CN117502199A - 一种草原生态恢复用灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及灌溉系统的技术领域，提供了一种草原生态恢复用灌溉系统，包括草原监测终端、灌溉控制分析终端和灌溉终端；草原监测终端用于实时监测草原区域的环境参数信息；环境参数信息包括土壤湿度数据、气温数据、植被类型数据、降水量数据和植被覆盖率数据；灌溉控制分析终端用于根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；灌溉终端用于根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作。本发明具有提高灌溉系统的灌溉质量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及灌溉系统的技术领域，具体涉及一种草原生态恢复用灌溉系统。
背景技术
草原通常被定义为主要由草本植物组成的植被类型，而不是由树木主导的森林或沙漠等。这种生态系统在地球上广泛分布，包括大草原、草甸、牧草地和高山草甸等各种类型。灌溉系统是一种人工设计和安装的水资源管理系统，旨在有效地将水分输送到农田、花园或其他植被区域，以满足植物的水分需求。灌溉系统的目的是通过合理使用水资源，提高植物生长的效率和产量，特别是在干旱或水资源稀缺的地区。草原生态恢复用灌溉系统是一种旨在支持和促进草原生态系统的恢复和保护的灌溉系统。这类系统通常设计用于在草原地区进行植被修复、生态恢复或土地再植被化项目。它们的目标是提供适量的水分，以帮助草本植物重新建立和增强土地的生态功能。
现在已经开发出了很多灌溉系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有技术的灌溉系统有如公开号为CN101091449A、CN101208155A、CN103327808A、EP1866101A2、US20200221653A1、JP2008231703A所公开的灌溉系统，这些灌溉系统一般包括：灌溉指令接收终端、灌溉控制终端和灌溉终端；灌溉指令接收终端用于接收来自操作员发送的灌溉指令；灌溉控制终端用于处理灌溉指令并控制灌溉终端；灌溉终端由操作员预先安装于对应的位置，用于实施灌溉操作。由于上述灌溉系统的灌溉方式较为单一，不利于高效地对草原区域进行灌溉，造成了灌溉系统的灌溉质量降低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述灌溉系统存在的不足，提出一种草原生态恢复用灌溉系统。
本发明采用如下技术方案：
一种草原生态恢复用灌溉系统，包括草原监测终端、灌溉控制分析终端和灌溉终端；所述草原监测终端用于实时监测草原区域的环境参数信息；所述环境参数信息包括土壤湿度数据、气温数据、植被类型数据、降水量数据和植被覆盖率数据；所述灌溉控制分析终端用于根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；所述灌溉终端用于根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作；
所述草原监测终端包括土壤湿度传感模块、气温传感模块、植被类型监测模块、降水量监测模块和植被覆盖率监测模块；所述土壤湿度传感模块用于实时获取草原区域的土壤湿度数据；所述气温传感模块用于实时获取草原区域的气温数据；所述植被类型监测模块用于获取草原区域的植被类型数据；所述降水量监测模块用于实时监测草原区域的降水量数据；所述植被覆盖率监测模块用于实时获取草原区域的植被覆盖率数据。
可选的，所述灌溉控制分析终端包括草原分区模块、分区数据管理模块、分区数据分析模块和灌溉控制指令生成模块；所述草原分区模块用于获取来自管理员输入的草原区域分区信息；所述分区数据管理模块用于管理各个分区的环境参数信息；所述分区数据分析模块用于为各个分区进行分区数据分析；所述灌溉控制指令生成模块用于根据各个分区的分区数据分析结果，生成对应的灌溉控制指令。
可选的，所述分区数据分析模块包括灌溉需求指数计算子模块和灌溉参数选择子模块；所述灌溉需求指数计算子模块用于为每个分区计算对应的灌溉需求指数；所述灌溉参数选择子模块用于根据灌溉需求指数为每个分区选择对应的灌溉参数；
