CN207995762U - 基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的实施例公开一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统及装置。系统包括：灌溉装置、配肥装置以及控制装置，其中，控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置相连；灌溉装置包括：水源、灌溉主管道以及田间控制阀，其中，灌溉主管道与水源相连通，水源通过灌溉主管道输送至多个田间控制阀；多个田间控制阀门位于灌溉主管道的末端，用于实现田间不同区域的灌溉施肥控制；配肥装置与灌溉主管道并联，配肥装置的进水口和出水口分别设置在灌溉主管道的下游和上游，控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置电连接。应用本实用新型，能够避免利用传感器技术进行水肥决策遇到的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业灌溉施肥技术，尤其涉及一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统及装置。
背景技术
灌水和施肥是旱区农业生产的重要田间管理措施，对作物生长及产量具有至关重要的作用。当前我国农田生产的灌溉决策主要以农民经验为主，经验为主的灌溉决策方法，一方面是灌水的盲目随机性大，水资源浪费严重，灌水利用效率低；另一方面则是我国农业生产的缺水问题严峻，仅灌溉区每年缺水就在300亿m3，农业生产缺水和灌溉水浪费并存现象十分严重。此外，过量施肥现象在我国也比较普遍，尤其是大田粮食作物，农民为获得高产，肥料投入量是作物实际需求量的2倍以上。由于缺乏配套的田间灌溉设施，大田作物的施肥模式多为撒施或沟施，导致肥料浪费严重，劳动强度大，生产效率低。近年来，国家也相继出台了一系列政策，着力推进水肥一体化技术的应用，并将农业节水作为一个方向、战略性的大事来抓。可见，水肥一体化管理是现代农业发展的必然趋势，灌溉和施肥的控制决策方案则是实现水肥一体化精准管理的关键。
目前农业生产中，传感器在土壤湿度、肥料水平及环境数据的采集和监测中发挥着重要作用，一般将其作为智能灌溉系统的关键组成部分，是控制系统灌溉施肥智能决策的主要技术依托。当前技术中也有基于Zigbee无线传感器网络技术的精准灌溉监测系统。但传感器技术在使用中存在以下问题：
1)传感器精度：在不同基质/土壤上使用前需要对传感器进行校准与标定；
2)安装位置及布置数量：传感器的布置点位要有代表性，安装数量要尽可能多，尤其是针对规模化农业种植区域，更需要考虑传感器安装位置的代表性问题；
3)增加额外劳动：虽然传感器在使用过程中具有对环境人为影响小等特点，但在作物倒茬换季时需要重新布置传感器；
4)成本价格：传感器布置数量直接影响到使用成本，且布线繁琐，而无线传感器价格又相对昂贵；
5)具有一定的使用年限，连续长期使用需要对传感器精度或线路进行检验和维护，才能保证测试的精度。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统及装置，能够避免利用传感器技术进行水肥决策遇到的问题。
本实用新型实施例提供一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，包括：灌溉装置、配肥装置以及控制装置，其中，
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置相连；
灌溉装置包括：水源、灌溉主管道以及田间控制阀，其中，
灌溉主管道与水源相连通，水源通过灌溉主管道输送至多个田间控制阀；
多个田间控制阀门位于灌溉主管道的末端，用于实现田间不同区域的灌溉施肥控制；
配肥装置与灌溉主管道并联，配肥装置的进水口和出水口分别设置在灌溉主管道的下游和上游，配肥装置包括：施肥器、肥液桶、施肥泵、混肥腔以及逆止阀，其中，
逆止阀设置在配肥装置的出水口处，与灌溉主管道的上游水口相连；
逆止阀还与混肥腔相连；
混肥腔还与施肥泵相连；
施肥泵还与施肥器相连；
施肥器还与肥液桶相连，并接入灌溉主管道的下游水口。
逆止阀用于实现肥液的单向流动，并进入灌溉主管道；
混肥腔用于水与肥液的充分混合；
施肥泵安装在施肥器的出液口，用于抽取施肥器中的肥液并输送至混肥腔；
每一种类的肥料对应设置一施肥器，多个施肥器并联，每一施肥器对应配备一肥液桶，并接入灌溉主管道的下游水口；
肥液桶用于盛放肥料原液；
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置电连接，依据计算得到的灌溉量以及作物推荐施肥量，控制灌溉电磁阀、配肥电磁阀的启闭以及流量计的流量数据采集。
