一种稻田灌溉水肥变量控制系统及装置转让专利
申请号 : CN202010532827.2
文献号 : CN111670672B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 吴文勇 , 胡雅琪 , 龚时宏
申请人 : 中国水利水电科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,包括:控制本体,包括依次连接的主体立杆、支座及支架,所述控制本体通过所述支架设置在待灌水施肥的田地中;
水位传感器,设置在所述支架中,用于获取水位参数;
数据库单元,设置在所述主体立杆中,用于获取作物的生长参数、水田面积、田间水量参数、田间养分参数及肥料参数;
控制器,设置在所述主体立杆中,所述控制器包括存储器和处理器,其中所述存储器存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时能够实现以下步骤,根据作物的生长参数、水位参数、田间水量参数及水田面积计算灌水量;
根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算施肥量;
其中,根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算施肥量,包括:根据作物的生长参数确定作物单位产量养分吸收量、目标产量及灌水次数;
根据作物单位产量养分吸收量、目标产量、田间养分参数及肥料参数计算施肥总量;
根据施肥总量和灌水次数计算每次灌水过程的施肥量。
2.根据权利要求1所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,还包括:太阳能电池板,设置在主体立杆顶部,所述太阳能电池板连接所述水位传感器、数据库单元及控制器,用于为所述水位传感器、数据库单元及控制器供电。
3.根据权利要求1所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,根据作物的生长参数、水位参数、田间水量参数及水田面积计算灌水量,包括:根据作物的生长参数确定作物的生育期;
根据作物的生育期、水位参数、田间水量参数及水田面积计算灌水量。
4.根据权利要求3所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,根据作物的生育期、水位参数、田间水量参数及水田面积计算灌水量,包括:当作物处于泡田期时,获取泡田期的水位最大值及当前水位;
根据泡田期的水位最大值、当前水位及水田面积计算灌水量;
当作物处于落干期时,获取落干期的水位最大值及当前水位;
根据落干期的水位最大值、当前水位、田间水量参数及水田面积计算灌水量。
5.根据权利要求1所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,田间养分参数包括土壤中养分测定值和土壤中养分利用系数;
肥料参数包括肥料中养分含量和肥料利用率。
6.根据权利要求1所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,还包括:根据施肥量及水田面积确定肥料注入强度。
7.根据权利要求6所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,根据施肥量及水田面积确定肥料注入强度,包括:根据灌水次数确定每次灌水时长;
根据肥料参数确定肥液浓度;
根据每次灌水时长和肥液浓度确定每次灌水肥液水量;
根据每次灌水肥液水量和水田面积确定肥料注入强度。
8.根据权利要求1所述的稻田灌溉水肥变量控制系统,其特征在于,还包括:远程控制装置,所述远程控制装置连接所述控制器,用于根据所述控制器的计算结果控制灌水量和施肥量。
9.一种稻田灌溉水肥变量控制装置,其特征在于,包括:参数获取模块,用于获取作物的生长参数、水位参数、水田面积、田间水量参数、田间养分参数及肥料参数;
灌水量计算模块,用于根据作物的生长参数、水位参数、田间水量参数及水田面积计算灌水量;
施肥量计算模块,用于根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算施肥量;
其中,根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算施肥量,包括:根据作物的生长参数确定作物单位产量养分吸收量、目标产量及灌水次数;
根据作物单位产量养分吸收量、目标产量、田间养分参数及肥料参数计算施肥总量;
根据施肥总量和灌水次数计算每次灌水过程的施肥量。
说明书 :
一种稻田灌溉水肥变量控制系统及装置
技术领域
