CN116341948A - 一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可控农业领域，具体为一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法，数据获取模块、土壤湿度分析模块、地势分析模块以及水源调整管理模块，所述水源调整管理模块用于结合土壤湿度分析模块与地势分析模块中的结果对灌溉设备的水压压力进行调节，本发明通过分析地形地貌、灌溉设备供水水压以及灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度与农田灌溉效率之间的关系，根据不同地形地貌进行实时调节灌溉设备的运行姿态，从而使得灌溉效率保持在阈值范围内，提高灌溉设备的工作效率，实现灌溉最大化，同时也能够合理利用水资源，使得农作物生长保持在最佳湿度环境下，从而提高农作物的生产量。

Description

一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法

技术领域

本发明涉及可控农业领域，具体为一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法。

背景技术

农业生产在社会经济发展过程中具有重要的地位，同时也是支撑国明经济发展的基础产业之一，近年来，随着农业发展和各种农业设备的普及以及应用，大面积的农田和大规模农业种植能够得到统一管理，将人工智能技术广泛应用于农业生产,有利于农业的高质量发展。

农田灌溉用水在农业用水中占较大比重，而我国的土地有的比较分散而有的很集中，由于每种农作物对土壤含水量的需求均不相同，因此导致不能让每一种农作物都生长在适宜的湿度下，因此，需要通过识别农作物的生长周期以及地形地貌来对该灌溉区域内的土壤含水量进行调节，但是现有技术中并无此控制系统和控制方法，因此，本发明的目的在于研发一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于设施布控的水源调整管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于设施布控的水源调整管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取农作物健康生长标准指标；

S2、分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估；

S3、分析地形地貌对灌溉的影响；

S4、基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节。

进一步的，所述S1中获取农作物健康生长标准指标，根据对应农田种植的农作物，通过数据库查询得到所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度值，记为阈值α。

进一步的，所述S2中分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估的方法包括以下步骤：

步骤1001、获取S1中所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值α；

步骤1002、构建土壤湿度受环境因子影响的关系模型，表达式为：

soil_(t，s)＝TS₀+B₁R^t--B₂E_t-B₃ε，

其中soil_(t，s)表示时间节点为t时，对应土壤的湿度真实值，TS₀表示土壤初始湿度值，B₁、B₂、B₃表示预置的加权系数，R^t-表示农作物在时间节点t前单位时间内对应土壤渗透值，E_t表示时间为t时，土壤受环境因素(风速、温度)影响蒸发的水分值，ε表示地表热通量对土壤湿度水分造成的蒸发；

步骤1003、分析农作物生长状态，结合环境因素计算土壤t时蒸发的水分值，通过蒸渗仪进行测量土壤t时蒸发的水分值，即农作物生长前期对应的水分蒸发情况记为

农作物生长中后期对应的水分蒸发情况记为/>

其中农作物生长前期表示对应农作物播种时间小于1个月，农作物生长中后期表示对应农作物播种时间大于1个月；

步骤1004、获取时间节点t前单位时间内对应的降雨量值，根据土壤含水饱和值分析对应区域土壤湿度情况，即根据土壤初始湿度值，结合土壤渗水速率进行对应区域土壤湿度实时监测，当土壤含水饱和值达到峰值时，对应土壤湿度超标，对雨水的吸收能力下降，多余雨水顺地势地貌向下流淌；

步骤1005、对时间节点t时，对应土壤的湿度值进行评估，即将时间节点t时，对应土壤的湿度值与农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值进行比较，当土壤湿度值在预置的湿度阈值范围内，则不需要启动灌溉设备，记为D₁，当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，则结合天气降雨情况对灌溉设备进行设置,记为D₂，即当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，获取天气预报中降雨情况，根据降雨情况确定灌溉设备的运行情况。

本发明通过构建土壤湿度受环境因子影响的关系模型实时监测土壤的湿度情况，结合雨水对土壤湿度的影响以及土壤中水分的蒸发情况对土壤湿度的影响，对土壤湿度情况进行实时监测，并对时间节点t时对应的土壤湿度进行评估，为后续分析灌溉设备的状态提供数据参照，通过对土壤湿度的实时监测，根据对应土壤湿度的评估情况实时分析灌溉设备的运行状态，从而实现有效灌溉。