优选地，所述灌溉装置还包括：第一过滤器、灌溉电磁阀以及流量计，其中，
在主管道与水源之间，依次串联第一过滤器以及灌溉电磁阀，流量计设置在灌溉主管道与田间控制阀之间；
第一过滤器用于对来自水源的进水进行过滤，将过滤水输送至灌溉电磁阀；
灌溉电磁阀用于控制来自水源的进水；
流量计用于测量和记录流入田间地块的田间控制阀的灌溉水量。
优选地，所述田间控制阀门的输出端连接有滴灌带或微喷带。
优选地，所述配肥装置还包括：电磁阀以及第二过滤器，其中，
电磁阀，设置在肥液桶的出液口处，用于控制肥液桶中肥料原液的开启输送以及终止输送；
第二过滤器，串联设置在施肥器与电磁阀之间，用于对肥液桶输送的肥料原液进行过滤。
优选地，所述配肥装置还包括：
配肥电磁阀，输入端接入灌溉主管道的下游水口，输出端与施肥器的输入端相连，用于从灌溉主管道的下游水口接入灌溉水以在施肥器中配置肥料。
本实用新型实施例提供的一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置，包括：作物目标产量计算模块、作物养分需求量获取模块、土壤供肥量获取模块以及作物推荐施肥量决策模块，其中，
作物目标产量计算模块与作物养分需求量获取模块相连；
作物养分需求量获取模块还与作物推荐施肥量决策模块相连；
土壤供肥量获取模块与作物推荐施肥量决策模块相连。
优选地，作物目标产量计算模块，用于基于作物历史产量以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量，输出至作物养分需求量获取模块；
作物养分需求量获取模块，用于基于预先设置的作物养分吸收系数以及所述作物目标产量获取作物养分需求量，输出至作物推荐施肥量决策模块；
土壤供肥量获取模块，用于利用预先设置的基础产量以及作物养分吸收系数获取土壤供肥量，输出至作物推荐施肥量决策模块；
作物推荐施肥量决策模块，用于基于所述作物养分需求量、所述土壤供肥量、肥料养分含量以及肥料利用率，决策作物推荐施肥量。
优选地，所述作物目标产量计算模块包括：作物历史产量求和单元、作物历史产量平均单元以及作物目标产量计算单元，其中，
作物历史产量求和单元与作物历史产量平均单元相连；
作物历史产量平均单元还与作物目标产量计算单元相连；
作物历史产量求和单元，用于计算各作物历史产量的和值，输出至作物历史产量平均单元；
作物历史产量平均单元，用于依据作物历史产量的个数，计算和值的均值，输出至作物目标产量计算单元；
作物目标产量计算单元，用于基于所述均值以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量。
本实用新型实施例提供的一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置，包括：作物参考日蒸散量及降雨量计算模块、作物实际蒸散量获取模块、土壤田间贮水量计算模块、土壤贮水差获取模块以及灌溉量决策模块，其中，
作物参考日蒸散量及降雨量计算模块分别与作物实际蒸散量获取模块以及土壤贮水差获取模块相连；
作物实际蒸散量获取模块还与土壤贮水差获取模块相连；
土壤田间贮水量计算模块与灌溉量决策模块相连；
土壤贮水差获取模块还与灌溉量决策模块相连。
优选地，所述作物参考日蒸散量及降雨量计算模块包括：气象预报信息获取单元、提取单元、作物参考日蒸散量计算单元以及降雨量计算单元，其中，
气象预报信息获取单元分别与提取单元以及降雨量计算单元相连；
提取单元还与作物参考日蒸散量计算单元相连。
本实用新型实施例提供的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统及装置，基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统包括：灌溉装置、配肥装置以及控制装置，其中，控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置相连；灌溉装置包括：水源、灌溉主管道以及田间控制阀，其中，灌溉主管道与水源相连通，水源通过灌溉主管道输送至多个田间控制阀；多个田间控制阀门位于灌溉主管道的末端，用于实现田间不同区域的灌溉施肥控制；配肥装置与灌溉主管道并联，配肥装置的进水口和出水口分别设置在灌溉主管道的下游和上游，配肥装置包括：施肥器、肥液桶、施肥泵、混肥腔以及逆止阀，其中，逆止阀设置在配肥装置的出水口处，与灌溉主管道的上游水口相连；逆止阀还与混肥腔相连；混肥腔还与施肥泵相连；施肥泵还与施肥器相连；施肥器还与肥液桶相连，并接入灌溉主管道的下游水口。