背景技术
日益短缺,并引发严重的环境污染问题。我国目前农业灌溉用水量多,化肥施用量远超国际
公认的化肥施用安全上线,多余的化肥随着水流进入生态圈,造成水体富营养化,并导致土
壤板结和盐碱化,严重影响农业的可持续发展。
式多种多样,比如可以采用简易的自动灌溉施肥设备,但灌溉量和施肥量仍然依赖粗放的
经验或者定时定量灌溉,缺乏科学的依据;市场上大型园区水肥一体化灌溉系统中采用的
控制装置多数成本较高,且以土壤水分或单一环境参数作为灌溉施肥决策的主要依据,不
符合作物实时生长特性和水肥需求量要求。
发明内容
地中;水位传感器,设置在所述支架中,用于获取水位参数;数据库单元,设置在所述主体立
杆中,用于获取作物的生长参数、水田面积、田间水量参数、田间养分参数及肥料参数;控制
器,设置在所述主体立杆中,所述控制器包括存储器和处理器,其中所述存储器存储有计算
机程序,所述程序被处理器执行时能够实现以下步骤,根据作物的生长参数、水位参数、田
间水量参数及水田面积计算灌水量;根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算
施肥量。
器、数据库单元及控制器供电。
参数及水田面积计算灌水量。
值、当前水位及水田面积计算灌水量;当作物处于落干期时,获取落干期的水位最大值及当
前水位;根据落干期的水位最大值、当前水位、田间水量参数及水田面积计算灌水量。
量养分吸收量、目标产量、田间养分参数及肥料参数计算施肥总量;根据施肥总量和灌水次
数计算每次灌水过程的施肥量。
液水量;根据每次灌水肥液水量和水田面积确定肥料注入强度。
肥料参数;灌水量计算模块,用于根据作物的生长参数、水位参数、田间水量参数及水田面
积计算灌水量;施肥量计算模块,用于根据作物的生长参数、田间养分参数及肥料参数计算
施肥量。
行灌溉施肥,有效避免传统的借助经验进行灌溉施肥决策的问题,实现实时按需灌溉施肥。
同时,本发明实施例提供的稻田灌溉水肥变量控制系统及装置,针对作物的生长过程,提供
了在作物不同生育期的灌水量和每次灌水过程的施肥量,在灌水施肥过程中可以直接按照
灌水量和施肥量进行灌溉施肥,可以使得作物的灌溉施肥过程更加简便。
过计算肥料注入强度,可以将该计算量输入至注肥泵或其他肥料注入装置中,进而可以实
现肥料的自动化注入,使得作物的灌溉施肥过程更加简便。
附图说明
附图是本发明的一些实施方式,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附图。
具体实施方式
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。
灌水施肥的田地中;水位传感器300,设置在支架400中,用于获取水位参数;数据库单元,设
置在主体立杆100中,用于获取作物的生长参数、水田面积、田间水量参数、田间养分参数及
肥料参数;控制器,设置在主体立杆100中,控制器包括存储器和处理器,其中存储器存储有
计算机程序,如图2所示,程序被处理器执行时能够实现以下步骤,
控制器供电。具体地,将太阳能电池板500设置在主体立杆100的顶部,可以便于能量的获
取。由此,水位传感器、数据库单元、控制器、传输线等均可以设置在控制本体中,可以减少
各个装置的损坏。
和施肥量的要求不同。因此,还可以通过获取作物图像从而确定田间具体种植的是哪一种
农作物。在确定农作物后,可以获取作物的生长参数,例如作物目前的生育期以及对于该种
作物的目标产量、作物单位产量养分吸收量。
定值以及土壤中养分利用系数。肥料参数包括肥料中养分焊料以及肥料利用率。一般情况
下,氮素肥料的利用率为50%,磷素肥料的利用率为40%,钾素肥料的利用率为50%。
时,可以首先确定该种作物目前的生育期。可选地,当作物处于泡田期时,可以获取泡田期
的水位最大值及当前水位;根据泡田期的水位最大值、当前水位及水田面积计算灌水量。具
体地,泡田期灌水量可以采用公式(1)进行计算。
田期的水位最大值,还可以设置泡田期的水位最小值,当获取当前水位后,可以将当前水位
和泡田期的水位最大值及泡田期的水位最小值进行比较,当当前水位小于等于泡田期的水
位最小值时,打开闸门进行灌水,当当前水位大于等于泡田期的水位最大值时,关闭闸门结
束灌水。
水量可以采用公式(2)进行计算。
田间灌溉水利用系数。
位最大值及落干期的水位最小值进行比较,当当前水位小于等于落干期的水位最小值时,
打开闸门进行灌水,当当前水位大于等于落干期的水位最大值时,关闭闸门结束灌水。
当确定具体种植作物后,则可以确定该种作物种植过程中具体的灌水次数。可选地,在计算
具体施肥量时,可以先根据作物单位产量养分吸收量、目标产量、田间养分参数及肥料参数
计算施肥总量;然后根据施肥总量和灌水次数计算每次灌水过程的施肥量。
