CN117686443B - 马铃薯种植基质水分监测方法和系统 - Google Patents
马铃薯种植基质水分监测方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种马铃薯种植基质水分监测方法和系统，涉及检测技术领域。所述方法包括：在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息；通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个和第i+1个时刻的水分含量信息；分别获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻和第i+1个时刻的关系函数；获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；确定每株马铃薯的根系范围；确定水分需求系数，并确定预测补水时刻。根据本发明，可准确确定每株马铃薯对于水分的需求，便于为每株马铃薯提供适宜的水分供给，促进马铃薯的正常生长和发育，提高产量和品质。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种马铃薯种植基质水分监测方法和系统。
背景技术
在相关技术中，CN108872326A公开了一种种植环境水分检测方法，其步骤为先对至少一种植环境样本进行检测以取得样本初始导电度及样本初始介电常数，且对种植环境样本注入一定数量的水分以改变其湿度比，然后再次进行检测以取得复数样本变化导电度及复数样本变化介电常数，接着对样本初始导电度、样本初始介电常数、各样本变化导电度、及各样本变化介电常数进行计算以产生复数对比值，并提取各对比值较为接近的部分以产生至少一回归值；另外拿取至少一与种植环境样本相符的待检种植样本进行检测以取得其待检导电度及待检介电常数，且对待检导电度、待检介电常数、及回归值进行计算以取得待检种植样本的含水率，从而能够正确量测土壤水分。
CN114252458A公开了一种农业种植用土壤水分检测装置，包括检测装置主体，所述检测装置主体为PVC材质构件，所述检测装置主体的表面设置有显示屏，所述显示屏的内侧对应于检测装置主体的内部设置有湿度值显示，所述检测装置主体的内部设置有光照值显示，所述检测装置主体的内侧设置有酸碱度值显示，所述检测装置主体的底端对称设置有探针；通过设计的橡胶卡块、环形毛刷、防护块、连接板，改善该土壤水分检测装置在使用后，通过抹布擦拭清理的方式存在一定不便的现象，通过该结构增加土壤水分检测装置在使用后的清理便捷度，且通过连接板的连接，使对称设置的探针同步清理，从而便于使用。
因此，相关技术中，可对土壤中的水分含量进行检测，但未对检测的结果进行利用，无法确定补水的时机，难以满足种植物对于水分的需求，从而难以更好地完成种植工作。
公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种马铃薯种植基质水分监测方法和系统，解决了难以确定土壤的补水时机的技术问题。
根据本发明的第一方面，提供一种马铃薯种植基质水分监测方法，包括：在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
根据本发明，根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数，包括：根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数；根据各株马铃薯的根系范围，确定各株马铃薯的根系范围的边界；根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数；根据所述马铃薯种植基质水分含量变化系数和所述马铃薯种植基质水分流失速度系数，确定所述水分需求系数。
根据本发明，根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据各株马铃薯的根系范围，获取各株马铃薯的根系范围的体积；根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数。
根据本发明，根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据公式确定马铃薯种植基质水分含量变化系数/>，其中，/>为第j株马铃薯的根系范围，/>为第j株马铃薯的根系范围的体积，/>为第i个时刻的关系函数，/>为第i+1个时刻的关系函数，为第i个时刻，/>为第i+1个时刻，M为马铃薯的数量，j≤M，且j和M均为正整数。
根据本发明，根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：确定处于预设区域的边缘位置上的马铃薯；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定所述处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的面向所述预设区域外侧的第一边界；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定种植基质表面的第二边界，以及各株马铃薯的根系范围在深度方向的最大值对应的第三边界；根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数。