逆止阀用于实现肥液的单向流动，并进入灌溉主管道；混肥腔用于水与肥液的充分混合；施肥泵安装在施肥器的出液口，用于抽取施肥器中的肥液并输送至混肥腔；每一种类的肥料对应设置一施肥器，多个施肥器并联，每一施肥器对应配备一肥液桶，并接入灌溉主管道的下游水口；肥液桶用于盛放肥料原液；控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置电连接，依据计算得到的灌溉量以及作物推荐施肥量，控制灌溉电磁阀、配肥电磁阀的启闭以及流量计的流量数据采集，可以解决当前大田农作物灌溉施肥决策的盲目随机性强，灌溉施肥的劳动强度大，水肥利用效率低，以及传感器技术在应用中存在的系列问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。
图1为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法流程示意图；
图2为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法另一流程示意图；
图3为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置结构示意图；
图4为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置另一结构示意图；
图5为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
步骤101，获取目标灌溉区当天的气象预报信息，将所述气象预报信息应用于预先设置的温度法模型，得到作物参考日蒸散量；
本实施例中，可以通过互联网通信技术查询获取当天的气象预报信息。
本实施例中，作为一可选实施例，气象预报信息包括：最低温度、最高温度以及降雨量。
本实施例中，通过提取每日气象预报信息，从气象预报信息提取当天最低温度、最高温度以及降雨量等信息，采用温度法模型，例如，Hargreaves-Samani 法模型进行作物参考日蒸散量估算。
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算作物参考日蒸散量：
式中，
ET0i为第i天的作物参考日蒸散量(mm)；
C0为转换系数；
Timax为第i天的最高气温(℃)；
Timin为第i天的最低气温(℃)；
Sa为大气顶辐射(MJ/m2.d)。
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算大气顶辐射：
式中，
其中，
α为目标灌溉区所在的纬度；
J为天数。
本实施例中，作为一可选实施例，在目标灌溉区现场，可以利用GPS定位技术获取目标灌溉区所在的纬度。
本实施例中，作为一可选实施例，累积降雨量可根据下式得到：
其中，
Ra为前n天(自上次灌溉至当天)内的累积降雨量(mm)；
Ri为第i天的降雨量(mm)。
步骤102，依据所述当天的各作物参考日蒸散量，获取累积的作物实际蒸散量；
本实施例中，作为一可选实施例，根据下述公式计算累积的作物实际蒸散量：
式中，
ETn为过去某时段内累积的作物实际蒸散量(mm)；
Kc为预先设置的作物系数；
ET0i为第i天的作物参考日蒸散量(mm)。
步骤103，采用环刀法获取目标灌溉区的土壤容重和土壤田间持水量，依据获取的土壤容重和土壤田间持水量计算土壤田间贮水量；
本实施例中，作为一可选实施例，该步骤也可以在步骤102之前，或者，在步骤101之前，本实施例对此不做限定。
本实施例中，作为一可选实施例，土壤容重及田间持水量可以是0-20cm土层的数据，也可以是0-100cm土体的数据(每隔20cm为一层)，这样计算出来的分别是0-20cm土层的土壤田间贮水量或0-100cm的土壤田间贮水量。
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算土壤田间贮水量：
Wf＝θ*ρ*h*10
其中，
Wf为土壤田间贮水量(mm)；
θ为土壤田间持水量(g/g)；
ρ为土壤容重(g/cm3)；
h为土壤深度(cm)。
步骤104，依据所述累积的作物实际蒸散量以及累积降雨量，获取土壤贮水差；
本实施例中，针对旱区农田而言，尤其是针对本实施例的节水灌溉系统而言，在不考虑水分的地表径流、深层渗漏以及地下水补给的情况下，土壤贮水差可根据如下的简化的水量平衡方程公式计算：
△Wi＝ETn-Ra
其中，
△Wi为i时刻与i+1时刻的土壤贮水差(mm)，即预设时段内的土壤贮水差。
步骤105，基于预先设置的灌溉判断系数、土壤田间贮水量以及土壤贮水差，决策灌溉量。
本实施例中，作为一可选实施例，基于预先设置的灌溉判断系数、土壤田间贮水量以及土壤贮水差，决策灌溉量包括：