进一步的，所述S3中分析地形地貌对灌溉的影响的方法包括以下步骤：

步骤2001、获取灌溉设备标准工作时供水水压β；

步骤2002、将灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度记为γ，其中灌溉设备喷口安装于输水管顶部，输水管垂直安装于农田中，灌溉设备喷口以输水管顶部位置到底部位置为参考方向，将灌溉设备喷口与参考方向的夹角记为γ；

步骤2003、将灌溉设备输水管道底部与农田的交点作为原点，将方向由西到东且垂直原点所在的直线作为x轴，将过原点所在的水平面记为标准水平面，将灌溉设备输水管道底部与农田交点所在直线作为y轴，构建平面直角坐标系；

步骤2004、将地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角记为δ；

步骤2005、根据地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，计算灌溉设备供水时的有效灌溉面积，表达式为：

其中S_(β，γ)表示灌溉设备供水水压为β时，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的有效灌溉面积，V_β表示灌溉设备喷头出水速率，g_s表示水受重力影响的加速度，其中灌溉设备喷口喷水的过程中，水落地只受重力作用，因此水流运动速度向量为

水流位移向量为/>

u表示灌溉时间，根据水流运动速度向量以及水流位移向量构建水流运动轨迹的参数方程，对参数方程进行求解即得到灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ，灌溉设备标准工作时供水水压β时，对应水流的射程，/>

表示原点到落水点之间的距离，/>

表示灌溉设备喷口出水到落地对应有效灌溉区域的扇形面积；

步骤2006、通过数据库获取预置的标准灌溉效率阈值σ，基于有效灌溉面积计算灌溉效率，表达式为：

其中S_pp表示斜坡曲面面积，τ表示灌溉效率，将监测的灌溉效率τ与预置的标准灌溉效率阈值σ进行比较，即当监测的灌溉效率τ在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于正常情况，不需要对水源进行调整，当监测的灌溉效率τ不在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于异常情况，则需要对水源进行调整。

本发明通过设定灌溉设备标准工作时供水水压以及灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度，结合地形地貌与水平面的最大夹角值分析灌溉有效面积，通过计算灌溉效率并通过分析计算结果得到灌溉效率的达标情况，为后续对灌溉设备进行调节提供数据参照，根据灌溉设备工作在标准状态下，通过分析地形地貌与水平面最大夹角值对农田灌溉有效面积的影响，从而得到最终灌溉效率，根据预置的阈值进行判断，当灌溉效率小于阈值时，则需要对灌溉设备供水水压以及灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度进行调节，从而使得灌溉设备工作在最佳状态，提高农田灌溉效率。

进一步的，所述S4中基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节的方法包括以下步骤：

步骤3001、获取步骤1005中对应土壤的湿度值评估结果；

步骤3002、获取步骤2006中对应土壤的灌溉效率值；

步骤3003、若只通过调节灌溉设备喷口角度即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备供水水压为β时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备喷口角度最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备供水水压为β时对应的灌溉设备喷口角度最佳值；

步骤3004、若只通过调节灌溉设备供水水压值即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备供水水压最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的灌溉设备供水水压值最佳值；

步骤3005、若需要调节灌溉设备喷口角度以及灌溉设备供水水压值才能消除地势地貌对灌溉的影响，则基于农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，结合地势地貌情况分析灌溉设备最佳调节方法，构建灌溉设备调节模型，表达式为：

w＝A₁x_J+A₂x_D+A₃x_Y，

其中A₁、A₂、A₃表示回归系数，w表示灌溉设备运行状态，x_J表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，x_D表示灌溉设备喷口角度，x_Y表示灌溉设备供水水压；

步骤3006、获取步骤3005中灌溉设备运行状态表达式，其中

其中w_n表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_n且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时，对应农田灌溉效率，

M_mn表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_m且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时对应灌溉设备的运行状态；

步骤3007、基于灌溉设备调节模型计算灌溉设备运行状态参数最小二乘估算值，表达式为：

则/>

其中

表示灌溉设备运行状态的估计值，/>

表示参数最小二乘估计值，即基于不同地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，结合灌溉设备喷口角度值以及灌溉设备供水水压值，设定灌溉设备的运行状态；

