本發(fā)明涉及設(shè)施蔬菜灌溉技術(shù)，更具體地，涉及設(shè)施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，設(shè)施蔬菜主推的高效節(jié)水灌溉方式為滴灌，但滴灌工程建設(shè)完成并投入使用后，農(nóng)戶在灌溉過程中仍存在以下問題：(1)農(nóng)民現(xiàn)狀灌水情況多數(shù)憑經(jīng)驗，沒有科學(xué)的研究成果作為理論指導(dǎo)；(2)農(nóng)民節(jié)水意識淡薄，灌水不節(jié)制，浪費水的現(xiàn)象仍然存在；(3)現(xiàn)有高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成度不高，沒有及時有效的形成可復(fù)制推廣的高效節(jié)水灌溉模式；(4)灌水過程仍然需要人工來控制，費時費力。
另外，與其他的農(nóng)作物相比，蔬菜對水的需求比較敏感，土壤中水分的多少對蔬菜的產(chǎn)量影響非常大，因此需要經(jīng)常灌水以保持土壤中水分在一定的水平。其他農(nóng)作物例如玉米—相比之下對水的需求較不敏感，在整個作物的生長期內(nèi)定時定次數(shù)灌溉即可。因此，憑感覺或經(jīng)驗灌水，或定時灌水，要么灌水量大于蔬菜需求量，造成浪費水的現(xiàn)象，要么灌水少于蔬菜需求量，造成蔬菜產(chǎn)量低，這均會導(dǎo)致水分生產(chǎn)效率低下。
因此，需要綜合考慮以上灌溉過程中存在的問題，研發(fā)出一種現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)節(jié)水智能灌溉決策系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉信息的自動診斷、灌溉過程的智能控制、灌溉用水的精準計量等功能，同時達到省時省工、節(jié)約用水的目的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有高效節(jié)水灌溉技術(shù)集成度不高、適用性不強，科學(xué)的灌水方法尚未應(yīng)用于生產(chǎn)，存在灌水時間及灌水量不適宜、未按作物的需求灌水等缺點，本發(fā)明提出了一種可復(fù)制可推廣的設(shè)施農(nóng)業(yè)高效節(jié)水智能灌溉決策系統(tǒng)，用以指導(dǎo)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉。
為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，采用以下技術(shù)方案：
一種設(shè)施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統(tǒng)，包括：
決策系統(tǒng)1；
中心控制系統(tǒng)2，與所述決策系統(tǒng)1聯(lián)通；
機井智能計量系統(tǒng)3，與所述中心控制系統(tǒng)2聯(lián)通；
灌溉系統(tǒng)4，與所述機井智能計量系統(tǒng)3聯(lián)通；
其中所述決策系統(tǒng)1用于監(jiān)測設(shè)施蔬菜計劃濕潤層深度內(nèi)的土壤水分含量，并且實時傳輸不同深度土壤含水量信息至所述中心控制系統(tǒng)2；
所述中心控制系統(tǒng)2用于根據(jù)所述土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發(fā)布灌水指令至所述機井智能計量系統(tǒng)3；
所述機井智能計量系統(tǒng)3接收到灌水指令后，開啟水泵及所述灌溉系統(tǒng)4，按照計算所得灌水量進行定量灌溉；
在灌溉了計算所得的灌水量之后，所述機井智能計量系統(tǒng)3停止供水，并且所述灌溉系統(tǒng)4關(guān)閉；
其中，所述中心控制系統(tǒng)2根據(jù)所計算出的土壤含水量是否低于預(yù)先設(shè)置的土壤計劃濕潤層深度內(nèi)土壤適宜含水率下限值，來判斷作物是否需要灌溉，若低于所述土壤適宜含水率下限，則判定為需要灌溉；
所述中心控制系統(tǒng)2計算所述灌水量時，計算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
m為灌水量，單位為m3；
p為土壤濕潤比，單位為百分比；
θmax為土壤計劃濕潤層深度內(nèi)土壤適宜含水率上限，為田間持水量的百分比；
θmin為土壤計劃濕潤層深度內(nèi)土壤適宜含水率下限，為田間持水量的百分比；
h為土壤濕潤層深度，單位為m；
s為灌水區(qū)域的面積，單位為m2。
進一步地，所述中心控制系統(tǒng)2包括數(shù)據(jù)庫21、微處理器22、中控室23和手機客戶端24。
進一步地，所述機井智能計量系統(tǒng)3包括機井智能計量控制終端31、水泵32、流量計33和gprs通訊模塊34，所述gprs通訊模塊34與所述數(shù)據(jù)庫21連接，所述微處理器22與所述機井智能計量控制終端31連接。
進一步地，所述灌溉系統(tǒng)4包括電磁閥41和滴灌系統(tǒng)42，所述流量計33與所述電磁閥41連接。
進一步地，所述決策系統(tǒng)1包括多深度土壤水分傳感器11和gprs通訊模塊12，所述gprs通訊模塊12與所述數(shù)據(jù)庫21連接。
此外，所述設(shè)施蔬菜包括葉菜類蔬菜、果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜。