计算所述灌溉判断系数与所述土壤田间贮水量的乘积；
判断土壤贮水差是否大于所述乘积，如果是，启动灌溉，灌溉的灌水量为所述土壤贮水差，否则，不启动灌溉。
本实施例中，如果：
△Wi≥α*Wf
式中，
α为灌溉判断系数，0﹤α﹤1，灌溉量为△Wi；否则不灌溉。本实施例中，作为一可选实施例，α＝0.2～0.4为最佳，即以土壤田间持水量60％-80％的标准作为判断是否启动灌溉的因子(灌溉判断系数)。
本实施例中，作为一可选实施例，该方法还可以包括：
A11，基于作物历史产量以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量；
A12，基于预先设置的作物养分吸收系数以及所述作物目标产量获取作物养分需求量；
A13，利用预先设置的基础产量以及作物养分吸收系数获取土壤供肥量；
A14，基于所述作物养分需求量、所述土壤供肥量、肥料养分含量以及肥料利用率，决策作物推荐施肥量。
图2为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法另一流程示意图。如图2所示，该方法用于提供作物生长过程中作物推荐施肥量的决策，包括：
步骤201，基于作物历史产量以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量；
本实施例中，根据下式估算作物目标产量：
式中，
Yt为作物目标产量(kg/亩)；
β为产量递增率；
Yt1、Yt2、Yt3分别为正常气候条件下前3年的作物产量(kg/亩)，即作物历史产量，也可以考虑前Q年的平均作物产量，其中，Q为自然数，本实施例对此不做限定。
本实施例中，作为一可选实施例，对于粮食作物，β＝15％。
步骤202，基于预先设置的作物养分吸收系数以及所述作物目标产量获取作物养分需求量；
本实施例中，根据以下公式获取作物养分需求量：
式中，
Fy为作物养分需求量(kg/亩)；
F100为作物养分吸收系数(kg)。
本实施例中，不同的作物，对应的作物养分需求量以及作物养分吸收系数也不同。
本实施例中，作为一可选实施例，作物养分需求量是作物对氮(N)、磷 (P2O5)、钾(K2O)等养分的需求量。
步骤203，利用预先设置的基础产量以及作物养分吸收系数获取土壤供肥量；
本实施例中，利用下式计算土壤供肥量：
式中，
Fs为土壤供肥量(kg/亩)；
Y0为基础产量(kg/亩)，为不施肥的产量，为该地块在不施肥情况下的产量。
目标产量为通过施肥计划达到的产量。
步骤204，基于所述作物养分需求量、所述土壤供肥量、肥料养分含量以及肥料利用率，决策作物推荐施肥量。
本实施例中，利用下式计算作物推荐施肥量：
其中，
F为作物推荐施肥量(kg/亩)；
Fc为肥料中N、P2O5和K2O的养分含量(％)；
Fu为肥料利用率(％)。
本实用新型实施例提出一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法，通过获取当天的天气预报信息，实时计算每天的作物需水量，当累积的作物需水量满足灌溉条件时，才开始灌水，具体间隔多长时间灌水与设定的灌溉系数有关。能够对旱区作物的灌溉进行智能决策及水肥一体化的精准施用，避免了灌溉施肥的盲目性与利用传感器技术进行决策的弊端，从而实现旱区农作物水肥的智能化、精细化管理，大幅度提高水肥利用效率，降低劳动强度。避免当前大田农作物灌溉施肥决策的盲目随机性强，灌溉施肥的劳动强度大，水肥利用效率低，以及传感器技术在应用中存在的系列问题。
图3为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置结构示意图。如图3所示，该装置包括：作物参考日蒸散量及降雨量计算模块31、作物实际蒸散量获取模块32、土壤田间贮水量计算模块34、土壤贮水差获取模块33以及灌溉量决策模块35，其中，
作物参考日蒸散量及降雨量计算模块31分别与作物实际蒸散量获取模块32 以及土壤贮水差获取模块33相连；
作物实际蒸散量获取模块32还与土壤贮水差获取模块33相连；
土壤田间贮水量计算模块34与灌溉量决策模块35相连；
土壤贮水差获取模块33还与灌溉量决策模块35相连。
本实施例中，作物参考日蒸散量及降雨量计算模块31，用于获取目标灌溉区当天的气象预报信息，将所述气象预报信息应用于预先设置的温度法模型，得到作物参考日蒸散量，输出至作物实际蒸散量获取模块32；
本实施例中，作为一可选实施例，作物参考日蒸散量及降雨量计算模块31 包括：气象预报信息获取单元、提取单元、作物参考日蒸散量计算单元以及降雨量计算单元(图中未示出)，其中，
气象预报信息获取单元分别与提取单元以及降雨量计算单元相连；
提取单元还与作物参考日蒸散量计算单元相连。
