CN202035353U - 具有自主意识的精准滴灌系统 - Google Patents

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王瑛彤
付家庆
刘枫
刘文亮
康平
陈龙
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马巍
胡浩
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Abstract

具有自主意识的精准滴灌系统属农业灌溉技术领域，本实用新型中数据采集部件中的流量计、温度传感器、高位墒情传感器、低位墒情传感器、湿度分析仪和植物光谱分析仪分别与分析决策部件中的数模转换器I连接；滴灌执行部件中的滴灌泵、肥料泵、农药泵分别与分析决策部件中的数模转换器II连接；本实用新型能在满足作物需水的情况下，进行精准灌溉，并且不影响农作物的生长，最终实现既节约水资源，又提高农作物产量的目标。

Description

具有自主意识的精准滴灌系统
技术领域
本实用新型属农业灌溉技术领域，具体涉及一种具有自主意识的精准滴灌系统。
背景技术
灌溉在农业生产诸多因素中，对农作物的生长影响最大。灌溉情况的好坏，直接影响到农作物的生长情况和产量。传统的灌溉方式，存在水资源利用率低下，灌溉不均匀等问题，过量的灌溉甚至会导致病虫害发生和作物品质、产量的下降。
目前国内外对农业节水灌溉技术虽然已进行了较为广泛的研究，但现有的大多数研究基本都是基于土壤墒情的实时监测与控制，具有自主意识的精准滴灌系统，国内外尚未见研究报道。为了实现具有自主意识的精准滴灌系统，必须深入研究土壤墒情等诸因素对农作物生长的诸项性能指标综合影响的动态模型。国内外现有研究的主要不足之处在于：模型的准确性、鲁棒性和适应性较为低下。在农作物种类发生变化以及农作物生长的环境条件发生变化的情况下，现有的模型难以做出较为准确、稳健地早期预测，影响了土壤墒情的精准控制。为了适应设施农业数字化技术的发展，还必须研发将农作物生长、土壤墒情、节水灌溉等集成的数字化平台系统。目前国内外尚未见到相关的研究报道。
对节水灌溉技术，国外是以ARS和互尔蒙公司研究开发的，自动灌溉系统最为代表性，系统利用TM参数和SVAT参数建模，实现自动控制。国内以中国农机院和天津水利科学研究所研究开发的，以闭环控制自动化喷灌系统为代表，主要研究和开发的是基于土壤墒情的实时监测和控制。他们的研究在农作物种类变化及环境条件变化的情况下，难以较为准确、稳健早期预测，影响了土壤墒情的精确控制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于土壤墒情和作物生长状态等多传感器信息融合，以农作物生长为驱动目标，实现适时适量精准滴灌的集成的数字化平台系统。
本实用新型由数据采集部件A、分析决策部件B、滴灌执行部件C组成，其中数据采集部件A中的流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6分别与分析决策部件B中的数模转换器I7连接；滴灌执行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14、农药泵15分别与分析决策部件B中的数模转换器II12连接。
数据采集部件A由流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6组成，部件其中流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6各自独立，分别与分析决策部件B中的数模转换器I7连接。
分析决策部件B由数模转换器I7、主控计算机8、土壤墒情对作物生长影响模型9、打印机10、显示器11和数模转换器II12组成，其中主控计算机8分别与数模转换器I7一端、打印机10、显示器11和数模转换器II12一端连接，土壤墒情对作物生长影响模型9以软件程序的形式安装于主控计算机8中；数模转换器I7另一端与数据采集部件A中的流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6连接，数模转换器II12另一端与滴灌执行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15连接。
滴灌执行部件C由滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15组成，其中滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15各自独立，分别与分析决策部件B中的数模转换器II12连接。
需要特别强调的技术特征是：
1.土壤墒情的检测技术。土壤水分传感器的最优配置技术，必须以最少测点和最少个数获取更多的作物根系水分信息。土壤水分传感器的精度保持技术，必须在作物生长期内确保其工作精度和可靠性。本实用新型主要根据正交试验设计理论，研究土壤水分传感器的最优配置。
2.作物生长状态的原位检测系统。选取作物生长状态传感器，并建立数据采集和分析系统。作物生长状态信息的获取关键在于确定检测特征量，需要考虑两个方面，一是这些特征量是易于实时检测的，二是这些特征量必须能够刻画作物生长对水分的依赖特性。通常检测的指标主要包括：叶片光谱反射率、叶片温度、蒸腾量等，所用到的原位传感方式主要有近红外传感、温度检测等。
3.基于作物根系的土壤水分检测，研究土壤墒情的早期预报模型。墒情预报是在土壤水分模拟模型的基础上对农田耕作层土壤水分的增长和消退程度所进行的预报。
4.研究不同的生长环境以及不同的作物种类，在作物生长期内受土壤墒情的影响规律，建立综合影响动态模型。
本实用新型根据获取的土壤墒情信息数据和作物生长信息数据，通过正交试验设计方法，基于多元数据回归建模方法，建立综合影响模型。
本系统的工作过程：
系统通过分布在田间的流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5、植物光谱分析仪6，将实时数据通过数模转换器传送至主控计算机，主控计算机通过墒情预测模型、诸因素与作物生长特征响应模型计算出目前作物所需的用水量，通过数模转换器将执行指令发送到各执行机构，也可以通过打印机，显示器输出墒情水平，作物生长特征和滴灌量。
本实用新型的积极效果在于：在满足作物需水的情况下，进行精准灌溉，并且不影响农作物的生长，最终实现既节约水资源，又提高了农作物产量。
附图说明
图1为具有自主意识的精准滴灌系统结构示意图
其中：A.数据采集部件  B.分析决策部件  C.滴灌执行部件  1.流量计  2.温度传感器3.高位墒情传感器  4.低位墒情传感器  5.湿度分析仪  6.植物光谱分析仪  7.数模转换器I  8.主控计算机  9.土壤墒情对作物生长影响模型  10.打印机  11.显示器  12.数模转换器II  13.滴灌泵  14.肥料泵  15.农药泵
具体实施方式
本实用新型由数据采集部件A、分析决策部件B、滴灌执行部件C组成，其中数据采集部件A中的流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6分别与分析决策部件B中的数模转换器I7连接；滴灌执行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14、农药泵15分别与分析决策部件B中的数模转换器II12连接。
数据采集部件A由流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6组成，部件其中流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6各自独立，分别与分析决策部件B中的数模转换器I7连接。
分析决策部件B由数模转换器I7、主控计算机8、土壤墒情对作物生长影响模型9、打印机10、显示器11和数模转换器II12组成，其中主控计算机8分别与数模转换器I7一端、打印机10、显示器11和数模转换器II12一端连接，土壤墒情对作物生长影响模型9以软件程序的形式安装于主控计算机8中；数模转换器I7另一端与数据采集部件A中的流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5和植物光谱分析仪6连接，数模转换器II12另一端与滴灌执行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15连接。
滴灌执行部件C由滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15组成，其中滴灌泵13、肥料泵14和农药泵15各自独立，分别与分析决策部件B中的数模转换器II12连接。
系统安装完毕后，流量计1、温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4、湿度分析仪5、植物光谱分析仪6将采集到的实时田间数据传送到主控计算机8，主控计算机8将融合后的信息与已建立的墒情等诸因素、与作为生长特征关系的模型进行比对，判断是否需要滴灌等作业，一旦达到滴灌条件，主控计算机8对执行机构发出指令，进行滴灌作业，各传感器(包括温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4)实时监控滴灌情况，主控计算机8将实时数据通过模型进行比对，判断是否此次滴灌达到作物生长需求，结束一次滴灌，各传感器(包括温度传感器2、高位墒情传感器3、低位墒情传感器4)继续进行实时检测，主控计算机8继续进行信息判断，决策下次滴灌时机。