進一步地，所述葉菜類蔬菜的土壤適宜含水率下限可為田間持水量的65％-75％，所述果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜的土壤適宜含水率下限可為田間持水量的75％-85％。
進一步地，對于葉菜類蔬菜，土壤濕潤層深度h可為0.2m；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤濕潤層深度h可為0.3m。
進一步地，所述土壤適宜含水率上限可為田間持水量的95％-100％。
此外，所述土壤濕潤比p可取80％-90％，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要來選擇適當?shù)闹怠?/p>
本發(fā)明可實時監(jiān)控設(shè)施蔬菜的根區(qū)土壤水分動態(tài)變化，掌握作物需水信息，監(jiān)控灌溉用水情況，可有效提高灌溉水的利用效率，減少用工，降低管理成本，提高經(jīng)濟效益。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的設(shè)施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步描述。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如可以是固定連接，也可以是可拆卸式連接，或一體式連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
參考圖1，提供了一種設(shè)施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統(tǒng)，可包括：
決策系統(tǒng)1；中心控制系統(tǒng)2，與決策系統(tǒng)1聯(lián)通；機井智能計量系統(tǒng)3，與中心控制系統(tǒng)2聯(lián)通；灌溉系統(tǒng)4，與機井智能計量系統(tǒng)3聯(lián)通；其中決策系統(tǒng)1用于監(jiān)測設(shè)施蔬菜計劃濕潤層深度內(nèi)的土壤水分含量，并且實時傳輸不同深度土壤含水量信息至中心控制系統(tǒng)2；中心控制系統(tǒng)2用于根據(jù)所述土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發(fā)布灌水指令至機井智能計量系統(tǒng)3；機井智能計量系統(tǒng)3接收到灌水指令后，開啟水泵及灌溉系統(tǒng)4，按照計算所得灌水量進行定量灌溉；在灌溉了計算所得的灌水量之后，機井智能計量系統(tǒng)3停止供水，并且灌溉系統(tǒng)4關(guān)閉。
下面結(jié)合附圖更詳細地說明各個組成部分。
決策系統(tǒng)1可包括多深度土壤水分傳感器11和gprs通訊模塊12。多深度土壤水分傳感器11例如可以為插針式土壤水分傳感器、導(dǎo)管式水分儀等。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的教導(dǎo)，可以根據(jù)待測量的土壤以及待灌溉的作物來選擇適當傳感器，并適當布置多深度土壤水分傳感器11的數(shù)量、深度和位置。多深度土壤水分傳感器11用于監(jiān)測設(shè)施蔬菜計劃濕潤層深度內(nèi)的土壤水分含量，gprs通訊模塊12可以接收水分傳感器11的感測數(shù)據(jù)，即土壤中含水量信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給中心控制系統(tǒng)2。
中心控制系統(tǒng)2可包括數(shù)據(jù)庫21、微處理器22、中控室23和手機客戶端24，用于根據(jù)土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發(fā)布灌水指令至機井智能計量系統(tǒng)3。其中決策系統(tǒng)1的gprs通訊模塊12與數(shù)據(jù)庫21連接。中控室23例如可以為臺式電腦終端、筆記本電腦終端等，可根據(jù)實際應(yīng)用來設(shè)置。數(shù)據(jù)庫21用來接收gprs通訊模塊12發(fā)送的水分傳感器11的感測數(shù)據(jù)。微處理器22調(diào)用數(shù)據(jù)庫21中的水分傳感器11的感測數(shù)據(jù)，即土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，并將灌水量信息發(fā)送至中控室23和手機客戶端24。中控室23或手機客戶端24可以自動地或由工作人員手動地將灌水指令發(fā)送至機井智能計量控制終端31。
其中中心控制系統(tǒng)2根據(jù)土壤含水量是否低于預(yù)先設(shè)置的土壤適宜含水率下限值，來判斷作物是否需要灌溉，若低于所述土壤適宜含水率下限，則判定為需要灌溉。
中心控制系統(tǒng)2計算所述灌水量時，計算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
其中m為灌水量，單位為m3；p為土壤濕潤比，是指濕潤土體體積與整個計劃濕潤層土體的比值，單位為百分比，可取80％-90％，因滴灌帶雙行布置，優(yōu)選取90％；θmax為土壤計劃濕潤層深度內(nèi)土壤適宜含水率上限，為田間持水量的百分比；θmin為土壤計劃濕潤層深度內(nèi)土壤適宜含水率下限，為田間持水量的百分比；h為土壤濕潤層深度，單位為m；s為灌水區(qū)域的面積，單位為m2。
