CN115989763B - 温室灌溉控制方法、装置、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，涉及作物品种测试领域，该方法包括：获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与监测点在南北方向上的相对位置处理累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；所述栽培垄的垄长为东西朝向。本发明以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
Description
技术领域
本发明涉及自动灌溉领域，尤其涉及一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备。
背景技术
目前，在东西方向的栽培垄中，每一垄所接收的光辐射存在差异，故不同垄间的作物耗水情况也表现出明显的差异，此时采用集中灌溉的方式会降低灌溉水的利用效率。
发明内容
本发明提供一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，用以解决现有技术中在东西垄向种植中灌溉水利用率较低的技术缺陷，提供了一种分区灌溉，根据不同垄的累积辐射值进行按需灌溉的技术方案。
第一方面，本发明提供了一种温室灌溉控制方法，包括：
获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；
在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
根据本发明提供的温室灌溉控制方法，在获取温室中监测点的累积辐射值之前，还包括：
根据温室中心区域上的任意一点确定所述监测点；
所述温室中心区域是根据温室在东西方向上的中点，向南北方向延伸确定的。
根据本发明提供的温室灌溉控制方法，所述获取温室中监测点的累积辐射值，包括：
获取第一时刻的第一总辐射值；
间隔预设时长后，获取第二时刻的第二总辐射值；
根据所述第一总辐射值、所述第二总辐射值以及所述预设时长确定温室中监测点的累积辐射值。
根据本发明提供的温室灌溉控制方法，所述根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值，包括：
对于任一栽培垄，获取所述栽培垄中心位置至温室后墙的第一距离，获取所述监测点到所述温室后墙的第二距离；
根据所述第一距离以及所述第二距离确定距离差值，并根据所述距离差值以及温室南北方向的总长度确定相对比值；
根据所述相对比值、第一预设常数以及所述监测点的累积辐射值确定相对辐射值；
根据当前时刻的时长比值、第二预设常数以及所述相对辐射值确定所述栽培垄的累积辐射值。
根据本发明提供的温室灌溉控制方法，所述生成灌溉指令，包括：
获取温室环境信息，所述温室环境信息包括日平均气温以及相对湿度；
根据所述日平均气温以及相对湿度确定温室作物的作物蒸散量；
将所述作物蒸散量确定为预设灌溉量，根据所述预设灌溉量生成所述灌溉指令；
所述灌溉指令用于指示根据所述预设灌溉量对所述栽培垄进行灌溉。
根据本发明提供的温室灌溉控制方法，在生成灌溉指令之后，还包括：
获取所述栽培垄的累积灌溉量；
在所述累积灌溉量大于或等于所述预设灌溉量的情况下，生成关闭指令；
所述关闭指令用于指示停止对所述栽培垄进行灌溉。
第二方面，提供了一种温室灌溉控制装置，包括：
确定单元：用于获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；
生成单元：用于在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
第三方面，提供了一种灌溉控制系统，包括：温室以及温室后墙，所述温室内分布有东西垄向的多个栽培垄；
在监测点位置固设有总辐射传感器，用于获取温室中监测点的累积辐射值；
还包括所述的温室灌溉控制装置。
根据本发明提供的灌溉控制系统，还包括：
固设于温室中心，南北方向设置的主管道，用于输送灌溉液；
与所述主管道相连接的多个支管，用于实现灌溉液的分流；
与每一支管相连接的滴灌带，用于实现对每一栽培垄的灌溉；
固设于每一支管上的无线阀门控制器以及电磁阀，所述无线阀门控制器用于根据所述温室灌溉控制装置的指令控制所述电磁阀的开启以及关闭。