根据本发明，根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：根据公式确定马铃薯种植基质水分流失速度系数/>,其中，/>为处于预设区域的边缘位置上的第q个马铃薯的面向预设区域外侧的第一边界，Q为处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的数量，/>为第i个时刻的关系函数，/>为第i+1个时刻的关系函数，/>为第i个时刻，/>为第i+1个时刻，/>为第j株马铃薯的根系范围的第二边界，/>第j株马铃薯的根系范围的第三边界，M为马铃薯的数量，s为曲面微元，j≤M，q≤Q，且q、Q、j和M均为正整数。
根据本发明，根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻，包括：根据所述第i+1个时刻的关系函数，以及每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置，确定每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量；根据每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量，确定预测平均水分含量；根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
根据本发明，根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻，包括：根据公式确定预测补水时刻/>，其中，/>为预测平均水分含量，/>为预设的水分含量下限，/>为水分需求系数，/>为第i+1个时刻。
根据本发明的第二方面，提供一种马铃薯种植基质水分监测系统，所述系统包括：采样位置信息模块，用于在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；水分含量模块，用于通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；第i个时刻的关系函数模块，用于根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；第i+1个时刻的关系函数模块，用于在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；种植位置模块，用于获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；根系范围模块，用于根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；水分需求系数模块，用于根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；预测补水时刻模块，用于根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
技术效果：根据本发明，可建立水分含量与位置信息之间的关系函数，可更准确地了解不同位置的水分分布情况，有助于根据实际需求进行精确的补水管理。根据马铃薯的种植位置和根系范围，结合水分需求系数的计算，可准确确定每株马铃薯对于水分的需求，便于为每株马铃薯提供适宜的水分供给，促进马铃薯的正常生长和发育，提高产量和品质。通过根据预测的补水时刻进行精准灌溉，可减少过度灌溉或不足灌溉的问题，从而促进植被生长和土壤健康。在确定马铃薯种植基质水分含量变化系数时，可求解各株马铃薯的根系范围内单位体积的水分含量变化速度，获得马铃薯种植基质水分含量变化系数，可量化水分在马铃薯植株根系范围内的变化情况，有助于了解马铃薯植株对基质中水分的平均变化速度，从而可为确定马铃薯对于水分的需求提供数据基础。也可根据该系数的大小和趋势来调整灌溉策略，使马铃薯植株获得适当的水分，提高产量和质量。在确定马铃薯种植基质水分流失速度系数时，可根据马铃薯的根系范围来确定马铃薯种植基质的水分对外流失的边界，并在边界上对水分的变化场进行曲面积分，获得马铃薯种植基质水分流失速度系数，可更准确地描述马铃薯基质的水分流失情况，为农业管理和研究提供更多的信息。提供了关于马铃薯种植基质水分流失的定量指标，从而了解和调整马铃薯种植的水分管理策略。在确定预测补水时刻时，可通过水分需求系数描述水分含量的下降速度，从而预测水分含量达到预设的水分含量下限的时刻，从而获得较为准确的补水时刻。使得马铃薯种植过程中，补水的时机是合适的、准确的。通过预测补水时刻，可在水分含量接近或低于预设下限时及时补充水分。有助于优化水分管理，合理的水分管理可以减少水资源的浪费，提高灌溉效率，并对环境友好。实现了精确的水分管理，并促进了可持续的农业发展。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本发明。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将更清楚。