步骤3008、基于显著性检验对最小二乘估算值结果进行检验，表达式为：

其中

根据步骤3007公式可推导得到，即

表示回归平方和，/>

表示残差平方和；

步骤3009、将预置的标准灌溉效率阈值σ作为显著水平条件，根据步骤3008检验结果进行选择，当检验结果在显著水平阈值范围内，则记为有效灌溉最佳情况对应的灌溉设备运行状态。

本发明综合分析不同地势地貌与水平面最大夹角与灌溉设备供水水压以及灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度之间的关系，即当地势地貌与水平面最大夹角对农田灌溉影响较小时，基于标准供水水压时，只需要调节灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度即可使得灌溉设备处于最佳灌溉状态，当地势地貌与水平面最大夹角对农田灌溉影响较小时，基于灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度固定时，只需要调节灌溉供水水压即可使得灌溉设备处于最佳灌溉状态，当地势地貌与水平面最大夹角对农田灌溉影响较大时，需要共同调节灌溉供水水压和灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度时，才能使得灌溉设备工作在最佳状态，根据这三种情况进行综合分析，根据地势地貌与水平面最大夹角值进行实时调整灌溉设备的姿态，从而提高灌溉设备的工作效率。

一种基于设施布控的水源调整管理系统，所述系统包括以下模块：

数据获取模块：所述数据获取模块用于根据农田种植情况进行对应农作物最佳生长环境指标值获取；

土壤湿度分析模块：所述土壤湿度分析模块用于分析农作物对应的土壤湿度与环境之间的关系；

地势分析模块：所述地势分析模块用于分析地势地貌对灌溉的影响；

水源调整管理模块：所述水源调整管理模块用于结合土壤湿度分析模块与地势分析模块中的结果对灌溉设备进行调节。

进一步的，所述数据获取模块包括农作物信息获取单元和农作物生长环境匹配单元：

所述农作物信息获取单元用于获取对应农田种植的农作物基本信息；

所述农作物生长环境匹配单元用于根据农作物的基本信息进行匹配健康生长环境指标。

进一步的，所述土壤湿度分析模块包括环境因素识别单元和土壤湿度监测单元；

所述环境因素识别单元用于实时获取天气情况以及空气湿度情况：

所述土壤湿度监测单元用于根据环境因素识别单元中的数据实时监测土壤湿度变化情况。

进一步的，所述地势分析模块包括地势差分析单元和灌溉情况分析单元：

所述地势差分析单元用于分析灌溉设备周围的地势情况；

所述灌溉情况分析单元用于根据地势差分析单元的分析结果进行监测土壤湿度的情况。

进一步的，所述水源调整管理模块包括综合环境分析单元、供水压力调整单元和喷口角度调整单元：

所述综合环境分析单元用于根据土壤湿度分析模块以及地势分析模块的数据进行灌溉设备的管理；

所述供水压力调整单元用于根据综合环境分析单元的分析结果对灌溉设备供水水压进行调节；

所述喷口角度调整单元用于根据综合环境分析单元的分析结果对灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度进行调节。

本发明通过分析地形地貌、灌溉设备供水水压以及灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度与农田灌溉效率之间的关系，根据不同地形地貌进行实时调节灌溉设备的运行姿态，从而使得灌溉效率保持在阈值范围内，提高灌溉设备的工作效率，实现灌溉最大化，同时也能够合理利用水资源，使得农作物生长保持在最佳湿度环境下，从而提高农作物的生产量。

附图说明

图1是本发明一种基于设施布控的水源调整管理方法的流程示意图；

图2是本发明一种基于设施布控的水源调整管理系统的模块示意图。

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。

实施例一：请参阅图1，本实施例中：

实现了一种基于设施布控的水源调整管理方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取农作物健康生长标准指标；

所述S1中获取农作物健康生长标准指标，根据对应农田种植的农作物，通过数据库查询得到所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度值，记为阈值α。

S2、分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估；

所述S2中分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估的方法包括以下步骤：

步骤1001、获取S1中所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值α；

步骤1002、构建土壤湿度受环境因子影响的关系模型，表达式为：

soil_(t，s)＝TS₀+B₁R^t--B₂E_t-B₃ε，

其中soil_(t，s)表示时间节点为t时，对应土壤的湿度真实值，TS₀表示土壤初始湿度值，B₁、B₂、B₃表示预置的加权系数，R^t-表示农作物在时间节点t前单位时间内对应土壤渗透值，E_t表示时间为t时，土壤受环境因素影响蒸发的水分值，ε表示地表热通量对土壤湿度水分造成的蒸发；