其中田間持水量為在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量(土水勢或土壤水吸力達到一定數(shù)值)，是大多數(shù)植物可利用的土壤水上限。被認為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數(shù)，常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標。
機井智能計量系統(tǒng)3可包括機井智能計量控制終端31、水泵32、流量計33和gprs通訊模塊34，其中g(shù)prs通訊模塊34與數(shù)據(jù)庫21連接，微處理器22與機井智能計量控制終端31連接。機井智能計量控制終端31例如可以為機井智能控制器、機井灌溉控制器等，可以根據(jù)實際情況來布置。機井智能計量控制終端31接收到中控室23或手機客戶端24發(fā)送的灌水指令后開啟水泵32，經(jīng)流量計33計量用水量。gprs通訊模塊34用于實時傳輸用水信息至數(shù)據(jù)庫21。
灌溉系統(tǒng)4可包括電磁閥41和滴灌系統(tǒng)42，機井智能計量系統(tǒng)3的流量計33與電磁閥41連接?？梢愿鶕?jù)土壤、地形以及待灌溉的作物來布置滴灌系統(tǒng)42，此為本領(lǐng)域中的公知技術(shù)，不再贅述。當機井智能計量控制終端31接收到中控室23或手機客戶端24發(fā)送的灌水指令后開啟水泵32時，機井智能計量控制終端31同時開啟電磁閥41，滴灌系統(tǒng)42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
當機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結(jié)束時間、灌水歷時、灌水量等。
此外，設(shè)施蔬菜包括葉菜類蔬菜、果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜；葉菜類蔬菜的土壤適宜含水率下限為田間持水量的65％-75％，果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜的土壤適宜含水率下限為田間持水量的75％-85％；對于葉菜類蔬菜，土壤濕潤層深度h為0.2m；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤濕潤層深度h為0.3m；土壤適宜含水率上限為田間持水量的95％-100％。
在本發(fā)明中，土壤適宜含水率上限可取田間持水量的95％-100％，能更好的滿足蔬菜的生長；對于葉菜類蔬菜，土壤適宜含水率下限為田間持水量的65％-75％，對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤適宜含水率下限為田間持水量的75％-85％；可有效提高作物的水分利用效率及作物生長品質(zhì)，指導(dǎo)設(shè)施蔬菜節(jié)水灌溉。
實施例1
以種植苦苣為例：
首先，實時監(jiān)測種植苦苣的土壤的含水量，此步驟可以由多深度土壤水分傳感器11將土壤含水量信息傳送給微處理器22，由微處理器22進行判斷。
當土壤含水量低于苦苣的土壤適宜含水率下限θmin(田間持水量的65％-75％)時，微處理器22認定為苦苣需要灌溉。
接著由微處理器22通過計劃濕潤層內(nèi)土壤含水量與適宜含水率上限的差距，計算灌水量，使用上文所述計算模式進行計算。
對于苦苣這種葉菜類蔬菜，h取0.2m，在某一試驗區(qū)內(nèi)，p取90％，田間持水量為30％，θmax取田間持水量的100％，θmin取田間持水量的比例如下表(1)所示。
接著，微處理器22將灌水量信息傳輸至中控室23及手機客戶端24。
中控室23或手機客戶端24將灌水指令發(fā)送至機井智能計量控制終端31。
機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經(jīng)流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經(jīng)滴灌系統(tǒng)42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
其中，當機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經(jīng)流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經(jīng)滴灌系統(tǒng)42開始灌溉時，由gprs通訊模塊34實時傳輸用水信息至數(shù)據(jù)庫21；
當機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結(jié)束時間、灌水歷時、灌水量等。
經(jīng)過試驗，得出苦苣的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
實施例2
以與實施例1同樣的方法種植白菜，得出相應(yīng)的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
實施例3
以與實施例1同樣的方法種植娃娃菜，得出相應(yīng)的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
實施例4
