TW202247081A

TW202247081A - 農田灌溉方法及農田灌溉系統

Info

Publication number: TW202247081A
Application number: TW110119279A
Authority: TW
Inventors: 李韋承
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01
Also published as: TWI824250B; CN115399230A

Abstract

本發明實施例提供一種農田灌溉方法及農田灌溉系統。在方法中，量測農田的水位高度，判斷農田的作物的生長階段，判斷生長階段所對應的需水量，比較需水量及水位高度以產生比較結果，依據比對結果產生閘門控制指令，並依據閘門控制指令控制閘門的作動，以對農田放水或對農田供水。藉此，可節省人力及水資源。

Description

農田灌溉方法及農田灌溉系統

本發明是有關於一種農田管理技術，且特別是有關於一種農田灌溉方法及農田灌溉系統。

目前農田的水位追蹤多仰賴人工。例如，掌水工以人力巡檢並發現農田的水位不足時，可手動開啟水閘門。而水位已滿足灌溉需求時，掌水工使用沙包填堵水路，以透過人工調節水位。由此可知，現今水位追蹤耗費大量人力，且偶有意外或危險，更不具即時性。

有鑑於此，本發明實施例提供一種農田灌溉方法及農田灌溉系統，可提供智慧灌溉功能，以滿足農田供水的需求。

本發明實施例的農田灌溉系統包括(但不僅限於)水位監測單元、控制單元及閘門監控單元。水位監測單元用以量測農田的水位高度。控制單元耦接水位監測單元，並用以提供作物生長階段評估模組及需水量評估模組。作物生長階段評估模組判斷農田的作物的生長階段。需水量評估模組判斷生長階段所對應的需水量。控制單元比較需水量及水位高度以產生比較結果，並依據比對結果產生閘門控制指令。閘門監控單元耦接控制單元，並用以依據閘門控制指令控制閘門的作動，以對農田放水或對農田供水。

本發明實施例的農田灌溉方法包括(但不僅限於)下列步驟：量測農田的水位高度，判斷農田的作物的生長階段，判斷生長階段所對應的需水量，比較需水量及水位高度以產生比較結果，依據比對結果產生閘門控制指令，並依據閘門控制指令控制閘門的作動，以對農田放水或對農田供水。

基於上述，依據本發明實施例的農田灌溉方法及農田灌溉系統，推估作物的生長階段，並計算當下農田所需水量，並據以控制水閘門啟閉。藉此，可自動灌溉農田，並節省灌溉人力及用水。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依據本發明一實施例的農田灌溉系統1的方塊圖。請參照圖1，農田灌溉系統1包括(但不僅限於)控制單元10、水閘門監控單元12、水位監測單元13、網路傳輸單元14、資料儲存單元15、輸入介面16及微型氣象站監測單元17。農田灌溉系統1適用於各類型的農田11。須說明的是，本發明實施例不加以限制農田11所種植的作物的類型、數量及/或規模。

控制單元10可以是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、圖形處理單元(Graphic Processing unit，GPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、可程式化控制器、現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、神經網路加速器或其他類似元件或上述元件的組合。

在一實施例中，控制單元10用以提供作物生長階段評估模組18及需水量評估模組19。作物生長階段評估模組18及需水量評估模組19是軟體模組，且是經控制單元10載入軟體模組以執行對應功能。

水閘門監控單元12耦接控制單元10。在一實施例中，水閘門監控單元12用以控制一個或更多個閘門的作動。這些閘門是用於管制農田11的水道的出入。例如，若供水閘門開啟，則水流入農田11；若供水閘門關閉，則水停止流入農田11。若出水閘門開啟，則水自農田11流出；若出水閘門關閉，則水停止自農田11流出。

水位監測單元13耦接控制單元10。在一實施例中，水位監測單元13用以量測農田11的水位高度。例如，透過影像辨識水位高度。

須說明的是，不同農田11可能分別設定有對應的水閘門監控單元12及水位監測單元13。

網路傳輸單元14耦接控制單元10、水閘門監控單元12及水位監測單元13及資料儲存單元15。網路傳輸單元14可以是支援Wi-Fi、4G行動網路或其他通訊技術的通訊收發器。在一實施例中，網路傳輸單元14用以傳遞所連接單元的資料、指令或資訊。