所述土壤湿度受环境因子影响的关系模型用于结合雨水、风速、温度以及地表热通量对土壤湿度的综合影响，通过模型实时监测土壤湿度情况，并将监测土壤的湿度与预置阈值进行比较，从而为判断灌溉设备工作状态提供依据；

步骤1003、分析农作物生长状态，结合环境因素计算土壤t时蒸发的水分值，即农作物生长前期对应的水分蒸发情况记为

农作物生长中后期对应的水分蒸发情况记为

其中农作物生长前期表示对应农作物播种时间小于1个月，农作物生长中后期表示对应农作物播种时间大于1个月；

步骤1004、获取时间节点t前单位时间内对应的降雨量值，根据土壤含水饱和值分析对应区域土壤湿度情况，即根据土壤初始湿度值，结合土壤渗水速率进行对应区域土壤湿度实时监测，当土壤含水饱和值达到峰值时，对应土壤湿度超标，对雨水的吸收能力下降，多余雨水顺地势地貌向下流淌；

步骤1005、对时间节点t时，对应土壤的湿度值进行评估，即将时间节点t时，对应土壤的湿度值与农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值进行比较，当土壤湿度值在预置的湿度阈值范围内，则不需要启动灌溉设备，记为D₁，当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，则结合天气降雨情况对灌溉设备进行设置,记为D₂，即当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，获取天气预报中降雨情况，根据降雨情况确定灌溉设备的运行情况。

S3、分析地形地貌对灌溉的影响；

所述S3中分析地形地貌对灌溉的影响的方法包括以下步骤：

步骤2001、获取灌溉设备标准工作时供水水压β；

步骤2002、将灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度记为γ，其中灌溉设备喷口安装于输水管顶部，输水管垂直安装于农田中；

步骤2003、将灌溉设备输水管道底部与农田的交点作为原点，将方向由西到东且垂直原点所在的直线作为x轴，将过原点所在的水平面记为标准水平面，将灌溉设备输水管道底部与农田交点所在直线作为y轴，构建平面直角坐标系；

步骤2004、将地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角记为δ；

步骤2005、根据地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，计算灌溉设备供水时的有效灌溉面积，表达式为：

其中S_(β，γ)表示灌溉设备供水水压为β时，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的有效灌溉面积，V_β表示灌溉设备喷头出水速率，g_s表示水受重力影响的加速度；

所述有效灌溉面积公式用于根据所述农田需要进行灌溉情况时，灌溉设备工作在出厂设定的状态时，根据地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角不同时，通过计算得到有效灌溉面积，从而为后续分析灌溉设备供水水压与灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度不同时，农田灌溉达标率提供判断依据；

步骤2006、通过数据库获取预置的标准灌溉效率阈值σ，基于有效灌溉面积计算灌溉效率，表达式为：

其中S_pp表示斜坡曲面面积，τ表示灌溉效率，将监测的灌溉效率τ与预置的标准灌溉效率阈值σ进行比较，即当监测的灌溉效率τ在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于正常情况，不需要对水源进行调整，当监测的灌溉效率τ不在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于异常情况，则需要对水源进行调整。

S4、基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节；

所述S4中基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节的方法包括以下步骤：

步骤3001、获取步骤1005中对应土壤的湿度值评估结果；

步骤3002、获取步骤2006中对应土壤的灌溉效率值；

步骤3003、若只通过调节灌溉设备喷口角度即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备供水水压为β时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备喷口角度最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备供水水压为β时对应的灌溉设备喷口角度最佳值；

所述当灌溉设备供水水压为β时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备喷口角度最佳值表达式用于分析当灌溉设备工作时需要对灌溉设备供水水压和灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度进行调整的情况时，只需通过调节灌溉设备喷口角度即可消除地势地貌对灌溉的影响对应的情况；

步骤3004、若只通过调节灌溉设备供水水压值即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备供水水压最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的灌溉设备供水水压值最佳值；