气象预报信息获取单元，用于获取目标灌溉区当天的气象预报信息；
提取单元，用于从气象预报信息获取单元提取所述气象预报信息中的每日气象预报信息，输出至作物参考日蒸散量计算单元；
作物参考日蒸散量计算单元，用于将提取的每日气象预报信息应用于预先设置的温度法模型，得到作物参考日蒸散量；
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算所述作物参考日蒸散量：
式中，
ET0i为第i天的作物参考日蒸散量(mm)；
C0为转换系数；
Timax为第i天的最高气温(℃)；
Timin为第i天的最低气温(℃)；
Sa为大气顶辐射(MJ/m2.d)。
本实施例中，利用下式计算所述大气顶辐射：
式中，
其中，
α为目标灌溉区所在的纬度；
J为天数。
降雨量计算单元，用于依据所述气象预报信息获取累积降雨量。
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算累积降雨量：
其中，
Ra为预设时段(n天)内的累积降雨量(mm)；
Ri为第i天的降雨量(mm)。
作物实际蒸散量获取模块32，用于依据所述当天的各作物参考日蒸散量，获取累积的作物实际蒸散量，输出至土壤贮水差获取模块33；
本实施例中，作为一可选实施例，作物实际蒸散量获取模块32包括：遍历单元、求积单元以及累积单元(图中未示出)，其中，
遍历单元与求积单元相连；
求积单元还与累积单元相连。
遍历单元，用于从各作物参考日蒸散量中依次提取作物参考日蒸散量，输出至求积单元；
求积单元，用于依据预先设置的作物系数，计算与输入的作物参考日蒸散量的乘积，输出至累积单元；
累积单元，用于对输入的乘积进行求和，获取所述累积的作物实际蒸散量。
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算所述累积的作物实际蒸散量：
式中，
ETn为累积的作物实际蒸散量(mm)；
Kc为预先设置的作物系数；
ET0i为第i天的作物参考日蒸散量(mm)。
土壤田间贮水量计算模块34，用于采用环刀法获取目标灌溉区的土壤容重和土壤田间持水量，依据获取的土壤容重和土壤田间持水量计算土壤田间贮水量，输出至灌溉量决策模块35；
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算所述土壤田间贮水量：
Wf＝θ*ρ*h*10
其中，
Wf为土壤田间贮水量(mm)；
θ为土壤田间持水量(g/g)；
ρ为土壤容重(g/cm3)；
h为土壤深度(cm)。
土壤贮水差获取模块33，用于依据所述累积的作物实际蒸散量以及累积降雨量，获取土壤贮水差，输出至灌溉量决策模块35；
本实施例中，作为一可选实施例，利用下式计算所述土壤贮水差：
△Wi＝ETn-Ra
其中，
△Wi为i时刻与i+1时刻的土壤贮水差(mm)。
灌溉量决策模块35，用于基于预先设置的灌溉判断系数、土壤田间贮水量以及土壤贮水差，决策灌溉量。
本实施例中，作为一可选实施例，灌溉量决策模块35包括：乘积单元、判断单元、灌溉量决策单元以及灌溉不启动单元(图中未示出)，其中，
乘积单元与判断单元相连；
判断单元还分别与灌溉量决策单元以及灌溉不启动单元相连。
乘积单元，用于计算所述灌溉判断系数与所述土壤田间贮水量的乘积，输出至判断单元；
判断单元，用于判断土壤贮水差是否大于所述乘积，如果是，通知灌溉量决策单元；如果否，通知灌溉不启动单元；
灌溉量决策单元，用于依据接收的通知启动灌溉，灌溉的灌水量为所述土壤贮水差；
灌溉不启动单元，用于依据接收的通知不启动灌溉。
本实施例中，作为一可选实施例，该装置还包括：作物目标产量计算模块、作物养分需求量获取模块、土壤供肥量获取模块以及作物推荐施肥量决策模块 (图中未示出)，其中，
作物目标产量计算模块与作物养分需求量获取模块相连；
作物养分需求量获取模块还与作物推荐施肥量决策模块相连；
土壤供肥量获取模块与作物推荐施肥量决策模块相连。
作物目标产量计算模块，用于基于作物历史产量以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量，输出至作物养分需求量获取模块；
本实施例中，作为一可选实施例，作物目标产量计算模块包括：作物历史产量求和单元、作物历史产量平均单元以及作物目标产量计算单元，其中，
作物历史产量求和单元与作物历史产量平均单元相连；
作物历史产量平均单元还与作物目标产量计算单元相连。
作物历史产量求和单元，用于计算各作物历史产量的和值，输出至作物历史产量平均单元；
作物历史产量平均单元，用于依据作物历史产量的个数，计算和值的均值，输出至作物目标产量计算单元；
作物目标产量计算单元，用于基于所述均值以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量。