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实施例，
图1示例性地示出根据本发明实施例的马铃薯种植基质水分监测方法的流程示意图；
图2示例性地示出根据本发明实施例的马铃薯种植基质水分监测系统的框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1示例性地示出根据本发明实施例的马铃薯种植基质水分监测方法的流程示意图，所述方法包括：步骤S101，在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；步骤S102，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；步骤S103，根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；步骤S104，在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；步骤S105，获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；步骤S106，根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；步骤S107，根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；步骤S108，根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
根据本发明的实施例的马铃薯种植基质水分监测方法，可建立水分含量与位置信息之间的关系函数，可更准确地了解不同位置的水分分布情况，有助于根据实际需求进行精确的补水管理。根据马铃薯的种植位置和根系范围，结合水分需求系数的计算，可准确确定每株马铃薯对于水分的需求，便于为每株马铃薯提供适宜的水分供给，促进马铃薯的正常生长和发育，提高产量和品质。通过根据预测的补水时刻进行精准灌溉，可减少过度灌溉或不足灌溉的问题，从而促进植被生长和土壤健康。
根据本发明的一个实施例，在步骤S101中，第i个时刻表示灌溉完成后特定的时间点，例如，预设区域的马铃薯种植基质在第一天中午12点灌溉完成，则之后的每天中午12点可作为采样的时刻，灌溉完成之后的第i天的中午12点为第i个时刻。采样点的位置信息包括在预设区域内的长度方向上的坐标，即，在种植区域内的纵向位置；宽度方向上的坐标，即，在种植区域内的横向位置；以及深度方向上的坐标，即，在种植区域内的垂直位置。通过确定每个采样点的位置信息，可在不同位置采集马铃薯种植基质的样本，并进行相应的水分含量检测。从而获取种植区域内不同位置的水分状况数据，为后续的水分管理和调控提供基础信息。
根据本发明的一个实施例，在步骤S102中，在选取的多个采样点处，使用光谱仪对马铃薯种植基质进行水分含量的检测。光谱仪是一种能够测量物质吸收、散射或辐射特性的仪器，可分析不同波长的光在物质中的反射、透射和吸收情况，从而得到各个采样点处马铃薯种植基质在第i个时刻的水分含量信息。该信息反映了每个采样点所代表的位置在该时刻的水分状况，用来评估种植基质的湿度水平。
根据本发明的一个实施例，在步骤S103中，第i个时刻的关系函数描述了水分含量与位置信息之间的数学关系。它是一个拟合函数，可通过对采样点的水分含量信息及其位置信息进行拟合来获得，用来表达第i个时刻的水分含量在不同位置上的变化规律。通过该关系函数，可将预设区域内任意位置的位置信息代入所述关系函数，获得所述任意位置的水分含量信息。
根据本发明的一个实施例，在步骤S104中，通过光谱仪的测量，可获得各个采样点在第i+1个时刻的马铃薯种植基质的水分含量信息。其中，第i+1个时刻表示特定的时间点，例如第二天中午12点。通过第i+1个时刻的水分含量与位置信息进行分析，可建立第i+1个时刻的关系函数。该关系函数可描述在第i+1个时刻，水分含量在不同位置上的变化规律。其中，各个采样点与第i个时刻的采样点相同，从而得到的第i+1个时刻的水分含量信息可与第i个时刻的水分含量信息进行对比，且选用同样采样点时拟合数据的口径一致。
根据本发明的一个实施例，在步骤S105中，可获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置。种植位置的坐标信息包括该马铃薯植株在种植区域内的长度方向上的坐标，宽度方向上的坐标以及深度方向上的坐标。其中，深度方向上的坐标为0。即，种植位置为表面的种植位置。
根据本发明的一个实施例，在步骤S106中，根系范围是以每株马铃薯的种植位置为基准，其根部延伸的范围，即根系在地下的空间范围。确定每株马铃薯的根系范围可能需要参考一般马铃薯的生长情况。例如，所述根系范围为以所述种植位置为底面的形心的柱体的范围，例如，圆柱体或者棱柱体的范围，柱体的高度以及底面的尺寸可根据一般马铃薯的生长情况来确定。
