一种农作物的灌溉方法、装置、系统和可读存储介质

技术领域

本发明属于农业技术领域，更具体地，涉及一种农作物的灌溉方法、装置、系统和可读存储介质。

背景技术

农作物又称栽培植物，指一切为人类直接或间接需要而栽培的植物。农业信息化、智能化、精细化是现代农业的发展趋势。设施栽培技术的发展，对于农业现代化进程具有深远的影响，能够有效改善农业生态环境、提高农业生产经营效率、促进农业的现代化精准管理。

在农作物的生长过程中，往往需要对其进行浇水灌溉，常常需要人工进行操作，工作人员劳动强度大。而现有的自动化灌溉装置或施水系统，对农作物灌溉往往会出现不充分或是过度灌溉，整体可靠性不强。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种农作物的灌溉方法、装置、系统和可读存储介质，其目的在于提高灌溉的可靠性，由此解决对农作不充分灌溉或是过度灌溉的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种农作物的灌溉方法，包括：

S1：从所述农作物的植被场地采集作物环境信息，所述作物环境信息包括多点表面温度数据、湿度数据、长波净辐射数据和短波净辐射数据；

S2：利用最大熵增模型对所述作物环境信息进行处理获取所述农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量；

S3：利用所述潜在蒸散量和所述实际蒸散量计算所述农作物对应的作物系数Kc，所述作物系数Kc用于表征所述农作物受水分胁迫的情况；

S4：基于所述农作物对应的作物系数Kc生成灌溉策略，以对所述农作物进行灌溉。

在其中一个实施例中，所述步骤S2包括：

S201：利用所述最大熵增模型计算所述植被场地中不透明介质表面的潜热通量LE；

S202：利用公式PET＝0.03527LE将所述潜热通量LE转化为所述实际蒸散量PET；

S203：利用公式ET

在其中一个实施例中，所述步骤S201包括：

利用公式LE＝B(σ)*H计算所述潜热通量LE；

其中，H为显热通量，G为土壤热通量，H和G通过

Rn为地表净辐射，Rn用于表征长波净辐射和短波净辐射之和；

B(σ)为波文比的倒数

在其中一个实施例中，所述步骤S3包括：将所述农作物对应的所述实际蒸散量和所述潜在蒸散量的比值作为所述作物系数Kc。

在其中一个实施例中，所述步骤S4包括：

S401：当所述作物系数Kc小于灌溉阈值时，生成的灌溉策略用于控制对所述农作物进行灌溉；

S402：在灌溉过程中，持续获取当前时刻对应的作物系数Kc，当所述当前时刻对应的作物系数Kc超过灌溉阈值时，生成的灌溉策略用于控制停止灌溉所述农作物。

在其中一个实施例中，所述步骤S4之前，所述方法还包括：根据所述农作物的种类和生成阶段设定所述灌溉阈值。

按照本发明的另一方面，提供了一种农作物的灌溉装置，包括：

采集模块，用于从所述农作物的植被场地采集作物环境信息，所述作物环境信息包括多点表面温度数据、湿度数据、长波净辐射数据和短波净辐射数据；

获取模块，用于利用最大熵增模型对所述作物环境信息进行处理获取所述农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量；

计算模块，用于利用所述潜在蒸散量和所述实际蒸散量计算所述农作物对应的作物系数；

灌溉模块，用于基于所述农作物对应的作物系数Kc生成灌溉策略，以对所述农作物进行灌溉。

按照本发明的另一方面，提供了一种农作物的灌溉系统，包括作物信息处理模块，所述作物信息处理模块执行预先存储的计算机程序时实现所述的方法的步骤。

在其中一个实施例中，所述农作物的灌溉系统还包括：

数据采集模块，与所述作物信息处理模块连接，用于采集所述作物环境信息并传输给所述作物信息处理系统；

网络控制模块，与所述作物信息处理模块连接，用于接收用户输入指令、设定最大熵增模型的模型参数、作物系数Kc对应的的阈值以及灌溉控制参数；

信息发布平台，与所述作物信息处理模块连接，用于发布和存储所述作物信息处理模块传输的所述作物环境信息和灌溉策略；

灌溉模块，与所述作物信息处理模块连接，用于根据所述作物信息处理模块传输的所述灌溉策略对所述农作物进行施水。

按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。

总体而言，本发明从所述农作物的植被场地采集作物环境信息，利用最大熵增模型对所述作物环境信息进行处理获取所述农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量；然后再利用所述潜在蒸散量和所述实际蒸散量计算所述农作物对应的作物系数Kc，最后基于所述农作物对应的作物系数Kc生成灌溉策略，以对所述农作物进行灌溉。根据作物环境信息获取农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量，进一步的利用农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量评估农作物的受水分胁迫情况。通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于针对性对农作物进行灌溉，灌溉可靠性好且准确性高，能够有效地解决对农作物不充分灌溉或是过度灌溉的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中农作物的灌溉方法的流程图；

图2为本发明一实施例中农作物的灌溉方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例中Kc对应的阈值随作物生长时期变化示意图；