当所述灌溉需求指数计算子模块工作时，满足以下式子：
；
；
其中，G表示对应分区的灌溉需求指数；λ1和λ2分别表示第一指数值转换系数和第二指数值转换系数，均由管理员根据经验设定；T表示分区的气温数据中的温度数值；P表示分区的降水量数值；k1和k2分别表示不同的转化系数，均由管理员根据经验设定；W表示分区的土壤湿度数据中的土壤湿度数值；f1(S)表示基于分区的植被类型数据的选值函数；sref表示基准数值，由管理员根据经验设定；S=1表示分区的植被处于休眠期或萌芽期；S=2表示分区的植被处于结果期或成熟期；S=3表示分区的植被处于生长期或开花期；
当所述灌溉参数选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，C(G)表示基于灌溉需求指数的灌溉参数选择函数；g1至g3分别表示不同的选取阈值，均由管理员根据经验设定；a1至a4分别表示不同每周灌溉次数，均由管理员根据经验预先设定。
可选的，所述分区数据分析模块还包括灌溉水量调整需求指数计算子模块和灌溉水量调节值选择子模块；所述灌溉水量调整需求指数计算子模块用于根据分区面积、分区内植被类型数和分区内植物平均高度计算对应分区的灌溉水量调整需求指数；所述灌溉水量调节值选择子模块用于根据灌溉水量调整需求指数为对应的分区选择对应的灌溉水量调节值；
当所述灌溉水量调整需求指数计算子模块计算时，满足以下式子：
；
；
其中，J表示对应分区的灌溉水量调整需求指数；β1和β2分别表示不同的调整指数值转化系数，均由管理员根据经验设定；areas表示对应分区的分区面积数值；kind表示分区内植被类型总数；表示分区内植物平均高度数值；f2(kind)表示基于分区内植被类型总数的系数选择函数；
当所述灌溉水量调节值选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，water(J)表示基于灌溉水量调整需求指数的灌溉水量调节值选择函数；Δ1至Δ3分别表示不同的灌溉水量调节值，均由管理员根据经验预先设定；j1和j2分别表示调节值选择阈值，均由管理员根据经验设定。
可选的，所述灌溉控制指令生成模块包括灌溉频率控制参数生成子模块、灌溉水量调节控制参数生成子模块和灌溉控制指令生成子模块；所述灌溉频率控制参数生成子模块用于根据已选定的每周灌溉次数生成灌溉频率控制参数；所述灌溉水量调节控制参数生成子模块用于根据已选定的灌溉水量调节值生成灌溉水量调节控制参数；所述灌溉控制指令生成子模块用于根据灌溉频率控制参数和灌溉水量调节控制参数生成对应的灌溉控制指令。
一种草原生态恢复用灌溉方法，应用于如上述的一种草原生态恢复用灌溉系统，所述草原生态恢复用灌溉方法包括：
S1，实时监测草原区域的环境参数信息；
S2，根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；
S3，根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作。
本发明所取得的有益效果是：
1、草原监测终端、灌溉控制分析终端和灌溉终端的设置有利于提高自动灌溉的准确性和及时性，通过提高监测数据的维度和准确度提高灌溉控制分析结果的准确性，结合预设于草原区域的灌溉终端提高了灌溉的效率，从而有利于提高灌溉系统的灌溉质量；
2、土壤湿度传感模块、气温传感模块、植被类型监测模块、降水量监测模块和植被覆盖率监测模块的设置有利于同时获取草原区域中多维度的监测数据，提高了监测数据获取的效率和准确性，从而有利于提高灌溉质量；
3、草原分区模块、分区数据管理模块、分区数据分析模块和灌溉控制指令生成模块的设置有利于将草原区域的监测数据进行分区管理，进而有利于高效地实现分区灌溉控制，从而有利于提高灌溉系统的灌溉质量；
4、灌溉需求指数计算子模块和灌溉参数选择子模块的设置配合灌溉需求指数算法，有利于提高各个分区的灌溉需求指数的准确性，进而提高各个分区的灌溉参数的准确性，从而使得草原区域整体的灌溉质量得到提升；
5、灌溉水量调整需求指数计算子模块和灌溉水量调节值选择子模块的设置配合灌溉水量调整需求指数算法，有利于进一步提高各个分区的灌溉水量调节值的准确性，使得每次灌溉都能适应不同分区的具体情况，从而有利于进一步提高灌溉系统的灌溉质量；
