CN114365682B - 一种设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备，所述方法包括：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；基于天气信息，获取设施的室内环境信息；根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，确定设施内土层在预设时长内的土壤含水量信息；根据土壤含水量信息，生成对设施内作物进行灌溉的灌溉策略。本发明通过设施外的天气信息模拟计算设施内的室内环境信息，根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，获取了在预设时长内的设施内土层的土壤含水量信息，并对土壤水分状况进行适宜性分析和合理性判断，制定了合适的灌溉策略，在保证了土壤水分预测精度的前提下，操作便捷、成本较低。

Description

一种设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备。

背景技术

在设施栽培条件下，土壤水分是植物生长过程中吸收水分的主要来源，通过科学灌溉等措施维持一个适宜的土壤水分条件是确保作物健康生长的关键所在，而获取土壤水分信息也是建立科学合理灌溉制度的前提条件。因此，如何监测设施栽培作物生长过程中土壤水分变化情况显得尤为重要，这对构建精准灌溉策略及蔬菜绿色优质高效生产也具有重要意义。

利用土壤水分等传感器技术监测土壤含水量是获取土壤水分信息的重要方法，但在设施栽培条件下，由于栽培空间有限，布设土壤水分等传感器不仅影响生产，且布设点位太少缺乏代表性，布设太多又增大测试成本；利用土钻取土通过烘干的方法也是测试设施栽培土壤水分的主要技术途径，但该方法容易破坏田间土壤结构，一般需多人操作，劳动强度大，更不能实现对土壤水分信息的实时获取。采用张力计、时域反射计等其他技术也能达到测试土壤水分信息的目的，但上述技术应用均需要较高的成本投入，特别是在仪器布置，设备操作、测试和维护等方面更离不开专业技术人员的全程参与，人力投入高。

因此，目前缺少一种操作便捷、成本较低的预测设施栽培土壤水分的方法，用于实现土壤水分信息的快速获取与灌溉决策。

发明内容

本发明提供一种设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备，用以解决现有技术中土壤水分预测方法操作复杂、成本较高或精度偏低的缺陷。

第一方面，本发明提供一种设施栽培土壤水分预测方法，包括：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；

基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；

根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；

根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，所述根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息，包括：

根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量；

根据所述初始土体贮水量和每个时段的实际耗水量，确定所述设施内土层在每个时段的土体贮水量；

根据所述初始土体贮水量和每个时段的土体贮水量，确定所述设施内土层在每个时段的土壤含水量；

根据所述每个时段的土壤含水量，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，所述根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略，包括：

若在所述预设时长内每个时段的土壤含水量均大于含水量下限阈值，则不对所述设施内作物进行灌溉；

若在所述预设时长内从任一时段开始所对应的土壤含水量小于或等于所述含水量下限阈值，则以所述任一时段作为灌溉时间、以所述任一时段所对应的土壤含水量作为实际土壤含水量；

根据所述实际土壤含水量和所述设施内土层的田间持水量确定灌溉量；

根据所述灌溉时间和所述灌溉量对所述设施内作物进行灌溉；

所述含水量下限阈值是根据所述设施内土层的田间持水量确定的。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，所述根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量，包括：

根据所述作物信息确定所述设施内作物在每个时段的作物系数；

根据所述室内环境信息，确定所述设施内土层在每个时段的参考作物蒸散量；

根据所述作物系数和所述参考作物蒸散量确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，在所述作物信息包括作物种类和定植时间的情况下；所述根据所述作物信息确定所述设施内作物在每个时段的作物系数，包括：

根据所述定植时间确定所述设施内作物所处的生长时期；

根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数；

所述设施内作物所经历的所述生长时期依次为：生育初期、快速发育期、发育中期以及发育末期。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，在所述生长时期为生育初期的情况下，所述根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

在所述生长时期为快速发育期的情况下，所述根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

在所述生长时期为发育中期或发育末期的情况下，所述根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

其中，K_cini为所述生育初期的修正作物系数；K_cini(a)为生育初期第一平均作物系数、K_cini(b)为生育初期第二平均作物系数；h_I为灌溉的平均湿润深度；f_w为灌溉湿润的表面部分；k为生长发育的天数；K_ck为第k天的所述快速发育期的作物系数；K_cprev为前一时期的作物系数；K_cnext为后一时期的作物系数；L_prev为前一时期的生长时间；L_stage为当前生长时期的持续时间；K_cmid为所述发育中期的作物系数，K_cend为所述发育末期的作物系数；K_cb(Tab)为FAO56推荐的基础作物系数；RH_min为在所述发育中期或所述发育末期内每日最小相对湿度的平均值；U₂为在所述发育中期或所述发育末期2m高处的日平均风速；H为在所述发育中期或所述发育末期所述设施内作物的平均株高。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，根据所述室内环境信息，确定所述设施内土层在每个时段的参考作物蒸散量的计算公式为：