第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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所述的温室灌溉控制方法。
第五方面，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如上述任一种所述温室灌溉控制方法。
本发明提供了一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，旨在解决栽培垄的垄长为东西朝向的情况下，由于每条垄所受到的光辐射值不同，从而导致每条垄的需水量存在差异的技术问题，通过获取监测点的累积辐射值，根据温室光照分布模型确定每一栽培垄的累积辐射值，从而在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，对所述栽培垄进行灌溉，本发明以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
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是本发明提供的温室灌溉控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的获取温室中监测点的累积辐射值的流程示意图；
图3是本发明提供的确定每一栽培垄的累积辐射值的流程示意图；
图4是本发明提供的生成灌溉指令的流程示意图；
图5是本发明提供的温室灌溉控制方法的流程示意图之二；
图6是本发明提供的温室灌溉控制装置的结构示意图；
图7是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之一；
图8是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之二；
图9是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之三；
图10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。
日光温室作为设施农业的重要形式，广泛应用与蔬菜生产，目前日光温室搭建方向主要为坐北朝南，以南北向作为主栽方向，存在垄向短、畦数多等特点，在南北向建设的日光温室中，由于被测后墙对阳光的遮挡，造成北侧作物耗水明显小于南侧作物，传统南北垄向的种植方法中，采用每垄相同的灌溉制度，容易造成北侧过剩南侧缺乏的灌水效果，不利于精准节水灌溉的实施。在实际生产过程中南北向开垄种植还存在“地难下、边难耕、头难掉”等一系列问题，主要体现在中小型农业机械很难进入垄间作业，限制了旋耕机、播种机等农业机具的使用，限制作业效率的提高。
因此为了实施高效智能节水灌溉，提高日光温室种植的水分利用率，保证灌溉的均匀一致，同时适应机械化生产的需求，本发明的日光温室智能灌溉系统中将南北垄向改为东西垄向，以东西垄向对灌溉进行分区，以各分区作物的实际耗水为决策依据，进行智能化灌溉控制。
然而，光辐射是植株进行光合作用的主要来源，对作物的生长起着举足轻重的影响，作物在东西垄向种植后，同一垄间接收光照条件相同，但不同垄间所接收的光照条件不同，光辐射是影响着作物耗水的主要因素之一，对东西垄下不同垄间的作物耗水情况也表现出明显的差异，而对于东西垄向种植的作物的统一灌水显然会造成灌溉水分配的不均匀，为了克服上述技术缺陷，解决因不同垄间光照条件不同，导致所需灌水量不同的技术问题，本发明根据垄向改变导致的作物群体环境以及作物耗水差异性的基础上进行分区变量灌溉，以东西垄向对日光温室灌溉进行分区变量灌溉决策，以累计光辐射作为决策依据，提高灌溉水的利用效率。
图1是本发明提供的温室灌溉控制方法的流程示意图之一，本发明提供了一种温室灌溉控制方法，包括：
步骤101、获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；
步骤102、在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
在步骤101中，所述温室为日光温室，在本发明中默认每一垄中所种植的作物种类为同一品种，以方便管理以及灌溉，所述监测点是根据温室中心区域确定的，即将所述温室的中心区域确定为监测点，从而能够根据监测点所获取的累积辐射值，计算确定出每一垄的累积辐射值。
可选地，在获取温室中监测点的累积辐射值之前，还包括：
根据温室中心区域上的任意一点确定所述监测点；
所述温室中心区域是根据温室在东西方向上的中点，向南北方向延伸确定的。