6、灌溉频率控制参数生成子模块、灌溉水量调节控制参数生成子模块和灌溉控制指令生成子模块的设置有利于同时生成灌溉频率控制参数和灌溉水量调节控制参数，提高了灌溉控制指令生成的效率和准确性，从而有利于提高灌溉质量；
7、灌溉模块和滴灌机器人模块的设置有利于丰富灌溉模式，提高灌溉系统的适应性和准确性，从而提高灌溉质量；
8、分区监测无人机、图像分析子模块、滴灌需求指数计算子模块和滴灌操作判定子模块的设置配合滴灌需求指数算法，有利于提高滴灌需求指数的计算效率和准确性，提高了滴灌操作的准确性和及时性，从而更进一步地提高了灌溉系统的灌溉质量。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中分区数据分析模块的结构示意图；
图3为本发明中灌溉控制指令生成模块的结构示意图；
图4为本发明中一种草原生态恢复用灌溉方法的方法流程示意图；
图5为本发明中灌溉终端的结构示意图；
图6为本发明另一实施例中分区数据分析模块的结构示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸描绘，事先声明。以下实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：本实施例提供了一种草原生态恢复用灌溉系统。结合图1所示，一种草原生态恢复用灌溉系统，包括草原监测终端、灌溉控制分析终端和灌溉终端；所述草原监测终端用于实时监测草原区域的环境参数信息；所述环境参数信息包括土壤湿度数据、气温数据、植被类型数据、降水量数据和植被覆盖率数据；所述灌溉控制分析终端用于根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；所述灌溉终端用于根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作；
所述草原监测终端包括土壤湿度传感模块、气温传感模块、植被类型监测模块、降水量监测模块和植被覆盖率监测模块；所述土壤湿度传感模块用于实时获取草原区域的土壤湿度数据；所述气温传感模块用于实时获取草原区域的气温数据；所述植被类型监测模块用于获取草原区域的植被类型数据；所述降水量监测模块用于实时监测草原区域的降水量数据；所述植被覆盖率监测模块用于实时获取草原区域的植被覆盖率数据。
可选的，所述灌溉控制分析终端包括草原分区模块、分区数据管理模块、分区数据分析模块和灌溉控制指令生成模块；所述草原分区模块用于获取来自管理员输入的草原区域分区信息；所述分区数据管理模块用于管理各个分区的环境参数信息；所述分区数据分析模块用于为各个分区进行分区数据分析；所述灌溉控制指令生成模块用于根据各个分区的分区数据分析结果，生成对应的灌溉控制指令。
可选的，结合图2所示，所述分区数据分析模块包括灌溉需求指数计算子模块和灌溉参数选择子模块；所述灌溉需求指数计算子模块用于为每个分区计算对应的灌溉需求指数；所述灌溉参数选择子模块用于根据灌溉需求指数为每个分区选择对应的灌溉参数；
当所述灌溉需求指数计算子模块工作时，满足以下式子：
；
；
其中，G表示对应分区的灌溉需求指数；λ1和λ2分别表示第一指数值转换系数和第二指数值转换系数，均由管理员根据经验设定；T表示分区的气温数据中的温度数值；P表示降水量数据中分区的降水量数值；k1和k2分别表示不同的转化系数，均由管理员根据经验设定；W表示分区的土壤湿度数据中的土壤湿度数值；f1(S)表示基于分区的植被类型数据的选值函数；sref表示基准数值，由管理员根据经验设定；S=1表示分区的植被处于休眠期或萌芽期；S=2表示分区的植被处于结果期或成熟期；S=3表示分区的植被处于生长期或开花期；
当所述灌溉参数选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，C(G)表示基于灌溉需求指数的灌溉参数选择函数；g1至g3分别表示不同的选取阈值，均由管理员根据经验设定；a1至a4分别表示不同每周灌溉次数，均由管理员根据经验预先设定。
可选的，所述分区数据分析模块还包括灌溉水量调整需求指数计算子模块和灌溉水量调节值选择子模块；所述灌溉水量调整需求指数计算子模块用于根据分区面积、分区内植被类型数和分区内植物平均高度计算对应分区的灌溉水量调整需求指数；所述灌溉水量调节值选择子模块用于根据灌溉水量调整需求指数为对应的分区选择对应的灌溉水量调节值；
当所述灌溉水量调整需求指数计算子模块计算时，满足以下式子：