其中，ET₀为所述参考作物蒸散量；Δ为饱和水汽压曲线斜率；R_n为地表净辐射；G为土壤热通量；γ为干湿表常数；T为平均气温；e_s为饱和水汽压；e_a为实际水汽压。

根据本发明提供的一种设施栽培土壤水分预测方法，获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量，包括：

获取当前所述设施内土层的土壤特征参数；

根据所述土壤特征参数确定所述设施内土层的初始土体贮水量；

所述土壤特征参数包括初始土壤含水量、土壤容重、土层深度。

第二方面，本发明还提供一种设施栽培土壤水分预测装置，包括：

信息获取模块，用于获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量；

环境模拟模块，用于基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；

水分预测模块，用于根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合所述设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；

策略生成模块，用于根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述设施栽培土壤水分预测方法的步骤。

本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法、装置及电子设备，通过设施外的天气信息模拟计算设施内的室内环境信息，根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，获取了在预设时长内的设施内土层的土壤含水量信息，对土壤水分状况进行适宜性分析和合理性判断，制定了合适的灌溉策略，在保证了土壤水分预测精度的前提下，操作便捷、成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法的流程示意图之二；

图3是本发明提供的设施栽培土壤水分预测装置的结构示意图；

图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1-图4描述本发明实施例所提供的设施栽培土壤水分预测方法和装置。

图1是本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法的流程示意图之一，如图1所示，包括但不限于以下步骤：

步骤101：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量。

预设时长可以由作业人员根据设施内土层的实际情况进行设置。在后续实施例中，在不作特殊指出的情况下均将预设时长设置为15天为例进行说明，将不作一一赘述。

可以通过GPS定位等技术手段自动获取设施的地理位置，然后通过互联网技术解析当天和未来15天内的天气信息。天气信息可以包括温度、相对湿度和太阳总辐射等信息。根据实际需求可以获取未来15天内任意时段内的天气数据信息。

可选地，获取当前设施内土层的初始土体贮水量，包括：

获取当前所述设施内土层的土壤特征参数，土壤特征参数包括初始土壤含水量、土壤容重、土层深度。具体地，可以通过张力计、时域反射计等测量仪器对设施内土层的初始土壤含水量、土壤容重、土层深度进行测量。

可以根据以下公式获取当前设施内土层的初始土体贮水量：

W_i＝10h×ρ_i×θ_i

其中，h为土层深度(cm)，可选地，h≤30cm；θ_i为初始土壤含水量(g/g)，可选地，θ_i为0-30cm土层的平均含水量；ρ_i为土壤容重(g/cm³)，可选地，ρ_i为0-30cm土层的平均土壤容重；W_i为初始土体贮水量(mm)，可选地，W_i为0-30cm土体贮水量，i为当前设施内土层的标号。

步骤102：基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息。

以设施为日光温室为例，可以采用环境模型模拟温室内的室内环境信息，环境模型是以时间为变化量的动态微分方程。

x(t₀)＝x₀

式中，x为状态变量，例如室内气温等；

为状态变量的变化率；u为控制输入，例如温室的通风窗开口大小；d为外部输入变量，例如天气信息及温室的结构尺寸等；p为模型参数；t为时间；t₀为初始时间；x₀为初始状态。

状态变量表征了温室的室内环境信息，即通过上述动态微分方程可以得到室内环境信息，室内环境信息包括但不限于：温度、相对湿度和太阳总辐射等信息。

步骤103：根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息。

可以根据预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定设施内土层在每个时段的实际耗水量，然后根据初始土体贮水量和每个时段的实际耗水量，确定设施内土层在每个时段的土体贮水量以及土壤含水量。

在获取到每个时段的土壤含水量后，便可以得到设施内土层在预设时长内的土壤含水量信息。

需要说明的是，土壤含水量信息为在预设时长内设施内土层的土壤含水量的变化信息。

步骤104：根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

根据在预设时长内设施内土层的土壤含水量的变化信息，可以制定对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。一般情况下，从当前到第15天这一预设时长内，设施内土层的土壤含水量是不断下降的，而当土壤含水量下降到不适宜作物生长的数值时，便可以对设施内作物进行灌溉。