由于将原本为南北朝向的栽培垄改为东西朝向种植，故所述监测点可以选择在温室中心区域上的任意一点，所述温室中心区域可以为中部的一条栽培垄，也可以为过道，即沿所述温室的东西方向，确定中间点，再以所述中间点向南北方向的温室端部延伸，从而确定所述温室中心区域。
所述每一栽培垄的中心位置是根据所述栽培垄在垄长方向上的中心位置以及所述栽培垄在垄宽方向上的中心位置确定的，本发明所构建的温室中所采用的种植方式为东西朝向的栽培垄，从而使得每一垄的垄长方向上的作物所受到的光辐射量是相同的，然而不同垄的平行排布是南北朝向设置的，故每一垄所受到的光辐射量是不同的，故本发明通过获取到温室中监测点的累积辐射值，并结合每一垄位于所述监测点的相对位置，从而计算出每一栽培垄的累积辐射值。
在步骤102中，所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的，不同栽培作物品种在不同的栽培作物生育期所需要的光辐射值是不同的，其所需要的灌溉量也是不同的，同时，由于受到栽培作物所处季节的影响，由于不同季节所接收到的光辐射值是不同的，其所需要的灌溉量也是不同的，从而根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节对所述预设光辐射值进行标定，确定出最适合作物需求的预设光辐射值。
在确定出预设光辐射值后，实时监测每一栽培垄上的辐射值，本发明可以每隔一段时间对每一栽培垄上的辐射值进行确定，并与之前所获取的辐射值相加，从而确定出每一栽培垄当前状态下的累积辐射值，在不断累积的过程中，在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉，由于不同栽培垄在每一时间段内所获取的辐射值不同，进而导致不同栽培垄在同一时刻的累积辐射值也是不同的，进而只有对累积辐射值大于预设光辐射值的栽培垄才会生成灌溉指令。
本发明通过采用所述温室灌溉控制方法，实现了东西栽培垄情况下，不同栽培垄因接收光照条件不同而进行的分区变量灌溉，从作物接收光照情况与作物的需水情况实行了灌溉水的精细管理，实现了作物耗水量与作物实际灌溉量需求同步化，保证了作物的消耗与补给，可确保东西垄下温室土壤栽培作物优质高效生产，进一步提升作物的水肥利用效率。
本发明根据接收光辐射数据作为开启灌溉依据，以作物蒸发蒸腾量作为灌水定额，实现精准灌溉；根据东西向栽培垄接收光热条件的不同，作物耗水具有差异性，设置分区变量灌溉，满足不同栽培垄作物的用水需求；将接收光辐射能量数据作为灌溉决策依据，可动态调整灌水周期，连续阴雨天下，光辐射能量较弱，自动延缓灌溉时间，有效提高灌溉的精确性，本发明可广泛应用于温室大棚等设施农业中。
本发明提供了一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，旨在解决栽培垄的垄长为东西朝向的情况下，由于每条垄所受到的光辐射值不同，从而导致每条垄的需水量存在差异的技术问题，通过获取监测点的累积辐射值，根据温室光照分布模型确定每一栽培垄的累积辐射值，从而在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，对所述栽培垄进行灌溉，本发明以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
图2是本发明提供的获取温室中监测点的累积辐射值的流程示意图，所述获取温室中监测点的累积辐射值，包括：
步骤1011、获取第一时刻的第一总辐射值；
步骤1012、间隔预设时长后，获取第二时刻的第二总辐射值；
步骤1013、根据所述第一总辐射值、所述第二总辐射值以及所述预设时长确定温室中监测点的累积辐射值。
在步骤1011中，所述第一时刻为一天中的任意时刻，设为
，所述第一总辐射值设为/>
，所述第一总辐射值的单位为W/m3。
在步骤1012后，所述第二时刻为在所述第一时刻间隔预设时长后的时刻，设为
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，所述第一总辐射值的单位为W/m3。
在步骤1013中，所述温室中监测点的累积辐射值可以参考如下公式：
式（1）中，R为温室中监测点的累积辐射值，单位为sW/m3；
为第一时刻，/>
为第一总辐射值，/>
为第二时刻，/>
为第一总辐射值。
图3是本发明提供的确定每一栽培垄的累积辐射值的流程示意图，所述根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值，包括：