作物养分需求量获取模块，用于基于预先设置的作物养分吸收系数以及所述作物目标产量获取作物养分需求量，输出至作物推荐施肥量决策模块；
本实施例中，作为一可选实施例，作物养分需求量是作物对氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)等养分的需求量。
作物养分需求量获取模块，用于利用预先设置的基础产量以及作物养分吸收系数获取土壤供肥量，输出至作物推荐施肥量决策模块；
作物推荐施肥量决策模块，用于基于所述作物养分需求量、所述土壤供肥量、肥料养分含量以及肥料利用率，决策作物推荐施肥量。
本实施例中，作为一可选实施例，作物推荐施肥量决策模块包括：差值计算单元、乘积获取单元以及作物推荐施肥量决策单元，其中，
差值计算单元与作物推荐施肥量决策单元相连；
乘积获取单元与作物推荐施肥量决策单元相连；
差值计算单元，用于计算所述作物养分需求量与所述土壤供肥量的差值，输出至作物推荐施肥量决策单元；
乘积获取单元，用于计算肥料养分含量与肥料利用率的乘积，输出至作物推荐施肥量决策单元；
作物推荐施肥量决策单元，用于计算差值与乘积的商，得到作物推荐施肥量。
图4为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置另一结构示意图。如图4所示，该装置包括：作物目标产量计算模块41、作物养分需求量获取模块42、土壤供肥量获取模块43以及作物推荐施肥量决策模块44，其中，
作物目标产量计算模块41与作物养分需求量获取模块42相连；
作物养分需求量获取模块42还与作物推荐施肥量决策模块44相连；
土壤供肥量获取模块43与作物推荐施肥量决策模块44相连。
作物目标产量计算模块41，用于基于作物历史产量以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量，输出至作物养分需求量获取模块42；
本实施例中，作为一可选实施例，作物目标产量计算模块41包括：作物历史产量求和单元、作物历史产量平均单元以及作物目标产量计算单元(图中未示出)，其中，
作物历史产量求和单元与作物历史产量平均单元相连；
作物历史产量平均单元还与作物目标产量计算单元相连。
作物历史产量求和单元，用于计算各作物历史产量的和值，输出至作物历史产量平均单元；
作物历史产量平均单元，用于依据作物历史产量的个数，计算和值的均值，输出至作物目标产量计算单元；
作物目标产量计算单元，用于基于所述均值以及预先设置的产量递增率计算作物目标产量。
本实施例中，根据下式估算作物目标产量：
式中，
Yt为作物目标产量(kg/亩)；
β为产量递增率；
Yt1、Yt2、Yt3分别为正常气候条件下前3年的作物产量(kg/亩)，即作物历史产量。
作物养分需求量获取模块42，用于基于预先设置的作物养分吸收系数以及所述作物目标产量获取作物养分需求量，输出至作物推荐施肥量决策模块44；
本实施例中，作为一可选实施例，根据以下公式获取作物养分需求量：
式中，
Fy为作物养分需求量(kg/亩)；
F100为作物养分吸收系数(kg)。
本实施例中，作为一可选实施例，作物养分需求量是作物对氮(N)、磷 (P2O5)、钾(K2O)等养分的需求量。
土壤供肥量获取模块43，用于利用预先设置的基础产量以及作物养分吸收系数获取土壤供肥量，输出至作物推荐施肥量决策模块44；
本实施例中，利用下式计算土壤供肥量：
式中，
Fs为土壤供肥量(kg/亩)；
Y0为基础产量(kg/亩)。
作物推荐施肥量决策模块44，用于基于所述作物养分需求量、所述土壤供肥量、肥料养分含量以及肥料利用率，决策作物推荐施肥量。
本实施例中，作为一可选实施例，作物推荐施肥量决策模块44包括：差值计算单元、乘积获取单元以及作物推荐施肥量决策单元(图中未示出)，其中，
差值计算单元与作物推荐施肥量决策单元相连；
乘积获取单元与作物推荐施肥量决策单元相连；
差值计算单元，用于计算所述作物养分需求量与所述土壤供肥量的差值，输出至作物推荐施肥量决策单元；
乘积获取单元，用于计算肥料养分含量与肥料利用率的乘积，输出至作物推荐施肥量决策单元；
作物推荐施肥量决策单元，用于计算差值与乘积的商，得到作物推荐施肥量。
本实施例中，利用下式计算作物推荐施肥量：
其中，
F为作物推荐施肥量(kg/亩)；
Fc为肥料中N、P2O5和K2O的养分含量(％)；
Fu为肥料利用率(％)。
本实施例中，作为一可选实施例，该装置还包括：
结果显示模块(图中未示出)，用于提供交互界面，以显示作物推荐施肥量决策模块决策的作物推荐施肥量。