用率。0.15为换算系数,表示土壤速效养分换算成每亩地耕作层所能提供的养分系数。
以根据作物处于不同生育期进行确定,例如,某一生育期所需施肥量较大,则此次灌水过程
施肥量系数可以设置较大,某一生育期所需施肥量较小,则此次灌水过程施肥量系数可以
设置较小。
肥,有效避免传统的借助经验进行灌溉施肥决策的问题,实现实时按需灌溉施肥。同时,本
发明实施例提供的稻田灌溉水肥变量控制系统,针对作物的生长过程,提供了在作物不同
生育期的灌水量和每次灌水过程的施肥量,在灌水施肥过程中可以直接按照灌水量和施肥
量进行灌溉施肥,可以使得作物的灌溉施肥过程更加简便。
(Appl ication Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field‑
Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、
分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。
过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行处理器的各种功能
应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的稻田灌溉水肥变量控制系统中控制器执行
的步骤。
器52可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器
件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器52可选包括相对于处
理器51远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实
例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
可以根据施肥量和水田面积确定肥料的注入强度。
次灌水量确定每次灌水时长。例如可以设置每次灌溉施肥起始时刻为t0,灌溉施肥结束时
刻为t1,其中,t0=z·Ti,z表示适宜灌溉施肥起点时机系数,Ti表示水田进水口设计灌水时
长,t1≤Ti。
表示变量施肥函数,u表示变量施肥系数,该变量施肥系数可以通过作物的生长参数确定。
在确定变量施肥函数后,可以根据每次灌水过程的施肥量和变量施肥函数计算第i次灌溉
单位面积施肥函数,即f(t)=a(t)·mi。最后,根据第i次灌溉单位面积施肥函数和肥液浓
度可以得到每次灌水肥液水量,即
过计算肥料注入强度,可以将该计算量输入至注肥泵或其他肥料注入装置中,进而可以实
现肥料的自动化注入,使得作物的灌溉施肥过程更加简便。
可以和控制器采用4G、5G、WiFi或蓝牙等实现连接;该远程控制装置可以是手机或其他电子
设备,本发明对此不做限定。可选地,远程控制装置可以和水闸开关和注肥泵开关等连接,
根据控制器的计算结果控制水闸的灌水及注肥泵的施肥。
肥,有效避免传统的借助经验进行灌溉施肥决策的问题,实现实时按需灌溉施肥。同时,本
发明实施例提供的稻田灌溉水肥变量控制装置,针对作物的生长过程,提供了在作物不同
生育期的灌水量和每次灌水过程的施肥量,在灌水施肥过程中可以直接按照灌水量和施肥
量进行灌溉施肥,可以使得作物的灌溉施肥过程更加简便。
存储介质上还存储有音视频流数据,特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大
小等。其中,存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存
储记忆体(Random Access Memory,RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk
Drive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive,SSD)等;所述存储介质还可以包括上
述种类的存储器的组合。
程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述存储介质可为磁碟、光盘、
只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)、
快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-
State Drive,SSD)等;所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
限定的范围之内。