步骤1014、对于任一栽培垄，获取所述栽培垄中心位置至温室后墙的第一距离，获取所述监测点到所述温室后墙的第二距离；
步骤1015、根据所述第一距离以及所述第二距离确定距离差值，并根据所述距离差值以及温室南北方向的总长度确定相对比值；
步骤1016、根据所述相对比值、第一预设常数以及所述监测点的累积辐射值确定相对辐射值；
步骤1017、根据当前时刻的时长比值、第二预设常数以及所述相对辐射值确定所述栽培垄的累积辐射值。
在步骤1014中，本发明针对每一栽培垄，均进行步骤1014以及步骤1017的计算过程，并遍历所有栽培垄，从而确定出所有栽培垄的累积辐射值，对于任一栽培垄，由于光照方向会随着时间的推移而发生变化，每一垄接收的光辐射受到温室后墙的影响，本发明获取所述栽培垄中心位置至温室后墙的第一距离
，获取所述监测点到所述温室后墙的第二距离/>
。
在步骤1015中，根据所述第一距离以及所述第二距离确定距离差值
，并根据所述距离差值/>
以及温室南北方向的总长度/>
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在步骤1017中，所述当前时刻的时长比值为
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，则根据当前时刻的时长比值、第二预设常数以及所述相对辐射值确定所述栽培垄的累积辐射值，可以参考如下公式：
式（2）中，
为所述栽培垄的累积辐射值，单位为sW/m3；/>
为当前的时间，其单位为s；t为一天的总时间，其单位为s；R为所述监测点的累积辐射值，其单位为sW/m3；/>
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为第二距离，其单位为m；L为温室南北方向的总长度，其单位为m；所述第二预设常数为/>
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，所述第一预设常数以及所述第二预设常数的值在不同温室中存在差异，可以根据实际情况标定获得。
结合图2以及图3，本发明将累计辐射作为灌溉的主要依据，为降低系统布设成本，仅在温室正中位置布设一个总辐射传感器，各垄的累计辐射通过温室光照分布模型计算获得，传感器监测位置的累计辐射利用总辐射传感器获取的实时总辐射值，通过式（1）计算得到。而温室由南向北累计辐射的分布与到温室中心的距离、太阳辐射角度紧密相关，据此构建温室累计辐射计算模型，通过式（2）计算获得各垄的累计辐射值。
图4是本发明提供的生成灌溉指令的流程示意图，所述生成灌溉指令，包括：
步骤1021、获取温室环境信息，所述温室环境信息包括日平均气温以及相对湿度；
步骤1022、根据所述日平均气温以及相对湿度确定温室作物的作物蒸散量；
步骤1023、将所述作物蒸散量确定为预设灌溉量，根据所述预设灌溉量生成所述灌溉指令；
所述灌溉指令用于指示根据所述预设灌溉量对所述栽培垄进行灌溉。
在步骤1021中，本发明可以通过在温室中设置的温度传感器获取到日平均气温，通过湿度传感器获取到相对湿度。
在步骤1022中，根据所述日平均气温以及相对湿度确定温室作物的作物蒸散量，可以参考如下公式：
式（3）中，
为参考作物蒸散量，其单位为mm/d；/>
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确定，/>
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为饱和水汽压曲线斜率，其单位为kPa/℃；/>
为干湿表常数，其单位为kPa/℃，即以环境信息感知系统采集的空气温度与空气湿度计算一定时间间隔内的作物蒸发蒸腾量作为一定时间内的作物灌溉量，以此作为决策变量灌溉的灌溉依据。
在步骤1023中，本发明将累计光辐射能量值与预先设定光辐射能量值相比较，当累计光辐射能量值大于预先设定的光辐射能量值时，本发明的灌溉控制器通过向无线阀门控制器发送控制指令执行灌溉。同时，以环境信息感知系统所监测的空气温度与空气湿度数据作为执行灌溉策略的灌溉依据，即通过定时回传至灌溉控制器的温室环境数据利用彭曼-曼蒂斯公式计算作物蒸腾量，将所述作物蒸散量确定为预设灌溉量，根据所述预设灌溉量生成所述灌溉指令，所述灌溉指令用于指示根据所述预设灌溉量对所述栽培垄进行灌溉。
图5是本发明提供的温室灌溉控制方法的流程示意图之二，在生成灌溉指令之后，还包括：
步骤201、获取所述栽培垄的累积灌溉量；