資料儲存單元15耦接輸入介面16及微型氣象站監測單元17。資料儲存單元15可以是任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體(Radom Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、快閃記憶體(flash memory)、傳統硬碟(Hard Disk Drive，HDD)、固態硬碟(Solid-State Drive，SSD)、非揮發性(nonvolatile)記憶體或類似元件。在一實施例中，資料儲存單元15用以儲存程式碼、軟體模組、組態配置、資料(例如，水位高度、生長階段、需水量、比較結果、氣象資訊等)或檔案，且其內容將待後文詳述。

輸入介面16是一種使用者介面，並可透過各類型顯示器呈現。在一實施例中，輸入介面16用以供使用者透過輸入裝置(例如，鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、或儲存媒體)輸入資訊(例如，農田11的作物的類型、施作日期及/或對應水閘門)。

微型氣象站監測單元17包括(但不僅限於)溫度、濕度、照度、氣壓或其他類型的感測器。這些感測器所取得的感測結果(例如，溫度、濕度及照度)可作為當地的氣象資訊。微型氣象站監測單元17可安裝於農田11或其周圍。

下文中，將搭配農田灌溉系統1中的各項元件、模組及裝置說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

現有自動灌溉及監測系統僅能分別提供水位監測、水閘門控制等簡易功能，但無法依據各農田作物生長階段進行自動灌溉，因此恐仍有傷害作物或浪費水資源之虞。

有鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，本發明實施例結合資料分析、網路傳輸、微型氣象站、水位、水閘門設備監控等技術，以提供具備資料分析、即時地、智慧化之水位追蹤水閘門控制方法，進而滿足現有需求並克服習用方法無法克服之難題。

圖2是依據本發明一實施例的農田灌溉方法的流程圖。請參照圖2，分佈於各農田11的水位監測單元13量測所屬農田11的水位高度。資料儲存單元15透過網路傳輸單元14定時接收建置於現地的微型氣象站監測單元17的氣象資訊(例如，溫度、濕度、照度及風速)、設於各農田11的水閘門監控單元12及水位監測單元13所感測的資料(例如，水閘門的開啟程度、或其他水閘門狀態、農田11的水位高度)(步驟S201)。控制單元10將輸入介面16上使用者所填寫的受控農田11以及相關資訊(例如，施作日期、作物類別、對應水閘門、水位計)提供給作物生長階段評估模組18(步驟S202)，以判斷農田11的作物的生長階段。

作物生長階段模組18可依據作物的類型、施作日期及氣象資訊評估生長階段(步驟S203)。例如，作物生長階段模組18可計算施作日期至執行當下所累積的氣象變化(相關於溫度、濕度及/或照度的變化量)且作為氣象資訊。作物生長階段模組18比較氣象變化與這類型的作物的一個或更多個階段門檻值。其中，不同類型的作物的生命週期中的多個階段有不同的階段門檻值。作物生長階段模組18可依據與階段門檻值的比較結果判斷對應的生長階段。例如，作物生長階段模組18判斷累積的氣象變化滿足哪一個最高生長階段的門檻值，即為這作物的當前生長階段(例如，稻作、分糵盛期)。

作物生長階段模組18將判斷的生長階段提供給需水量評估模型19。需水量評估模型19判斷生長階段所對應的需水量(步驟S204)。例如，需水量評估模型19依據不同作物的類型及不同生長階段，可得出不同之水位上下限(下文稱需水量的上限及下限)，並回饋給控制單元10。例如，稻作至分糵盛期水位上、下限為8公分及3公分。

控制單元10可比較需水量及水位高度以產生比較結果(例如，農田11中的水量是否低於需水量的(水位)下限(步驟S205)或高於需水量的上限(步驟S207))，並依據比對結果產閘門控制指令。若比較結果為水位高度低於需水量的(水位)下限，則控制單元10產生相關於供水的閘門控制指令，使供水閘門開啟且水流入農田11(步驟S206，即對農田11進行供水)。另一方面，若比較結果為水位高度高於需水量的上限，則控制單元10產生相關於放水的閘門控制指令並透過網路傳輸單元14提供給水閘門監控單元12，使放水閘門開啟且水自農田11流出(步驟S208，即對農田11進行放水)。也就是說，當發現農田11的水位高度不在需水量上下限時，則進行水閘門控制，完成放流或供水，達成自動灌溉目的。例如，農田11的水位為1公分且小於需水量的下限，則開啟供水閘門。之後，每1分鐘重複上述水位比較。而當水位到達需水量的上、下限，即8-3公分之間，則關閉供水閘門。藉此，控制每一納管之農田11的水位合乎於這農田11中的作物於生長階段所需之水量。