；
；
其中，J表示对应分区的灌溉水量调整需求指数；β1和β2分别表示不同的调整指数值转化系数，均由管理员根据经验设定；areas表示对应分区的分区面积数值；kind表示分区内植被类型总数；表示分区内植物平均高度数值；f2(kind)表示基于分区内植被类型总数的系数选择函数；
当所述灌溉水量调节值选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，water(J)表示基于灌溉水量调整需求指数的灌溉水量调节值选择函数；Δ1至Δ3分别表示不同的灌溉水量调节值，均由管理员根据经验预先设定；j1和j2分别表示调节值选择阈值，均由管理员根据经验设定。
可选的，结合图3所示，所述灌溉控制指令生成模块包括灌溉频率控制参数生成子模块、灌溉水量调节控制参数生成子模块和灌溉控制指令生成子模块；所述灌溉频率控制参数生成子模块用于根据已选定的每周灌溉次数生成灌溉频率控制参数；所述灌溉水量调节控制参数生成子模块用于根据已选定的灌溉水量调节值生成灌溉水量调节控制参数；所述灌溉控制指令生成子模块用于根据灌溉频率控制参数和灌溉水量调节控制参数生成对应的灌溉控制指令。
一种草原生态恢复用灌溉方法，应用于如上述的一种草原生态恢复用灌溉系统，结合图4所示，所述草原生态恢复用灌溉方法包括：
S1，实时监测草原区域的环境参数信息；
S2，根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；
S3，根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作。
实施例二：本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种草原生态恢复用灌溉系统，结合图5所示，所述灌溉终端包括灌溉模块和滴灌机器人模块；每个分区均安装有对应的所述灌溉模块；所述灌溉模块用于根据灌溉控制指令对分区进行灌溉；所述滴灌机器人模块用于移动至对应的分区进行滴灌操作。所述草原监测终端还包括分区监测无人机；所述分区监测无人机用于对各个分区进行俯视拍摄，生成分区航拍图像信息。
结合图6所示，所述分区数据分析模块还包括图像分析子模块、滴灌需求指数计算子模块和滴灌操作判定子模块；所述图像分析子模块用于获取并分析各个分区的分区航拍图像信息；所述滴灌需求指数计算子模块用于根据分区航拍图像信息和图像分析结果计算对应分区的滴灌需求指数；所述滴灌操作判定子模块用于根据滴灌需求指数生成对应的滴灌判定信息；所述滴灌机器人模块用于根据滴灌判定信息为对应的分区进行滴灌操作。
当所述滴灌需求指数计算子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，drip表示对应分区的滴灌需求指数；Yref表示基准面积分值，由管理员根据经验设定；areas表示对应分区的分区面积数值；δ1和δ2分别表示不同的滴灌需求分值转换系数，均由管理员根据经验设定；ngreen表示分区航拍图像信息中绿色像素点的总数；nall表示分区航拍图像信息中绿色全部像素点的总数；mgreen表示分区航拍图像信息中全部绿色像素点的灰度值总和。
当时，所述滴灌操作判定子模块生成用于表示分区需要进行滴灌操作的滴灌判定信息；当/>时，所述滴灌操作判定子模块生成用于表示分区不需要进行滴灌操作的滴灌判定信息；Dref表示滴灌判定阈值，由管理员根据经验设定。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素是可以更新的。
Claims (6)
1.一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，包括草原监测终端、灌溉控制分析终端和灌溉终端；所述草原监测终端用于实时监测草原区域的环境参数信息；所述环境参数信息包括土壤湿度数据、气温数据、植被类型数据、降水量数据和植被覆盖率数据；所述灌溉控制分析终端用于根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；所述灌溉终端用于根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作；