步骤202、在所述累积灌溉量大于或等于所述预设灌溉量的情况下，生成关闭指令；
所述关闭指令用于指示停止对所述栽培垄进行灌溉。
在步骤201中，本发明将所述作物蒸散量确定为预设灌溉量，根据所述预设灌溉量生成所述灌溉指令，所述灌溉指令用于指示根据所述预设灌溉量对所述栽培垄进行灌溉，进而开启相应地电磁阀，通过灌溉管路实现对于栽培垄的灌溉，在对所述栽培垄的实时灌溉过程中，通过水表实时监控其灌溉量，即获取所述栽培垄的累积灌溉量。
在步骤202中，本发明在生成灌溉指令之后，开启所述栽培垄对应的电磁阀，对所述栽培垄进行灌溉，并实时监测所述栽培垄的累积灌溉量，在所述累积灌溉量大于或等于所述预设灌溉量的情况下，生成关闭指令，所述关闭指令用于指示关闭所述栽培垄对应的电磁阀。
图6是本发明提供的温室灌溉控制装置的结构示意图，本发明提供了一种温室灌溉控制装置，包括确定单元11：用于获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；所述确定单元11的工作原理可以参考前述步骤101，在此不予赘述。
所述温室灌溉控制装置还包括生成单元12：用于在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉，所述生成单元12的工作原理可以参考前述步骤102，在此不予赘述。
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
本发明提供了一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，旨在解决栽培垄的垄长为东西朝向的情况下，由于每条垄所受到的光辐射值不同，从而导致每条垄的需水量存在差异的技术问题，通过获取监测点的累积辐射值，根据温室光照分布模型确定每一栽培垄的累积辐射值，从而在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，对所述栽培垄进行灌溉，本发明以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
图7是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之一，本发明还提供了一种灌溉控制系统，包括：温室2以及温室后墙21，所述温室2内分布有东西垄向的多个栽培垄22；
在监测点位置固设有总辐射传感器23，用于获取温室2中监测点的累积辐射值；
还包括所述温室灌溉控制装置1。
可选地，所述灌溉控制系统还包括：
固设于温室2中心，南北方向设置的主管道3，用于输送灌溉液；
与所述主管道3相连接的多个支管4，用于实现灌溉液的分流；
与每一支管4相连接的滴灌带5，用于实现对每一栽培垄的灌溉；
固设于所述主管道3的压力计6，用于计算灌溉液的液压。
本发明以提高日光温室灌溉水的利用效率为目的，提出了一种日光温室智能灌溉控制系统，系统以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
本发明的温室灌溉控制系统基于东西垄向的温室栽培方式，由于温室南北向作物需水存在显著差异，以东西垄对温室的灌溉进行分区，较南北向的灌溉分区方式灌溉的精度更高，有效提高灌溉水利用效率；利用累计辐射决策各垄的灌溉启动时刻，利用作物蒸腾量计算灌水量，根据作物的实际需水进行灌溉控制，为温室节水灌溉的有效决策控制提供了可行的方法；采用在温室中不是一个温室环境监测模块的方式对温室中的累计辐射进行监测，其他各垄的累计辐射通过温室累计辐射分布模型计算获得，降低了系统布设成本，有利于系统的应用推广。所述的智能灌溉控制器能够监测主管道的压力，通过主管道的压力变化判断滴灌带的出水情况，当有多个分区同时灌溉时，当检测到主管道压力过低时可通过暂停部分分区灌溉的方式将灌溉任务挂起以满足滴灌带的出水压力需求，保证滴灌带前后端的灌溉均匀。
本发明提供了一种温室灌溉控制方法、装置、系统及设备，旨在解决栽培垄的垄长为东西朝向的情况下，由于每条垄所受到的光辐射值不同，从而导致每条垄的需水量存在差异的技术问题，通过获取监测点的累积辐射值，根据温室光照分布模型确定每一栽培垄的累积辐射值，从而在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，对所述栽培垄进行灌溉，本发明以东西垄向的布设方法对温室作物进行分区灌溉控制，以累计光辐射作为主要灌溉决策依据，动态调整各分区灌溉时机和灌水量，并利用动态规划方法调整灌溉顺序，保证灌溉均匀，以应对不同田畦间由光照差异、生长差异导致的对需水过程动态匹配的需求。