所述当灌溉设备供水水压为β时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备喷口角度最佳值表达式用于分析当灌溉设备工作时需要对灌溉设备供水水压和灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度进行调整的情况时，只需调节灌溉设备供水水压值即可消除地势地貌对灌溉的影响对应的情况；

步骤3005、若需要调节灌溉设备喷口角度以及灌溉设备供水水压值才能消除地势地貌对灌溉的影响，则基于农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，结合地势地貌情况分析灌溉设备最佳调节方法，构建灌溉设备调节模型，表达式为：

w＝A₁x_J+A₂x_D+A₃x_Y，

其中A₁、A₂、A₃表示回归系数，w表示灌溉设备运行状态，x_J表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，x_D表示灌溉设备喷口角度，x_Y表示灌溉设备供水水压；

所述灌溉设备调节模型，将灌溉设备供水水压、灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度以及地势地貌所有组合进行罗列，根据不同情况进行组合分析，并对每一种组合情况进行输出灌溉设备的运行状态，为判断对应场景下灌溉效率最佳情况下对应的灌溉设备工作状态；

步骤3006、获取步骤3005中灌溉设备运行状态表达式，其中

其中w_n表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_n且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时，对应农田灌溉效率，

M_mn表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_m且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时对应灌溉设备的运行状态；

步骤3007、基于灌溉设备调节模型计算灌溉设备运行状态参数最小二乘估算值，表达式为：

则/>

其中

表示灌溉设备运行状态的估计值，/>

表示参数最小二乘估计值，即基于不同地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，结合灌溉设备喷口角度值以及灌溉设备供水水压值，设定灌溉设备的运行状态；

步骤3008、基于显著性检验对最小二乘估算值结果进行检验，表达式为：

其中

根据步骤3007公式可推导得到，即

表示回归平方和，/>

表示残差平方和；

步骤3009、将预置的标准灌溉效率阈值σ作为显著水平条件，根据步骤3008检验结果进行选择，当检验结果在显著水平阈值范围内，则记为有效灌溉最佳情况对应的灌溉设备运行状态。

本实施例中：

公开了一种基于设施布控的水源调整管理系统(如图2所示)，所述系统用于实现方法的具体方案内容。

实施例二：设定所需灌溉土壤湿度的评估结果不在阈值范围内，则需要开启灌溉设备进行工作，设定灌溉设备供水水压为10米/0.1Mpa，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为45°，则对应农田的有效灌溉面积为：

则对应灌溉效率为：

当τ<σ时，根据灌溉设备工作状态进行水源调节，此时灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为45°，当地势地貌与标准水平面最大夹角过大时，存在喷口出水不能达到灌溉边界区域，则需要进行灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度调节，通过公式计算可以得到灌溉设备喷口角度最佳值为：

实施例三：设定所需灌溉土壤湿度的评估结果不在阈值范围内，则需要开启灌溉设备进行工作，设定灌溉设备供水装置压力为标准值β，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为135°时，地势地貌与标准水平面最大夹角为20°时，对应农田的有效灌溉面积为：

则对应灌溉效率为：

当τ₁<σ时，根据灌溉设备工作状态进行水源调节，此时灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为135°，地势地貌与标准水平面最大夹角为20°时，此时只需要调节灌溉设备供水水压值即可消除地势地貌对灌溉的影响，则对应灌溉设备供水水压最佳值为：

实施例四：设定灌溉设备供水装置压力为标准值β，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为30°时，地势地貌与标准水平面最大夹角为10°时，对应农田的有效灌溉面积为：

则对应灌溉效率为：

当τ₂<σ时，根据灌溉设备工作状态进行水源调节，此时灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为30°，地势地貌与标准水平面最大夹角为10°，灌溉设备供水装置压力为标准值β时，此时单一调节灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度或调节灌溉设备供水水压值不能使得灌溉效率最大化，则需要同时调节灌溉设备喷口角度以及灌溉设备供水水压值才能消除地势地貌对灌溉的影响，通过灌溉设备运行状态表达式查询地势地貌与标准水平面最大夹角为10°对应的灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度与灌溉设备供水装置的最佳情况，即此时最佳情况的调整方法即可满足灌溉最大化。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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)

1.一种基于设施布控的水源调整管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、获取农作物健康生长标准指标；