所述草原监测终端包括土壤湿度传感模块、气温传感模块、植被类型监测模块、降水量监测模块和植被覆盖率监测模块；所述土壤湿度传感模块用于实时获取草原区域的土壤湿度数据；所述气温传感模块用于实时获取草原区域的气温数据；所述植被类型监测模块用于获取草原区域的植被类型数据；所述降水量监测模块用于实时监测草原区域的降水量数据；所述植被覆盖率监测模块用于实时获取草原区域的植被覆盖率数据。
2.如权利要求1所述的一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，所述灌溉控制分析终端包括草原分区模块、分区数据管理模块、分区数据分析模块和灌溉控制指令生成模块；所述草原分区模块用于获取来自管理员输入的草原区域分区信息；所述分区数据管理模块用于管理各个分区的环境参数信息；所述分区数据分析模块用于为各个分区进行分区数据分析；所述灌溉控制指令生成模块用于根据各个分区的分区数据分析结果，生成对应的灌溉控制指令。
3.如权利要求2所述的一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，所述分区数据分析模块包括灌溉需求指数计算子模块和灌溉参数选择子模块；所述灌溉需求指数计算子模块用于为每个分区计算对应的灌溉需求指数；所述灌溉参数选择子模块用于根据灌溉需求指数为每个分区选择对应的灌溉参数；
当所述灌溉需求指数计算子模块工作时，满足以下式子：
；
；
其中，G表示对应分区的灌溉需求指数；λ1和λ2分别表示第一指数值转换系数和第二指数值转换系数；T表示分区的气温数据中的温度数值；P表示分区的降水量数值；k1和k2分别表示不同的转化系数；W表示分区的土壤湿度数据中的土壤湿度数值；f1(S)表示基于分区的植被类型数据的选值函数；sref表示基准数值；S=1表示分区的植被处于休眠期或萌芽期；S=2表示分区的植被处于结果期或成熟期；S=3表示分区的植被处于生长期或开花期；
当所述灌溉参数选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，C(G)表示基于灌溉需求指数的灌溉参数选择函数；g1至g3分别表示不同的选取阈值；a1至a4分别表示不同每周灌溉次数。
4.如权利要求3所述的一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，所述分区数据分析模块还包括灌溉水量调整需求指数计算子模块和灌溉水量调节值选择子模块；所述灌溉水量调整需求指数计算子模块用于根据分区面积、分区内植被类型数和分区内植物平均高度计算对应分区的灌溉水量调整需求指数；所述灌溉水量调节值选择子模块用于根据灌溉水量调整需求指数为对应的分区选择对应的灌溉水量调节值；
当所述灌溉水量调整需求指数计算子模块计算时，满足以下式子：
；
；
其中，J表示对应分区的灌溉水量调整需求指数；β1和β2分别表示不同的调整指数值转化系数；areas表示对应分区的分区面积数值；kind表示分区内植被类型总数；表示分区内植物平均高度数值；f2(kind)表示基于分区内植被类型总数的系数选择函数；
当所述灌溉水量调节值选择子模块工作时，满足以下式子：
；
其中，water(J)表示基于灌溉水量调整需求指数的灌溉水量调节值选择函数；Δ1至Δ3分别表示不同的灌溉水量调节值；j1和j2分别表示调节值选择阈值。
5.如权利要求4所述的一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，所述灌溉控制指令生成模块包括灌溉频率控制参数生成子模块、灌溉水量调节控制参数生成子模块和灌溉控制指令生成子模块；所述灌溉频率控制参数生成子模块用于根据已选定的每周灌溉次数生成灌溉频率控制参数；所述灌溉水量调节控制参数生成子模块用于根据已选定的灌溉水量调节值生成灌溉水量调节控制参数；所述灌溉控制指令生成子模块用于根据灌溉频率控制参数和灌溉水量调节控制参数生成对应的灌溉控制指令。
6.一种草原生态恢复用灌溉方法，应用于如权利要求5所述的一种草原生态恢复用灌溉系统，其特征在于，所述草原生态恢复用灌溉方法包括：
S1，实时监测草原区域的环境参数信息；
S2，根据环境参数信息进行灌溉控制分析，生成灌溉控制指令；
S3，根据灌溉控制指令对草原区域进行灌溉操作。
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