图8是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之二，如图8所示，所述灌溉控制系统还包括固设于每一支管4上的灌水量监测模块7，所述灌水量监测模块7包括无线采集器71以及水表72，所述水表72用于监测灌水量，所述无线采集器71用于将灌水量传输至温室灌溉控制装置1；
固设于每一支管4上的无线阀门控制器81以及电磁阀82，所述无线阀门控制器81用于根据所述温室灌溉控制装置1的指令控制所述电磁阀82的开启以及关闭。
图9是本发明提供的灌溉控制系统的结构示意图之三，如图9所示，所述灌溉控制系统还包括温室环境传感器9，所述温室环境传感器9包括温度传感器91以及湿度传感器92。
本领域技术人员理解，本发明公开了如下灌溉策略：
各东西向的栽培垄分别配置分区灌溉管网与灌水量监测模块，温室灌溉控制装置置于首部，且全天候启动，各栽培垄环境信息监测模块实时监测数据，监测数据包括：空气温度、空气湿度、总辐射，经过各垄累计辐射的计算，当任一栽培垄的累积辐射值大于预先设定的灌溉启动值时，启动栽培垄的灌溉管网电磁阀，开启灌溉，累计辐射数据值自动进入下一次累计过程；所述栽培垄的电磁阀开启后，温室环境监测模块采集数据自动回传智能灌溉控制器，灌溉量通过彭曼-曼蒂斯公式与采集的空气温湿度计算。智能灌溉控制器开启灌溉后，利用灌水量监测模块对水流量实时自动监测，当灌溉量达到设定值时，智能灌溉控制器系统对栽培垄的电磁阀发出指令，关闭电磁阀停止灌溉，此时所述栽培垄的灌溉结束，等待进入下一次灌溉流程，不同栽培垄接收光热条件不同，灌溉周期与灌溉定额存在差异。
可选地，在灌溉的过程中，灌溉控制器同时监测水表的流量和主管道压力，当水表流量达到作物灌溉量时，关闭电磁阀；当同时有多个分区灌溉时，灌溉控制器监测主管道压力，当压力过低时，为保证灌溉的均匀，控制器主动暂停部分分区的灌溉，以保证滴灌带前端和后端出水的均匀。
作为本发明的另一可选实施例，本发明所提供的灌溉控制系统由分区灌溉管网、环境监测模块、灌水量监测模块、无线阀门控制器、智能灌溉控制器组成，同时应用累计辐射的灌溉决策方法实现温室的智慧灌溉。
所述分区灌溉管网主要包括温室各支干灌水管道、滴灌带、电磁阀、水表、压力计等，滴灌带按种植分区呈东西向平行排列，通过灌溉管网将灌溉水输送至作物根系，电磁阀置于各栽培垄支管用于控制各栽培垄的灌水开关，水表安装于电磁阀后端以测量各分区灌水量，压力计安装于主管道。
所述的环境监测模块由和空气温湿度传感器构成，用于采集温室内部环境信息并通过无线通讯的方式将采集的信息上传到智能灌溉控制器。
灌水量监测模块由无线采集器和水表组成，用于采集灌水量信息，并将相关信息通过无线通讯上传到智能灌溉控制器。
所述无线阀门控制器安装与电磁阀上，以无线数据传输的方式接收灌溉控制器的控制指令，控制电磁阀开关。
所述的智能灌溉控制器一般安装于灌溉首部，连接有压力传感器，能够监测主管道压力。控制器收集环境监测模块发送的环境信息，利用累计辐射的灌溉决策方法计算各灌溉分区的灌溉启动时刻和目标灌水量，当分区需要灌溉时，灌溉控制器通过向无线阀门控制器发送控制指令实现灌溉的开启。灌溉控制器通过灌水量监测模块的流量信息，计算灌水量，当达到目标灌水量后，通过向无线电磁阀发送关闭指令停止灌溉。在灌溉过程中，控制器通过监测主管道压力，动态调节灌溉开启的分区数量和先后顺序，从而保证灌溉的均匀。
而在另一可选地实施例中，本发明还提供了一种东西垄栽培下基于累计光辐射的分区变量灌溉策略，具体包括：变量灌溉控制系统；分区灌溉管网；环境信息感知系统；灌溉计量监测模块。
具体地，各栽培垄分别作为一灌溉分区，所述分区灌溉管网分布安装于各栽培垄之间，用于输送灌溉水至作物根部。环境信息感知系统、灌溉计量监测模块均通过电缆与变量灌溉控制系统相连，其中环境信息感知系统安装于各分区监测节点处（各栽培垄中间位置，避免作物生长边际效应的影响，安装高度置于作物冠层顶部，随作物生长高度动态调整）。灌溉计量监测模块置于各分区首部，电磁阀后端，监测灌水流量。变量灌溉控制系统置于温室首部，用于处理分析环境信息感知系统回传数据，从而向灌溉计量监测模块发出控制信号。
进一步地，本实施例的灌溉策略为：
在所述智能灌溉控制器系统上预设不同灌溉分区累计辐射决策参数阈值，即控制电磁阀开启指令；所述阈值参数指标主要包括所关联传感器接通通道（不同灌溉分区安装的环境信息感知系统）、启动数值。其中，根据温室土壤栽培特点及栽培作物所处季节、气候等特征结合光辐射信息采集系统接收数据以3-5天接收累计光辐射数值作为控制系统预设值；