本实施例中，可以根据实际需求及使用便捷性，结果显示模块以不同形式在交互界面显示结果。例如，可以在交互界面中的用户界面，直接显示决策得到的灌溉量、作物推荐施肥量以及施肥策略；也可以在交互界面中的用户界面，通过图片方式显示出作物推荐施肥量；还可以直接发布到服务器或者以短息的形式告知管理者。
本实施例提供的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥装置，利用信息技术，采用Hargreaves公式，以气象预报信息为主要变量进行干旱地区农田实际蒸散量估计，并基于实际蒸散量估计灌溉量以及推荐水肥补给策略(作物推荐施肥量)，能够对旱区作物的灌溉进行智能决策及水肥一体化的精准施用，避免当前大田农作物灌溉施肥决策的盲目随机性强，灌溉施肥的劳动强度大，水肥利用效率低，以及传感器技术在应用中存在的系列问题。
图5为本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统结构示意图。如图5所示，该系统包括：灌溉装置、配肥装置以及控制装置，其中，
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置相连；
灌溉装置包括：水源2、灌溉主管道3以及田间控制阀4，其中，
灌溉主管道3与水源2相连通，水源2通过灌溉主管道3输送至多个田间控制阀4；
多个田间控制阀门4位于灌溉主管道3的末端，用于实现田间不同区域的灌溉施肥控制；
配肥装置与灌溉主管道3并联，配肥装置的进水口和出水口分别设置在灌溉主管道3的下游和上游，配肥装置包括：施肥器8、肥液桶9、施肥泵10、混肥腔11以及逆止阀15，其中，
逆止阀15设置在配肥装置的出水口处，与灌溉主管道3的上游水口相连；
逆止阀15还与混肥腔11相连；
混肥腔11还与施肥泵10相连；
施肥泵10还与施肥器8相连；
施肥器8还与肥液桶9相连，并接入灌溉主管道3的下游水口。
逆止阀15用于实现肥液的单向流动，并进入灌溉主管道3；
混肥腔11用于水与肥液的充分混合；
施肥泵10安装在施肥器8的出液口，用于抽取施肥器8中的肥液并输送至混肥腔11；
每一种类的肥料对应设置一施肥器8，多个施肥器8并联，每一施肥器8对应配备一肥液桶9，并接入灌溉主管道3的下游水口；
肥液桶9用于盛放肥料原液；
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置电连接，依据计算得到的灌溉量以及作物推荐施肥量，控制灌溉电磁阀6、配肥电磁阀14的启闭以及流量计7的流量数据采集。
本实施例中，作为一可选实施例，灌溉装置还包括：第一过滤器5、灌溉电磁阀6以及流量计7，其中，
在主管道3与水源2之间，依次串联第一过滤器5以及灌溉电磁阀6，流量计7设置在灌溉主管道3与田间控制阀4之间；
第一过滤器5用于对来自水源2的进水进行过滤，将过滤水输送至灌溉电磁阀6；
灌溉电磁阀6用于控制来自水源2的进水；
流量计7用于测量和记录流入田间地块的田间控制阀4的灌溉水量。
本实施例中，作为一可选实施例，第一过滤器5可以为砂石过滤器，也可以为反冲洗过滤器。
本实施例中，作为一可选实施例，田间控制阀门4的输出端连接有滴灌带或微喷带。
本实施例中，作为一可选实施例，施肥器8可以为文丘里施肥器。
本实施例中，作为一可选实施例，配肥装置还可以包括：电磁阀12以及第二过滤器13，其中，
电磁阀12，设置在肥液桶9的出液口处，用于控制肥液桶9中肥料原液的开启输送以及终止输送；
第二过滤器13，串联设置在施肥器8与电磁阀12之间，用于对肥液桶9输送的肥料原液进行过滤。
本实施例中，作为另一可选实施例，配肥装置还可以包括：
配肥电磁阀14，输入端接入灌溉主管道3的下游水口，输出端与施肥器8 的输入端相连，用于从灌溉主管道3的下游水口接入灌溉水以在施肥器8中配置肥料。
本实施例中，肥液桶9用于盛放氮磷钾等肥料原液，作为一可选实施例，氮磷钾肥料分别为具有可溶性的尿素、磷酸二胺及硫酸钾。施肥器8与肥液桶9 之间还串联有阀门(电磁阀)12与第二过滤器13。施肥泵10安装在施肥器8 的出液口，混肥腔11串联在施肥泵9后面，混肥腔11用于水与肥液的充分混合。
本实施例中，在配肥装置的进水口和出水口分别安装配肥电磁阀14和逆止阀15，配肥电磁阀14用于控制配施系统的进水，逆止阀15可以实现肥液的单向流动，并进入灌溉主管道3。
本实施例中，作为一可选实施例，配肥装置安装在灌溉电磁阀6与流量计7 之间。
本实施例中，作为一可选实施例，气象预报信息包括最高温度、最低温度以及降雨量。