S2、分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估；

S3、分析地形地貌对灌溉的影响；

S4、基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于设施布控的水源调整管理方法，其特征在于，所述S1中获取农作物健康生长标准指标，根据对应农田种植的农作物，通过数据库查询得到所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度值，记为阈值α。

3.根据权利要求2所述的一种基于设施布控的水源调整管理方法，其特征在于，所述S2中分析农作物对应的土壤湿度受环境因素的影响，并对分析结果进行评估的方法包括以下步骤：

步骤1001、获取S1中所述农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值α；

步骤1002、构建土壤湿度受环境因子影响的关系模型，表达式为：

soil_(t，s)＝TS₀+B₁R^t--B₂E_t-B₃ε，

其中soil_(t，s)表示时间节点为t时，对应土壤的湿度真实值，TS₀表示土壤初始湿度值，B₁、B₂、B₃表示预置的加权系数，R^t-表示农作物在时间节点t前单位时间内对应土壤渗透值，E_t表示时间为t时，土壤受环境因素影响蒸发的水分值，ε表示地表热通量对土壤湿度水分造成的蒸发；

步骤1003、分析农作物生长状态，结合环境因素计算土壤t时蒸发的水分值，即农作物生长前期对应的水分蒸发情况记为

农作物生长中后期对应的水分蒸发情况记为/>

其中农作物生长前期表示对应农作物播种时间小于1个月，农作物生长中后期表示对应农作物播种时间大于1个月；

步骤1004、获取时间节点t前单位时间内对应的降雨量值，根据土壤含水饱和值分析对应区域土壤湿度情况，即根据土壤初始湿度值，结合土壤渗水速率进行对应区域土壤湿度实时监测，当土壤含水饱和值达到峰值时，对应土壤湿度超标，对雨水的吸收能力下降，多余雨水顺地势地貌向下流淌；

步骤1005、对时间节点t时，对应土壤的湿度值进行评估，即将时间节点t时，对应土壤的湿度值与农作物最佳生长状态对应的土壤湿度阈值进行比较，当土壤湿度值在预置的湿度阈值范围内，则不需要启动灌溉设备，记为D₁，当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，则结合天气降雨情况对灌溉设备进行设置,记为D₂，即当土壤湿度值不在预置的湿度阈值范围内，获取天气预报中降雨情况，根据降雨情况确定灌溉设备的运行情况。

4.根据权利要求3所述的一种基于设施布控的水源调整管理方法，其特征在于，所述S3中分析地形地貌对灌溉的影响的方法包括以下步骤：

步骤2001、获取灌溉设备标准工作时供水水压β；

步骤2002、将灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度记为γ，其中灌溉设备喷口安装于输水管顶部，输水管垂直安装于农田中；

步骤2003、将灌溉设备输水管道底部与农田的交点作为原点，将方向由西到东且垂直原点所在的直线作为x轴，将过原点所在的水平面记为标准水平面，将灌溉设备输水管道底部与农田交点所在直线作为y轴，构建平面直角坐标系；

步骤2004、将地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角记为δ；

步骤2005、根据地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，计算灌溉设备供水时的有效灌溉面积，表达式为：

其中S_(β，γ)表示灌溉设备供水水压为β时，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的有效灌溉面积，V_β表示灌溉设备喷头出水速率，g_s表示水受重力影响的加速度；

步骤2006、通过数据库获取预置的标准灌溉效率阈值σ，基于有效灌溉面积计算灌溉效率，表达式为：

其中S_pp表示斜坡曲面面积，τ表示灌溉效率，将监测的灌溉效率τ与预置的标准灌溉效率阈值σ进行比较，即当监测的灌溉效率τ在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于正常情况，不需要对水源进行调整，当监测的灌溉效率τ不在预置的标准灌溉效率阈值σ范围内属于异常情况，则需要对水源进行调整。

5.根据权利要求4所述的一种基于设施布控的水源调整管理方法，其特征在于，所述S4中基于S2中评估结果，结合S3中分析结果对灌溉设备进行调节的方法包括以下步骤：

步骤3001、获取步骤1005中对应土壤的湿度值评估结果；

步骤3002、获取步骤2006中对应土壤的灌溉效率值；

步骤3003、若只通过调节灌溉设备喷口角度即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备供水水压为β时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备喷口角度最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备供水水压为β时对应的灌溉设备喷口角度最佳值；