本发明提供一种设施栽培土壤水分预测方法，通过设施外的天气信息模拟计算设施内的室内环境信息，根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，获取了在预设时长内的设施内土层的土壤含水量信息，对土壤水分状况进行适宜性分析和合理性判断，制定了合适的灌溉策略，操作便捷、成本较低。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法，所述根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息，包括：根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量；根据所述初始土体贮水量和每个时段的实际耗水量，确定所述设施内土层在每个时段的土体贮水量；根据所述初始土体贮水量和每个时段的土体贮水量，确定所述设施内土层在每个时段的土壤含水量；根据所述每个时段的土壤含水量，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息。

其中，每个时段可以通过对预设时长进行平均分割而获取，每个时段的长度可以根据实际的需要自行设置，例如可以为0.5小时、1个小时、2小时或者一天。

可选地，根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量，包括：根据所述作物信息确定所述设施内作物在每个时段的作物系数。根据所述室内环境信息，确定所述设施内土层在每个时段的参考作物蒸散量；根据所述作物系数和所述参考作物蒸散量确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量。

作物实际耗水量ET_c计算公式为：

ET_c＝ET₀×K_c

ET₀为温室条件下的参考作物蒸散量，计算公式为：

所述式中Δ为饱和水汽压曲线斜率(kPa/℃)；R_n为地表净辐射(MJ/(m2·d))；G为土壤热通量(MJ/(m2·d))；γ为干湿表常数(kPa/(℃))；T为平均气温(℃)；e_s为饱和水汽压(kPa)；e_a为实际水汽压(kPa)。

需要说明的是，上述参考作物蒸散量计算公式中的参数，如饱和水汽压曲线斜率、地表净辐射等都可以根据室内环境信息计算获得，这里不再赘述。

可选地，在作物信息包括作物种类和定植时间的情况下，根据作物信息确定设施内作物在每个时段的作物系数，包括：根据定植时间确定设施内作物所处的生长时期；根据生长时期和所述作物种类确定所述作物系数。

按照作物的生长发育规律可以将设施内作物所经历的生长时期依次分为：生育初期、快速发育期、发育中期以及发育末期，上述不同的四个生长时期对应不同的作物系数K_c。

在生长时期为生育初期的情况下，根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

其中，K_cini为所述生育初期的修正作物系数；K_cini(a)为FAO-56推荐的生育初期第一平均作物系数、K_cini(b)为FAO-56推荐的生育初期第二平均作物系数；作物种类不同，对应不同的取值，例如，茄子分别取值0.55和0.65；h_I为灌溉的平均湿润深度，在灌溉方式为滴灌时取值为10-40mm；f_w为灌溉湿润的表面部分，在灌溉方式为滴灌的情况下取值0.4。

在生长时期为快速发育期的情况下，根据生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

其中，k为生长发育的天数；K_ck为第k天的所述快速发育期的作物系数；K_cprev为前一时期的作物系数；K_cnext为后一时期的作物系数；L_prev为前一时期的生长时间，单位为天；L_stage为当前生长时期的持续时间。

在生长时期为发育中期或发育末期的情况下，根据生长时期和作物种类确定作物系数的计算公式为：

K_cmid为所述发育中期的作物系数，K_cend为所述发育末期的作物系数；K_cb(Tab)为FAO56推荐的基础作物系数；RH_min为在所述发育中期或所述发育末期内每日最小相对湿度的平均值；U₂为在所述发育中期或所述发育末期2m高处的日平均风速；H为在所述发育中期或所述发育末期所述设施内作物的平均株高。

可选地，根据初始土体贮水量和每个时段的实际耗水量，确定设施内土层在每个时段的土体贮水量的计算公式为：

其中，W_ij为第j个时段的土体贮水量，

为前j-1个时段的累计实际耗水量。

实际上，设施内土层的每个时段的土体贮水量等于初始土体贮水量减去之前所有时段的累计实际耗水量。

进一步地，根据所述初始土体贮水量和每个时段的土体贮水量，确定所述设施内土层在每个时段的土壤含水量的计算公式为：

θ_ij＝W_ij/(10h×ρ_i×θ_i)