綜上所述，本發明實施例的農田灌溉系統及農田灌溉方法包括以下特點：

本發明實施例由農田作物施作日期與現地天氣資訊，自動評估農田作物生長階段。透過作物生長階段計算其所需水量，回饋至供水控制。比對農田既有水量差異，在農田水量少於需水量時進行供水；在農田水量多餘需水量時進行放流。藉此，節省灌溉用水及人力。

本發明實施例可解決管理大量農田於不同時間施作不同作物需進行自動灌溉之管理問題，只需定義農田作物、施作日期、水閘門後，系統即可自動進行灌溉，以解決管理大量農田紊亂問題，且節省管理大量農田人力時間。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:農田灌溉系統 10:控制單元 11:農田 12:水閘門監控單元 13:水位監測單元 14:網路傳輸單元 15:資料儲存單元 16:輸入介面 17:微型氣象站監測單元 18:作物生長階段評估模組 19:需水量評估模組 S201~S208:步驟

圖1是依據本發明一實施例的農田灌溉系統的方塊圖。圖2是依據本發明一實施例的農田灌溉方法的流程圖。

1:農田灌溉系統

10:控制單元

11:農田

12:水閘門監控單元

13:水位監測單元

14:網路傳輸單元

15:資料儲存單元

16:輸入介面

17:微型氣象站監測單元

18:作物生長階段評估模組

19:需水量評估模組

Claims

一種農田灌溉系統，包括：一水位監測單元，用以量測一農田的一水位高度；一控制單元，耦接該水位監測單元，並用以提供一作物生長階段評估模組及一需水量評估模組，其中該作物生長階段評估模組判斷該農田的一作物的一生長階段，該需水量評估模組判斷該生長階段所對應的一需水量，且該控制單元比較該需水量及該水位高度以產生一比較結果，並依據該比對結果產生一閘門控制指令；以及一閘門監控單元，耦接該控制單元，並用以依據該閘門控制指令控制一閘門的作動，以對該農田放水或對該農田供水。
如請求項1所述的農田灌溉系統，其中該作物生長階段評估模組依據該作物的一類型、一施作日期及一氣象資訊，評估該生長階段。
如請求項2所述的農田灌溉系統，其中該氣象資訊包括自該施作日期至當下所累積的一氣象變化，該氣象變化相關於溫度、濕度及照度中的至少一者的變化量，該作物生長階段評估模組比較該氣象變化與一階段門檻值，並依據與階段門檻值的一第二比較結果判斷對應的該生長階段。
如請求項1所述的農田灌溉系統，其中若該比較結果為該水位高度高於該需水量的一上限，則該控制單元產生相關於放水的該閘門控制指令。
如請求項1所述的農田灌溉系統，其中若該比較結果為該水位高度低於該需水量的一下限，則該控制單元產生相關於供水的該閘門控制指令。
一種農田灌溉方法，包括：量測一農田的一水位高度；判斷該農田的一作物的一生長階段；判斷該生長階段所對應的一需水量；比較該需水量及該水位高度以產生一比較結果；依據該比對結果產生一閘門控制指令；以及依據該閘門控制指令控制一閘門的作動，以對該農田放水或對該農田供水。
如請求項6所述的農田灌溉方法，其中判斷該農田的該作物的該生長階段的步驟包括：依據該作物的一類型、一施作日期及一氣象資訊，評估該生長階段。
如請求項7所述的農田灌溉方法，其中該氣象資訊包括自該施作日期至當下所累積的一氣象變化，該氣象變化相關於溫度、濕度及照度中的至少一者的變化量，且評估該生長階段的步驟包括：比較該氣象變化與一階段門檻值；以及依據與階段門檻值的一第二比較結果判斷對應的該生長階段。
如請求項6所述的農田灌溉方法，其中依據該閘門控制指令控制該閘門的作動的步驟包括：若該比較結果為該水位高度高於該需水量的一上限，則產生相關於放水的該閘門控制指令。
如請求項6所述的農田灌溉方法，其中依據該閘門控制指令控制該閘門的作動的步驟包括：若該比較結果為該水位高度低於該需水量的一下限，則產生相關於供水的該閘門控制指令。