根据本发明的一个实施例，在步骤S107中，根据根系范围和关系函数，可计算水分需求系数。该系数反映了植物在不同时刻对水分的需求程度。根据根系范围和关系函数的变化，可在不同时刻计算对应的水分需求系数。
根据本发明的一个实施例，步骤S107包括：根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数；根据各株马铃薯的根系范围，确定各株马铃薯的根系范围的边界；根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数；根据所述马铃薯种植基质水分含量变化系数和所述马铃薯种植基质水分流失速度系数，确定所述水分需求系数。
根据本发明的一个实施例，水分含量变化系数反映了水分在基质中的变化程度，即，水分含量在相邻时刻之间的变化幅度。根系范围的边界指根系在空间上延伸的边界，例如，上述柱体的空间范围的边界。水分流失速度系数表示水分在基质中的流失速度，可根据根系范围边界和关系函数的变化趋势计算。水分需求系数综合考虑水分含量变化和流失速度，用于评估马铃薯植株在不同时刻对水分的需求程度。
根据本发明的一个实施例，根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据各株马铃薯的根系范围，获取各株马铃薯的根系范围的体积；根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数。
根据本发明的一个实施例，根系范围的体积表示马铃薯植株根系所占据的空间大小，例如，上述柱体的空间范围的体积。水分含量的变化系数反映了水分在基质中的变化程度，考虑了根系的体积以及关系函数的变化趋势。
根据本发明的一个实施例，根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据公式（1）确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，
（1）
其中，为第j株马铃薯的根系范围，/>为第j株马铃薯的根系范围的体积，为第i个时刻的关系函数，/>为第i+1个时刻的关系函数，/>为第i个时刻，/>为第i+1个时刻，M为马铃薯的数量，j≤M，且j和M均为正整数。
根据本发明的一个实施例，在公式（1）中，表示在第j株马铃薯的根系范围中，第i个时刻与第i+1个时刻的水分含量的差值，可通过对两个时刻的关系函数作差并将差值在三个坐标轴上进行积分（即积分域为第j株马铃薯的根系范围）来计算，即，第i个时刻在第j株马铃薯的根系范围的体积内的水分总含量与第i+1个时刻在第j株马铃薯的根系范围的体积内的水分总含量的差值。表示将水分差值进行积分并除以第j株马铃薯的根系范围的体积，即，单位体积的根系范围内水分含量变化的平均量。表示单位体积的根系范围内水分含量变化速度。表示所有株马铃薯的水分含量变化速度的平均值，即，马铃薯种植基质水分含量变化系数。该系数综合考虑所有马铃薯的根系范围内单位体积的水分含量变化速度。通过计算该系数，可确定马铃薯种植基质的水分含量变化程度。
通过这种方式，可求解各株马铃薯的根系范围内单位体积的水分含量变化速度，获得马铃薯种植基质水分含量变化系数，可量化水分在马铃薯植株根系范围内的变化情况，有助于了解马铃薯植株对基质中水分的平均变化速度，从而可为确定马铃薯对于水分的需求提供数据基础。也可根据该系数的大小和趋势来调整灌溉策略，使马铃薯植株获得适当的水分，提高产量和质量。
根据本发明的一个实施例，根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：确定处于预设区域的边缘位置上的马铃薯；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定所述处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的面向所述预设区域外侧的第一边界；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定种植基质表面的第二边界，以及各株马铃薯的根系范围在深度方向的最大值对应的第三边界；根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数。
根据本发明的一个实施例，根据预设区域确定位于边缘位置上的马铃薯。这些马铃薯位于种植区域的边界，可能受到更多的水分流失影响。马铃薯的面向所述预设区域外侧的第一边界是种植区域与环境之间的界限，是水分流失的主要通道。例如，预设区域为矩阵形状的区域，根系范围也为底面为矩形的四棱柱的区域范围，则第一边界为第一行马铃薯面向前方的外界，最后第一行马铃薯面向后方的外界，第一列马铃薯面向左侧的外界，最后第一列马铃薯面向右侧的外界。第二边界表示种植基质表面与空气接触的区域，可能导致水分蒸发和流失。第三边界表示根系范围的最大深度位置处的边界，影响着水分被更深层的土地吸收和分布情况。当马铃薯的种植位置相邻时，可认为它们之间的水分互相流通，因此，在这种情况下，可看做水分仅通过上述第一边界、第二边界和第三边界向外流失。这时，相邻马铃薯之间的水分交换不被确定为水分流失。水分流失速度系数反映了水分从预设区域流失的速度和程度，对水分管理和灌溉调控具有指导意义。