其中，θ_ij为第j个时段的土壤含水量，10h×ρ_i×θ_i为初始土体贮水量。

本发明通过计算每个时段的实际耗水量，并结合初始土体贮水量计算了每个时段的土体贮水量和土壤含水量，从而获取了预设时长内土壤含水量信息，以便于对土壤水分状况进行合理性分析，并对是否需要灌溉做出科学决策。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法，所述根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略，包括：若在所述预设时长内每个时段的土壤含水量均大于含水量下限阈值，则不对所述设施内作物进行灌溉；若在所述预设时长内从任一时段开始所对应的土壤含水量小于或等于所述含水量下限阈值，则以所述任一时段作为灌溉时间、以所述任一时段所对应的土壤含水量作为实际土壤含水量；根据所述实际土壤含水量和所述设施内土层的田间持水量确定灌溉量；根据所述灌溉时间和所述灌溉量对所述设施内作物进行灌溉。

含水量下限阈值可以根据田间持水量θ_fi设置，可选地，本发明中的含水量下限阈值设置为0.60θ_fi。

以预设时长为15天、每个时段的时长为1小时为例，针对土壤含水量θ_cj可以做出以下灌溉策略：

当θ_cj＞θ_fi时，土壤含水量偏高，不能灌溉。

当0.60θ_fi＜θ_cj≤θ_fi时，土壤水分合理，无需灌溉。

当θ_cj≤0.60θ_fi时，土壤含水量偏低，急需灌溉，灌溉量I_c(mm)采用下述公式计算：

I_c＝1000×ρ_i×(θ_cj×α-θ_fi)×h×η

其中，θ_fi为田间持水量(g/g)；α为灌溉控制参数，可选地，取值0.9；η为灌溉水利用系数，可选地，滴灌条件下取值0.95。

如果每个时段的土壤含水量均大于含水量下限阈值，则不对所述设施内作物进行灌溉。

如果根据土壤含水量信息得知在第8天的第15个小时土壤含水量低于或等于含水量下限阈值，则表明需要对设施内作物进行灌溉，灌溉时间可以设置在第8天的第15个小时。灌溉量可以根据灌溉量的计算公式确定。

本发明基于土壤含水量信息进行了适宜性分析，制定了针对设施内土层的灌溉策略并确定了灌溉时间和灌溉量，有利于提前科学的制定作物的灌溉计划。

图2是本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法的流程示意图之二，如图2所示，本发明提供的设施栽培土壤水分预测方法包括以下步骤：

201：确定设施园区地理位置，获取设施(以日光温室为例)外天气预报信息；

202：采用环境模型模拟温室内环境信息，并获取温室内的基础土壤特征参数；

203：计算初始土体贮水量W_i和作物实际耗水量ET_c；

204：计算当前/未来15天内土体贮水量W_ij和土壤含水量θ_cj；

205：土壤水分状况合理性分析及灌溉决策。

本发明通过设施外的天气信息模拟计算设施内的室内环境信息，根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，获取了在预设时长内的设施内土层的土壤含水量信息，对土壤水分状况进行适宜性分析和合理性判断，制定了合适的灌溉策略，在保证了土壤水分预测精度的前提下，操作便捷、成本较低。

图3是本发明提供的设施栽培土壤水分预测装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：信息获取模块301、环境模拟模块302、水分预测模块303、策略生成模块304。

信息获取模块301，用于获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量；

环境模拟模块302，用于基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；

水分预测模块303，用于根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合所述设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；

策略生成模块304，用于根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

本发明提供一种设施栽培土壤水分预测方法及装置，通过设施外的天气信息模拟计算设施内的室内环境信息，根据室内环境信息、初始土体贮水量、作物信息，获取了在预设时长内的设施内土层的土壤含水量信息，对土壤水分状况进行适宜性分析和合理性判断，制定了合适的灌溉策略，在保证了土壤水分预测精度的前提下，操作便捷、成本较低。

需要说明的是，本发明实施例提供的设施栽培土壤水分预测装置，在具体运行时，可以执行上述任一实施例所述的设施栽培土壤水分预测装置，对此本实施例不作赘述。

图4是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行设施栽培土壤水分预测方法，该方法包括：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的设施栽培土壤水分预测方法，该方法包括：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的设施栽培土壤水分预测方法，该方法包括：获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；基于所述天气信息，获取所述设施的室内环境信息；根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，包括：