实时采集不同灌溉分区光辐射接收情况，上传至变量灌溉控制系统以积分计算累计光辐射数值；环境信息感知系统每隔5分钟传输采集的光辐射能量数值至变量灌溉控制系统计算累积辐射值，变量灌溉控制系统将多次采集的累积辐射值积分累计计算得出监测点的辐射累计值，再通过温室累计辐射分布模型计算各分区累计辐射回传至智能灌溉控制器，控制器将累计辐射值并与提前预设值进行比对，当采集累计值大于等于预设值时，变量灌溉控制系统发送控制指令至电磁阀，电磁阀执行指令开启；
实时采集温室内环境信息，上传至智能灌溉控制器；通过安装的温室环境监测模块，实时采集各监测节点处空气温湿度数据，每隔5分钟上传至变量灌溉控制系统，当变量灌溉控制系统通过积分计算光辐射采集值大于预设值时（某一灌溉分区采集的光辐射能量数值），变量灌溉控制系统自动计算此次累积辐射值，在到达预设辐射值后，根据所采集的温室环境信息，通过预设公式与灌溉面积获取此次作物所需灌溉用水量；智能灌溉控制器通过采集的空气温度、空气湿度数据与预设公式获取的灌溉用水量，发送信号至灌溉计量监测模块与电磁阀；在本步骤中，智能灌溉控制器通过灌水量监测模块实时获取的灌溉用水量，并计算单次灌溉的流量，当实时流量达到预设灌溉量时，智能灌溉控制器将控制指令同步至该灌溉分区的无线阀门控制器，无线阀门控制器执行接收关闭指令，关闭电磁阀，灌溉停止，此次灌溉结束，等待进入下一次灌溉任务。
结合本发明所示出的温室灌溉控制方法、装置以及系统，本发明给出了结合上述具体实施方案的应用，具体如下：
实验例：
供试作物品种：生菜。
试验地点：温室，土壤栽培。
试验设计：设计方案一以及方案二，均设置为东西向四条栽培垄，为保证方案设计的客观性，采用同一温室的不同区域设计方案一以及方案二；
方案一采用均量灌溉，在区域中间位置安装环境信息感知系统，监测数据作为整个区域的灌溉依据；
方案二为变量灌溉，每一栽培垄分别为一灌溉分区，不同栽培垄分别安装环境信息感知系统与灌溉计量监测模块，不同栽培垄根据监测数据分别进行灌溉。
方案一以及方案二中环境信息感知系统与作物冠层保持同高，根据作物生长高度动态调整，光辐射数据传输频率为5分钟/次，空气温湿度传输频率为15分钟/次。作物生长过程中不同方案设置相同的灌溉启动值，即各区域根据各监测数据结果分别进行灌溉。
试验结果分析：变量灌溉处理下具有明显的节水效果，与均量灌溉相比在生菜幼苗期、莲座期、成熟期较均量灌溉下分别节水5.7%、6.7%与25.9%。且变量灌溉处理作物产量较均量灌溉处理提高4.6%。
图10是本发明提供的电子设备的结构示意图。如图10所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）110、通信接口（Communications Interface）120、存储器（memory）130和通信总线140，其中，处理器110，通信接口120，存储器130通过通信总线140完成相互间的通信。处理器110可以调用存储器130中的逻辑指令，以执行温室灌溉控制方法，该方法包括：获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；所述监测点是根据温室中心区域确定的；所述栽培垄的垄长为东西朝向；所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
此外，上述的存储器130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计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的一种温室灌溉控制方法，该方法包括：获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；所述监测点是根据温室中心区域确定的；所述栽培垄的垄长为东西朝向；所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
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方法提供的温室灌溉控制方法，该方法包括：获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；所述监测点是根据温室中心区域确定的；所述栽培垄的垄长为东西朝向；所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的。
