份测定仪(23)，用于检测玉米处土壤中的含水量并传至分析模块(3)；
设置所述第二土壤水份测定仪(24)，用于检测花生处土壤中的含水量并传至分析模块(3)。
7.根据权利要求6所述的一种作物间套作种植智能灌溉系统，其特征在于，所述分析模块(3)还包括：水份调控单元(32)，与所述第一土壤水份测定仪(23)、所述第二土壤水份测定仪(24)、第一灌溉单元(41)以及第二灌溉单元(42)连接；
其中，所述水份调控单元(32)的运行包括以下步骤：
根据所述第一土壤水份测定仪(23)和/或所述第二土壤水份测定仪(24)的实时检测结果得到阶段内土壤含水量变化数据；
获取实际降水量信息以及径流损失量系数得到有效降水量数据，其公式为：
Pe＝P-R
式中，Pe为有效降水量，P为实际降水量，R为径流损失量系数；
根据阶段内土壤含水量变化数据、有效降水量信息以及图像分析单元(31)计算得到的玉米和花生需要灌溉量计算得到蒸发蒸腾量，其公式为：
Pe-I-△W＝ET
式中，I为图像分析单元(31)计算得到的玉米和花生需要灌溉量总和，△W为阶段内土壤含水量变化数据，ET为蒸发蒸腾量；
根据蒸发蒸腾量判断土壤水份是否达到灌溉水下限；
如果高于灌溉水下限，则无需对灌溉进行调节；
如果低于灌溉水下限，则根据蒸发蒸腾量对玉米和花生需要灌溉量进行调节。
8.一种农田智能灌溉方法，基于玉米和花生间作套种，其特征在于，包括：
整地：将玉米和花生以一定的植株种植比例进行整地，其中，花生为高垄双行、玉米为低垄单行间隔出现，得到整地信息；
监测：根据整地信息分别对玉米和花生的土壤进行监测；
分析：分析玉米和花生的土壤监测信息，得到灌溉方案；
灌溉：根据灌溉方案对玉米和花生进行智能灌溉。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的农田智能灌溉方法的步骤。
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