获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前设施内土层的初始土体贮水量；

基于所述天气信息和环境模型，获取所述设施的室内环境信息，所述环境模型是以时间为变化量的动态微分方程；

根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；

根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略；

获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量，包括：

获取当前所述设施内土层的土壤特征参数；

根据所述土壤特征参数确定所述设施内土层的初始土体贮水量；

所述土壤特征参数包括初始土壤含水量、土壤容重和土层深度。

2.根据权利要求1所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息，包括：

根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量；

根据所述初始土体贮水量和每个时段的实际耗水量，确定所述设施内土层在每个时段的土体贮水量；

根据所述初始土体贮水量和每个时段的土体贮水量，确定所述设施内土层在每个时段的土壤含水量；

根据所述每个时段的土壤含水量，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息。

3.根据权利要求2所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略，包括：

若在所述预设时长内每个时段的土壤含水量均大于含水量下限阈值，则不对所述设施内作物进行灌溉；

若在所述预设时长内从任一时段开始所对应的土壤含水量小于或等于所述含水量下限阈值，则以所述任一时段作为灌溉时间、以所述任一时段所对应的土壤含水量作为实际土壤含水量；

根据所述实际土壤含水量和所述设施内土层的田间持水量确定灌溉量；

根据所述灌溉时间和所述灌溉量对所述设施内作物进行灌溉；

所述含水量下限阈值是根据所述设施内土层的田间持水量确定的。

4.根据权利要求2所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，根据所述预设时长内每个时段的室内环境信息，并结合每个时段的作物信息，确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量，包括：

根据所述作物信息确定所述设施内作物在每个时段的作物系数；

根据所述室内环境信息，确定所述设施内土层在每个时段的参考作物蒸散量；

根据所述作物系数和所述参考作物蒸散量确定所述设施内土层在每个时段的实际耗水量。

5.根据权利要求4所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，在所述作物信息包括作物种类和定植时间的情况下；根据所述作物信息确定所述设施内作物在每个时段的作物系数，包括：

根据所述定植时间确定所述设施内作物所处的生长时期；

根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数；

所述设施内作物所经历的所述生长时期依次为：生育初期、快速发育期、发育中期以及发育末期。

6.根据权利要求5所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，在所述生长时期为生育初期的情况下，根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

在所述生长时期为快速发育期的情况下，根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

在所述生长时期为发育中期或发育末期的情况下，根据所述生长时期和所述作物种类确定所述作物系数的计算公式为：

其中，K_cini为所述生育初期的修正作物系数；K_cini(a)为生育初期第一平均作物系数、K_cini(b)为生育初期第二平均作物系数；h_I为灌溉的平均湿润深度；f_w为灌溉湿润的表面部分；k为生长发育的天数；K_ck为第k天的所述快速发育期的作物系数；K_cprev为前一生长时期的作物系数；K_cnext为后一生长时期的作物系数；L_prev为前一生长时期的生长时间；L_stage为当前生长时期的持续时间；K_cmid为所述发育中期的作物系数，K_cend为所述发育末期的作物系数；K_cb(Tab)为基础作物系数；RH_min为每日最小相对湿度的平均值；U₂为2m高处的日平均风速；H为所述设施内作物的平均株高。

7.根据权利要求4所述的设施栽培土壤水分预测方法，其特征在于，根据所述室内环境信息，确定所述设施内土层在每个时段的参考作物蒸散量的计算公式为：

其中，ET₀为所述参考作物蒸散量；Δ为饱和水汽压曲线斜率；R_n为地表净辐射；G为土壤热通量；γ为干湿表常数；T为平均气温；e_s为饱和水汽压；e_a为实际水汽压。

8.一种设施栽培土壤水分预测装置，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取预设时长内设施外的天气信息，并获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量；

环境模拟模块，用于基于所述天气信息和环境模型，获取所述设施的室内环境信息，所述环境模型是以时间为变化量的动态微分方程；

水分预测模块，用于根据所述室内环境信息、所述初始土体贮水量并结合所述设施内作物的作物信息，确定所述设施内土层在所述预设时长内的土壤含水量信息；

策略生成模块，用于根据所述土壤含水量信息，生成对所述设施内作物进行灌溉的灌溉策略；

获取当前所述设施内土层的初始土体贮水量，包括：

获取当前所述设施内土层的土壤特征参数；

根据所述土壤特征参数确定所述设施内土层的初始土体贮水量；

所述土壤特征参数包括初始土壤含水量、土壤容重和土层深度。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述设施栽培土壤水分预测方法步骤。

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