根据本发明的一个实施例，根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：根据公式（2）确定马铃薯种植基质水分流失速度系数,
（2）
其中，为处于预设区域的边缘位置上的第q个马铃薯的面向预设区域外侧的第一边界，Q为处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的数量，/>为第i个时刻的关系函数，/>为第i+1个时刻的关系函数，/>为第i个时刻，/>为第i+1个时刻，为第j株马铃薯的根系范围的第二边界，/>第j株马铃薯的根系范围的第三边界，M为马铃薯的数量，s为曲面微元，j≤M，q≤Q，且q、Q、j和M均为正整数。
根据本发明的一个实施例，在公式（2）中，表示处于预设区域边缘位置上的所有马铃薯的面向预设区域外侧的第一边界的并集。其中，/>表示第i个时刻所述关系函数在所述第一边界上的函数值，即，第i个时刻在第一边界上的湿度场。类似地，/>表示第i+1个时刻在第一边界上的湿度场，因此，为上述两个时刻的湿度场在两个时刻之间的变化率，亦为第一边界上两个时刻之间的湿度变化场。为在第一边界上对上述湿度变化场的曲面积分，表示处于预设区域边缘位置上的所有马铃薯的面向预设区域外侧的第一边界的水分流失速度。类似地，表示所有马铃薯的第二边界上的水分流失速度。/>表示所有马铃薯的第三边界上的水分流失速度。
根据本发明的一个实施例，上述三项进行求和，可获得马铃薯种植基质水分流失速度系数，可用于描述马铃薯种植基质的水分对外流失的速度。
通过这种方式，可根据马铃薯的根系范围来确定马铃薯种植基质的水分对外流失的边界，并在边界上对水分的变化场进行曲面积分，获得马铃薯种植基质水分流失速度系数，可更准确地描述马铃薯基质的水分流失情况，为农业管理和研究提供更多的信息。提供了关于马铃薯种植基质水分流失的定量指标，从而了解和调整马铃薯种植的水分管理策略。
根据本发明的一个实施例，以上马铃薯种植基质水分含量变化系数和马铃薯种植基质水分流失速度系数进行加权求和，可获得水分需求系数。
根据本发明的一个实施例，在步骤S108中，可基于水分需求系数，预测补水时刻。具体的补水时刻可根据水分需求系数的变化趋势和阈值来判断，例如当水分需求系数达到一定阈值时，即可进行补水。
根据本发明的一个实施例，步骤S108包括：根据所述第i+1个时刻的关系函数，以及每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置，确定每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量；根据每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量，确定预测平均水分含量；根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
根据本发明的一个实施例，预测的水分含量可判断马铃薯的水分状况。平均水分含量是预测马铃薯种植区域整体水分状况的指标。预测补水时刻是指当预测平均水分含量低于预设的水分含量下限时，需要进行补水的时间点，有助于合理管理马铃薯的水分供应，以保持适宜的生长环境。
根据本发明的一个实施例，根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻，包括：根据公式（3）确定预测补水时刻，
（3）
其中，为预测平均水分含量，/>为预设的水分含量下限，/>为水分需求系数，为第i+1个时刻。
根据本发明的一个实施例，在公式（3）中，为水分需求系数，由马铃薯种植基质水分含量变化系数/>与马铃薯种植基质水分流失速度系数/>进行加权求和得出，可用于描述水分含量下降的速度以及马铃薯种植基质对于水分的需求程度。/>表示将预测平均水分含量和预设的水分含量下限之间的差值除以水分需求系数，即，水分含量从预测平均水分含量到预设的水分含量下限所需的时长。/>为当前第i+1个时刻与上述时长之和，即，水分含量达到预设的水分含量下限的时刻，亦为预测补水时刻。该时刻可表示在当前情况下，预计需要进行补水的时间点。
通过这种方式，可通过水分需求系数描述水分含量的下降速度，从而预测水分含量达到预设的水分含量下限的时刻，从而获得较为准确的补水时刻。使得马铃薯种植过程中，补水的时机是合适的、准确的。通过预测补水时刻，可在水分含量接近或低于预设下限时及时补充水分。有助于优化水分管理，合理的水分管理可以减少水资源的浪费，提高灌溉效率，并对环境友好。实现了精确的水分管理，并促进了可持续的农业发展。