Claims (4)

1.一种具有自主意识的精准滴灌系统，其特征在于由数据采集部件(A)、分析决策部件(B)、滴灌执行部件(C)组成，其中数据采集部件(A)中的流量计(1)、温度传感器(2)、高位墒情传感器(3)、低位墒情传感器(4)、湿度分析仪(5)和植物光谱分析仪(6)分别与分析决策部件(B)中的数模转换器I(7)连接；滴灌执行部件(C)中的滴灌泵(13)、肥料泵(14)、农药泵(15)分别与分析决策部件(B)中的数模转换器II(12)连接。
2.按权利要求1所述的具有自主意识的精准滴灌系统，其特征在于所述的数据采集部件(A)由流量计(1)、温度传感器(2)、高位墒情传感器(3)、低位墒情传感器(4)、湿度分析仪(5)和植物光谱分析仪(6)组成，部件其中流量计(1)、温度传感器(2)、高位墒情传感器(3)、低位墒情传感器(4)、湿度分析仪(5)和植物光谱分析仪(6)各自独立，分别与分析决策部件(B)中的数模转换器I(7)连接。
3.按权利要求1所述的具有自主意识的精准滴灌系统，其特征在于所述的分析决策部件(B)由数模转换器I(7)、主控计算机(8)、土壤墒情对作物生长影响模型(9)、打印机(10)、显示器(11)和数模转换器II(12)组成，其中主控计算机(8)分别与数模转换器I(7)一端、打印机(10)、显示器(11)和数模转换器II(12)一端连接，土壤墒情对作物生长影响模型(9)安装于主控计算机(8)中；数模转换器I(7)另一端与数据采集部件(A)中的流量计(1)、温度传感器(2)、高位墒情传感器(3)、低位墒情传感器(4)、湿度分析仪(5)和植物光谱分析仪(6)连接，数模转换器II(12)另一端与滴灌执行部件(C)中的滴灌泵(13)、肥料泵(14)和农药泵(15)连接。
4.按权利要求1所述的具有自主意识的精准滴灌系统，其特征在于所述的滴灌执行部件(C)由滴灌泵(13)、肥料泵(14)和农药泵(15)组成，其中滴灌泵(13)、肥料泵(14)和农药泵(15)各自独立，分别与分析决策部件(B)中的数模转换器II(12)连接。
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