步骤3004、若只通过调节灌溉设备供水水压值即可消除地势地貌对灌溉的影响时，则当灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时，结合地势地貌情况进行计算灌溉设备供水水压最佳值，表达式为：

其中

表示农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度为γ时对应的灌溉设备供水水压值最佳值；

步骤3005、若需要调节灌溉设备喷口角度以及灌溉设备供水水压值才能消除地势地貌对灌溉的影响，则基于农作物所对应田地需要进行灌溉情况下，结合地势地貌情况分析灌溉设备最佳调节方法，构建灌溉设备调节模型，表达式为：

w＝A₁x_J+A₂x_D+A₃x_Y，

其中A₁、A₂、A₃表示回归系数，w表示灌溉设备运行状态，x_J表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，x_D表示灌溉设备喷口角度，x_Y表示灌溉设备供水水压；

步骤3006、获取步骤3005中灌溉设备运行状态表达式，其中

其中w_n表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_n且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时，对应农田灌溉效率，

M_mn表示地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角为δ_m且灌溉设备喷口角度为γ_n且灌溉设备供水水压为β_n时对应灌溉设备的运行状态；

步骤3007、基于灌溉设备调节模型计算灌溉设备运行状态参数最小二乘估算值，表达式为：

则/>

其中

表示灌溉设备运行状态的估计值，/>

表示参数最小二乘估计值，即基于不同地势地貌与灌溉设备输水管道底部所在曲面相对于标准水平面的最大夹角，结合灌溉设备喷口角度值以及灌溉设备供水水压值，设定灌溉设备的运行状态；

步骤3008、基于显著性检验对最小二乘估算值结果进行检验，表达式为：

其中

根据步骤3007公式可推导得到，即

表示回归平方和，/>

表示残差平方和；

步骤3009、将预置的标准灌溉效率阈值σ作为显著水平条件，根据步骤3008检验结果进行选择，当检验结果在显著水平阈值范围内，则记为有效灌溉最佳情况对应的灌溉设备运行状态。

6.一种基于设施布控的水源调整管理系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：

数据获取模块：所述数据获取模块用于根据农田种植情况进行对应农作物最佳生长环境指标值获取；

土壤湿度分析模块：所述土壤湿度分析模块用于分析农作物对应的土壤湿度与环境之间的关系；

地势分析模块：所述地势分析模块用于分析地势地貌对灌溉的影响；

水源调整管理模块：所述水源调整管理模块用于结合土壤湿度分析模块与地势分析模块中的结果对灌溉设备进行调节。

7.根据权利要求6所述的一种基于设施布控的水源调整管理系统，其特征在于，所述数据获取模块包括农作物信息获取单元和农作物生长环境匹配单元：

所述农作物信息获取单元用于获取对应农田种植的农作物基本信息；

所述农作物生长环境匹配单元用于根据农作物的基本信息进行匹配健康生长环境指标。

8.根据权利要求7所述的一种基于设施布控的水源调整管理系统，其特征在于，所述土壤湿度分析模块包括环境因素识别单元和土壤湿度监测单元：

所述环境因素识别单元用于实时获取天气情况以及空气湿度情况；

所述土壤湿度监测单元用于根据环境因素识别单元中的数据实时监测土壤湿度变化情况。

9.根据权利要求8所述的一种基于设施布控的水源调整管理系统，其特征在于，所述地势分析模块包括地势差分析单元和灌溉情况分析单元：

所述地势差分析单元用于分析灌溉设备周围的地势情况；

所述灌溉情况分析单元用于根据地势差分析单元的分析结果进行监测土壤湿度的情况。

10.根据权利要求9所述的一种基于设施布控的水源调整管理系统，其特征在于，所述水源调整管理模块包括综合环境分析单元、供水压力调整单元和喷口角度调整单元：

所述综合环境分析单元用于根据土壤湿度分析模块以及地势分析模块的数据进行灌溉设备的管理；

所述供水压力调整单元用于根据综合环境分析单元的分析结果对灌溉设备供水水压进行调节；

所述喷口角度调整单元用于根据综合环境分析单元的分析结果对灌溉设备喷口与灌溉设备的输水管相对角度进行调节。

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