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)
1.一种温室灌溉控制方法，其特征在于，包括：
获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；
在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的；
所述根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值，包括：
对于任一栽培垄，获取所述栽培垄中心位置至温室后墙的第一距离，获取所述监测点到所述温室后墙的第二距离；
根据所述第一距离以及所述第二距离确定距离差值，并根据所述距离差值以及温室南北方向的总长度确定相对比值；
根据所述相对比值、第一预设常数以及所述监测点的累积辐射值确定相对辐射值；
根据当前时刻的时长比值、第二预设常数以及所述相对辐射值确定所述栽培垄的累积辐射值。
2.根据权利要求1所述的温室灌溉控制方法，其特征在于，在获取温室中监测点的累积辐射值之前，还包括：
根据温室中心区域上的任意一点确定所述监测点；
所述温室中心区域是根据温室在东西方向上的中点，向南北方向延伸确定的。
3.根据权利要求1所述的温室灌溉控制方法，其特征在于，所述获取温室中监测点的累积辐射值，包括：
获取第一时刻的第一总辐射值；
间隔预设时长后，获取第二时刻的第二总辐射值；
根据所述第一总辐射值、所述第二总辐射值以及所述预设时长确定温室中监测点的累积辐射值。
4.根据权利要求1所述的温室灌溉控制方法，其特征在于，所述生成灌溉指令，包括：
获取温室环境信息，所述温室环境信息包括日平均气温以及相对湿度；
根据所述日平均气温以及相对湿度确定温室作物的作物蒸散量；
将所述作物蒸散量确定为预设灌溉量，根据所述预设灌溉量生成所述灌溉指令；
所述灌溉指令用于指示根据所述预设灌溉量对所述栽培垄进行灌溉。
5.根据权利要求4所述的温室灌溉控制方法，其特征在于，在生成灌溉指令之后，还包括：
获取所述栽培垄的累积灌溉量；
在所述累积灌溉量大于或等于所述预设灌溉量的情况下，生成关闭指令；
所述关闭指令用于指示停止对所述栽培垄进行灌溉。
6.一种温室灌溉控制装置，其特征在于，包括：
确定单元：用于获取温室中监测点的累积辐射值，根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值；
生成单元：用于在任一栽培垄的累积辐射值大于预设光辐射值的情况下，生成灌溉指令，所述灌溉指令用于指示对所述栽培垄进行灌溉；
所述栽培垄的垄长为东西朝向；
所述预设光辐射值是根据栽培作物品种、栽培作物生育期以及栽培作物所处季节确定的；
所述根据每一栽培垄的中心位置与所述监测点在南北方向上的相对位置处理所述监测点的累积辐射值，确定每一栽培垄的累积辐射值，包括：
对于任一栽培垄，获取所述栽培垄中心位置至温室后墙的第一距离，获取所述监测点到所述温室后墙的第二距离；
根据所述第一距离以及所述第二距离确定距离差值，并根据所述距离差值以及温室南北方向的总长度确定相对比值；
根据所述相对比值、第一预设常数以及所述监测点的累积辐射值确定相对辐射值；
根据当前时刻的时长比值、第二预设常数以及所述相对辐射值确定所述栽培垄的累积辐射值。
7.一种灌溉控制系统，其特征在于，包括：温室以及温室后墙，所述温室内分布有东西垄向的多个栽培垄；
在监测点位置固设有总辐射传感器，用于获取温室中监测点的累积辐射值；
还包括权利要求6所述的温室灌溉控制装置。
8.根据权利要求7所述的灌溉控制系统，其特征在于，还包括：
固设于温室中心，南北方向设置的主管道，用于输送灌溉液；
与所述主管道相连接的多个支管，用于实现灌溉液的分流；
与每一支管相连接的滴灌带，用于实现对每一栽培垄的灌溉；
固设于每一支管上的无线阀门控制器以及电磁阀，所述无线阀门控制器用于根据所述温室灌溉控制装置的指令控制所述电磁阀的开启以及关闭。
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可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程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的温室灌溉控制方法。
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