以種植櫻桃西紅柿為例：
首先，實時計算種植植櫻桃西紅柿的土壤的含水量，此步驟可以由多深度土壤水分傳感器11將土壤含水量信息傳送給微處理器22，由微處理器22進行判斷。
當土壤含水量低于植櫻桃西紅柿的土壤適宜含水率下限θmin(田間持水量的75％-85％)時，微處理器22認定為植櫻桃西紅柿需要灌溉。
接著由微處理器22通過計劃濕潤層內(nèi)土壤含水量與適宜含水率上限的差距，計算灌水量，使用上文所述計算模式進行計算。
對于櫻桃西紅柿這種果菜類蔬菜，h取0.3m，在某一試驗區(qū)內(nèi)，p取90％，田間持水量為30％，θmax取田間持水量的100％，θmin取田間持水量的比例如下表(1)所示。
接著，微處理器22將灌水量信息傳輸至中控室23及手機客戶端24。
中控室23或手機客戶端24將灌水指令發(fā)送至機井智能計量控制終端31。
機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經(jīng)流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經(jīng)滴灌系統(tǒng)42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
其中，當機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經(jīng)流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經(jīng)滴灌系統(tǒng)42開始灌溉時，由gprs通訊模塊34實時傳輸用水信息至數(shù)據(jù)庫21；
當機井智能計量控制終端31自動關(guān)閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結(jié)束時間、灌水歷時、灌水量等。
經(jīng)過試驗，得出櫻桃西紅柿的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
實施例5
以與實施例4同樣的方法種植青椒，得出相應(yīng)的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
實施例6
以與實施例4同樣的方法種植西葫蘆，得出相應(yīng)的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率對比表如下表(1)所示。
表(1)
由上表可以看出，采用實時監(jiān)控的灌溉方法，結(jié)果如下：
當灌水下限為75％時，苦苣產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高；
當灌水下限為70％時，白菜產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高；
當灌水下限為70％時，娃娃菜產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高；
當灌水下限為75％時，櫻桃西紅柿產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高；
當灌水下限為85％時，青椒產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高；
當灌水下限為80％時，西葫蘆產(chǎn)量最高，耗水量最少，水分生產(chǎn)效率最高。
對于葉菜類蔬菜，當灌水下限位于65％-75％這個范圍之外時，產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率均下降；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，當灌水下限位于75％-85％這個范圍之外時，產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率也均下降。
本發(fā)明能夠根據(jù)作物的生長習(xí)性及耗水規(guī)律適時適量的完成作物需水量灌溉，實現(xiàn)灌溉信息的自動診斷、灌溉過程的智能控制、灌溉用水的精準計量等功能，達到省時省工、節(jié)約用水的目的，同時還能保證設(shè)施蔬菜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
本發(fā)明還可實時監(jiān)控設(shè)施蔬菜的土壤水分動態(tài)變化，掌握作物灌水信息，監(jiān)控灌溉用水情況，可有效提高灌溉水的利用效率，減少用工，降低管理成本，提高經(jīng)濟效益。
上述對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本案技術(shù)，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可輕易對這些實例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其它實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本案不限于以上實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本案的揭示，對于本案做出的改進和修改，例如，對于個別流程步驟所采用的方式、工具等方面的更換，若沒有產(chǎn)生超出本案之外的有益效果，則都應(yīng)該在本案的保護范圍內(nèi)。