根据本发明的实施例的马铃薯种植基质水分监测方法，可建立水分含量与位置信息之间的关系函数，可更准确地了解不同位置的水分分布情况，有助于根据实际需求进行精确的补水管理。根据马铃薯的种植位置和根系范围，结合水分需求系数的计算，可准确确定每株马铃薯对于水分的需求，便于为每株马铃薯提供适宜的水分供给，促进马铃薯的正常生长和发育，提高产量和品质。通过根据预测的补水时刻进行精准灌溉，可减少过度灌溉或不足灌溉的问题，从而促进植被生长和土壤健康。在确定马铃薯种植基质水分含量变化系数时，可求解各株马铃薯的根系范围内单位体积的水分含量变化速度，获得马铃薯种植基质水分含量变化系数，可量化水分在马铃薯植株根系范围内的变化情况，有助于了解马铃薯植株对基质中水分的平均变化速度，从而可为确定马铃薯对于水分的需求提供数据基础。也可根据该系数的大小和趋势来调整灌溉策略，使马铃薯植株获得适当的水分，提高产量和质量。在确定马铃薯种植基质水分流失速度系数时，可根据马铃薯的根系范围来确定马铃薯种植基质的水分对外流失的边界，并在边界上对水分的变化场进行曲面积分，获得马铃薯种植基质水分流失速度系数，可更准确地描述马铃薯基质的水分流失情况，为农业管理和研究提供更多的信息。提供了关于马铃薯种植基质水分流失的定量指标，从而了解和调整马铃薯种植的水分管理策略。在确定预测补水时刻时，可通过水分需求系数描述水分含量的下降速度，从而预测水分含量达到预设的水分含量下限的时刻，从而获得较为准确的补水时刻。使得马铃薯种植过程中，补水的时机是合适的、准确的。通过预测补水时刻，可在水分含量接近或低于预设下限时及时补充水分。有助于优化水分管理，合理的水分管理可以减少水资源的浪费，提高灌溉效率，并对环境友好。实现了精确的水分管理，并促进了可持续的农业发展。
图2示例性地示出根据本发明实施例的马铃薯种植基质水分监测系统的框图，所述系统包括：采样位置信息模块，用于在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；水分含量模块，用于通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；第i个时刻的关系函数模块，用于根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；第i+1个时刻的关系函数模块，用于在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；种植位置模块，用于获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；根系范围模块，用于根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；水分需求系数模块，用于根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；预测补水时刻模块，用于根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
根据本发明的一个实施例，提供一种马铃薯种植基质水分监测设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行所述马铃薯种植基质水分监测方法。
根据本发明的一个实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现所述马铃薯种植基质水分监测方法。
本发明可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (7)
1.一种马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，包括：在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻；根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数，包括：根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数；根据各株马铃薯的根系范围，确定各株马铃薯的根系范围的边界；根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数；根据所述马铃薯种植基质水分含量变化系数和所述马铃薯种植基质水分流失速度系数，确定所述水分需求系数；根据各株马铃薯的根系范围，第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据各株马铃薯的根系范围，获取各株马铃薯的根系范围的体积；根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数。
2.根据权利要求1所述的马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，根据所述各株马铃薯的根系范围、各株马铃薯的根系范围的体积、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分含量变化系数，包括：根据公式确定马铃薯种植基质水分含量变化系数Cc，其中，vj为第j株马铃薯的根系范围，Vj为第j株马铃薯的根系范围的体积，fi(x，y，z)为第i个时刻的关系函数，fi+1(x，y，z)为第i+1个时刻的关系函数，ti为第i个时刻，ti+1为第i+1个时刻，M为马铃薯的数量，j≤M，且j和M均为正整数。