本实施例中，作为一可选实施例，可以基于PC客户端或者移动客户端的数据层编写程序，利用中国气象局天气预报API接口，执行HTTP POST操作获取当天的气象预报信息(JSON数据)，然后，通过解析(JSON解析)获取的气象预报信息，拆分JSON键/值对，得到单因子气象元素，例如，最高温度、最低温度以及降雨量，同时存入MySQL数据库，后续进行施肥决策时，从MySQL 数据库中读取气象预报信息，输入本实施例构建的数学模型中，数学模型通过运行决策，输出决策结果，并通过Javaweb编写接口发布到Tomcat中，本地上位机远程获取数据并控制施肥系统。
本实用新型实施例的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统的具体实施过程为：当满足灌溉条件时，通过控制装置1开启灌溉电磁阀6，灌溉水经过田间控制阀4直接进入田间，并通过流量计7的流量计数确定灌溉停止时间。当需要施肥时，首先根作物推荐施肥量分生育期将氮磷钾肥溶解到肥液桶内；通过控制装置1开启系统的所有电磁阀与施肥泵10，灌溉主管道3内的一部分灌溉水直接进入田间，另一部分灌溉水经过配肥电磁阀14进入配肥装置，当高压水流经过施肥器8时，肥液由肥液桶9被吸入施肥器8，在施肥泵10的作用下，肥液再进入混肥腔11，经过混肥腔11的充分混合后进入灌溉主管道3。如此反复循环，从而实现水肥一体化的精准施用，大大提高水肥利用效率和劳动生产率。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，其特征在于，包括：灌溉装置、配肥装置以及控制装置，其中，
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置相连；
灌溉装置包括：水源、灌溉主管道以及田间控制阀，其中，
灌溉主管道与水源相连通，水源通过灌溉主管道输送至多个田间控制阀；
多个田间控制阀门位于灌溉主管道的末端，用于实现田间不同区域的灌溉施肥控制；
配肥装置与灌溉主管道并联，配肥装置的进水口和出水口分别设置在灌溉主管道的下游和上游，配肥装置包括：施肥器、肥液桶、施肥泵、混肥腔以及逆止阀，其中，
逆止阀设置在配肥装置的出水口处，与灌溉主管道的上游水口相连；
逆止阀还与混肥腔相连；
混肥腔还与施肥泵相连；
施肥泵还与施肥器相连；
施肥器还与肥液桶相连，并接入灌溉主管道的下游水口；
逆止阀用于实现肥液的单向流动，并进入灌溉主管道；
混肥腔用于水与肥液的充分混合；
施肥泵安装在施肥器的出液口，用于抽取施肥器中的肥液并输送至混肥腔；
每一种类的肥料对应设置一施肥器，多个施肥器并联，每一施肥器对应配备一肥液桶，并接入灌溉主管道的下游水口；
肥液桶用于盛放肥料原液；
控制装置分别与灌溉装置以及配肥装置电连接，依据计算得到的灌溉量以及作物推荐施肥量，控制灌溉电磁阀、配肥电磁阀的启闭以及流量计的流量数据采集。
2.根据权利要求1所述的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，其特征在于，所述灌溉装置还包括：第一过滤器、灌溉电磁阀以及流量计，其中，
在主管道与水源之间，依次串联第一过滤器以及灌溉电磁阀，流量计设置在灌溉主管道与田间控制阀之间；
第一过滤器用于对来自水源的进水进行过滤，将过滤水输送至灌溉电磁阀；
灌溉电磁阀用于控制来自水源的进水；
流量计用于测量和记录流入田间地块的田间控制阀的灌溉水量。
3.根据权利要求1所述的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，其特征在于，所述田间控制阀门的输出端连接有滴灌带或微喷带。
4.根据权利要求1所述的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，其特征在于，所述配肥装置还包括：电磁阀以及第二过滤器，其中，
电磁阀，设置在肥液桶的出液口处，用于控制肥液桶中肥料原液的开启输送以及终止输送；
第二过滤器，串联设置在施肥器与电磁阀之间，用于对肥液桶输送的肥料原液进行过滤。
5.根据权利要求4所述的基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥系统，其特征在于，所述配肥装置还包括：
配肥电磁阀，输入端接入灌溉主管道的下游水口，输出端与施肥器的输入端相连，用于从灌溉主管道的下游水口接入灌溉水以在施肥器中配置肥料。
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| CN108575673A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-09-28 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 基于当天气象预报信息的旱区作物灌溉施肥方法及系统 |
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