3.根据权利要求1所述的马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，根据各株马铃薯的根系范围的边界，所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：确定处于预设区域的边缘位置上的马铃薯；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定所述处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的面向所述预设区域外侧的第一边界；在各株马铃薯的根系范围的边界中，确定种植基质表面的第二边界，以及各株马铃薯的根系范围在深度方向的最大值对应的第三边界；根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数。
4.根据权利要求3所述的马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，根据所述第一边界、所述第二边界和所述第三边界、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定马铃薯种植基质水分流失速度系数，包括：根据公式
确定马铃薯种植基质水分流失速度系数Cv，其中，Ω1，q为处于预设区域的边缘位置上的第q个马铃薯的面向预设区域外侧的第一边界，Q为处于预设区域的边缘位置上的马铃薯的数量，fi(x，y，z)为第i个时刻的关系函数，fi+1(x，y，z)为第i+1个时刻的关系函数，ti为第i个时刻，ti+1为第i+1个时刻，Ω2，j为第j株马铃薯的根系范围的第二边界，Ω3，j第j株马铃薯的根系范围的第三边界，M为马铃薯的数量，s为曲面微元，j≤M，q≤Q，且q、Q、j和M均为正整数。
5.根据权利要求4所述的马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻，包括：根据所述第i+1个时刻的关系函数，以及每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置，确定每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量；根据每株马铃薯的种植位置在第i+1个时刻的预测水分含量，确定预测平均水分含量；根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
6.根据权利要求5所述的马铃薯种植基质水分监测方法，其特征在于，根据预设的水分含量下限、所述预测平均水分含量和所述水分需求系数，确定预测补水时刻，包括：根据公式确定预测补水时刻tw，其中，Wa，p为预测平均水分含量，Wl，p为预设的水分含量下限，C为水分需求系数，ti+1为第i+1个时刻。
7.一种用于执行如权利要求1-6中任一项所述的方法的马铃薯种植基质水分监测系统，其特征在于，包括：采样位置信息模块，用于在对预设区域的马铃薯种植基质进行灌溉之后的第i个时刻，在所述预设区域内选取多个采样点，并确定各个采样点在所述预设区域内的位置信息，其中，所述位置信息包括所述采样点在所述预设区域的长度方向上的坐标，所述采样点在所述预设区域的宽度方向上的坐标，以及所述采样点在所述预设区域的深度方向上的坐标，i为正整数；水分含量模块，用于通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i个时刻的水分含量信息；第i个时刻的关系函数模块，用于根据各个采样点的所述第i个时刻的水分含量信息，以及位置信息，获得水分含量与位置信息之间的第i个时刻的关系函数；第i+1个时刻的关系函数模块，用于在第i+1个时刻，通过光谱仪检测各个采样点处的种植基质在第i+1个时刻的水分含量信息，并获得水分含量与位置信息之间的第i+1个时刻的关系函数；种植位置模块，用于获取每株马铃薯在所述预设区域内的种植位置；根系范围模块，用于根据所述种植位置，确定每株马铃薯的根系范围；水分需求系数模块，用于根据所述根系范围、所述第i个时刻的关系函数以及第i+1个时刻的关系函数，确定水分需求系数；预测补水时刻模块，用于根据所述水分需求系数，确定预测补水时刻。
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| CN105548479A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-05-04 | 新疆惠利灌溉科技股份有限公司 | 一种基于土壤水势的滴灌棉花水分监测方法 |
| CN112945882A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-11 | 内蒙古农业大学 | 一种基于高光谱的马铃薯植株水分监测灌溉方法 |
| CN115968760A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-04-18 | 内蒙古农业大学 | 一种基于马铃薯根系时空分布的在地化灌溉方法 |
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