图4是本发明一实施例中农作物的灌溉装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例中农作物的灌溉系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供一种农作物的灌溉方法，如图1和图2所示，农作物的灌溉方法包括：步骤S1至步骤S4。

S1：从农作物的植被场地采集作物环境信息，作物环境信息包括多点表面温度数据、湿度数据、长波净辐射数据和短波净辐射数据。

具体的，采集农作物的作物环境信息，可以包括长波净辐射、短波净辐射、空气湿度和农作物多处植被层的表面温度数据。

S2：利用最大熵增模型对作物环境信息进行处理获取农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量。

具体的，根据农作物的种类及其生长阶段设置作物系数Kc对应的灌溉阈值。然后将作物环境信息输入设定的最大熵增模型最终经过计算能够得到农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量。植被层含水量与土壤含水量不同，Kc值不会因为灌溉而立即增大，而是会滞后一段时间(作物吸收水分、运输到叶片，然后进行蒸腾作用，再才会使蒸发量增大，进一步地反映到传感器上，计算得到的Kc值变大，这个过程需要一段时间)。即本申请提供的方案中灌溉的速度也不能很快，适用于精细化的种植，如适用于滴灌管道系统，而非适用于传统漫灌系统。

在其中一个实施例中，步骤S2包括：S201：利用最大熵增模型计算植被场地中不透明介质表面的潜热通量LE(W/m

在其中一个实施例中，步骤S201包括：利用公式LE＝B(σ)*H计算潜热通量LE(W/m

S3：利用潜在蒸散量和实际蒸散量计算农作物对应的作物系数Kc。在其中一个实施例中，步骤S3包括：将农作物对应的实际蒸散量和潜在蒸散量的比值作为作物系数Kc，即

S4：基于农作物对应的作物系数Kc生成灌溉策略，以对农作物进行灌溉。

在其中一个实施例中，步骤S4包括：S401：当作物系数Kc小于灌溉阈值时，生成的灌溉策略用于控制对农作物进行灌溉。S402：在灌溉过程中，持续获取当前时刻对应的作物系数Kc，当当前时刻对应的作物系数Kc超过灌溉阈值时，生成的灌溉策略用于控制停止灌溉农作物。其中，灌溉阈值小于灌溉阈值。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在其中一个实施例中，步骤S4之前，农作物的灌溉方法还包括：根据农作物的种类设定灌溉阈值。

当计算得到的作物系数Kc小于灌溉阈值时，认为作物受到了水分胁迫，需要进行灌溉。以冬小麦为例设定作物系数Kc对应的灌溉阈值如下表所示，可参考联合国粮农组织推荐的标准作物系数，根据气候和水热条件等设定作物系数Kc对应的灌溉阈值。

其中，Kc对应的灌溉阈值变化情况，如图3所示。其中，不同生长阶段的划分可依据作物覆盖率(fc)和露光面积比(1-fc)确定灌溉阈值。

图4为一个实施例的农作物的灌溉装置的结构框图。如图4所示，本申请提供了一种农作物的灌溉装置，包括：采集模块401、获取模块402、计算模块403和灌溉模块404。其中，采集模块401，用于从农作物的植被场地提取作物环境信息，作物环境信息包括多点表面温度数据、多点湿度数据、长波净辐射数据和短波净辐射数据。获取模块402，用于利用最大熵增模型对作物环境信息进行处理获取农作物的潜在蒸散量和实际蒸散量。计算模块403，用于利用潜在蒸散量和实际蒸散量计算农作物对应的作物系数。灌溉模块404，用于基于农作物对应的作物系数Kc对农作物进行灌溉。

上述农作物的灌溉装置中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将农作物的灌溉装置按照需要划分为不同的模块，以完成上述农作物的灌溉装置的全部或部分功能。

关于农作物的灌溉装置的具体限定可以参见上文中对于农作物的灌溉方法的限定，在此不再赘述。上述农作物的灌溉装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本发明实施例中提供的灌溉装置中的各个模块的实现可为计算机程序的形式。该计算机程序可在终端或服务器上运行。该计算机程序构成的程序模块可存储在电子设备的存储器上。该计算机程序被处理器执行时，实现本发明实施例中所描述方法的步骤。

本发明提供了一种农作物的灌溉系统，包括作物信息处理模块，作物信息处理模块执行预先存储的计算机程序时实现的方法的步骤。

在其中一个实施例中，如图5所示，农作物的灌溉系统还包括：数据采集模块、网络控制模块、信息发布平台和灌溉模块。其中，数据采集模块，与作物信息处理模块连接，用于采集作物环境信息并传输给作物信息处理系统。网络控制模块，与作物信息处理模块连接，用于接收用户输入指令、设定最大熵增模型的模型参数、作物系数Kc对应的的阈值以及灌溉控制参数。信息发布平台，与作物信息处理模块连接，用于发布和存储作物信息处理模块传输的作物环境信息和灌溉策略。灌溉模块，与作物信息处理模块连接，用于根据作物信息处理模块传输的灌溉策略对农作物进行施水。

具体的，作物数据采集模块，用于作物环境信息的采集，包括埋藏于地下的土壤温湿度采集单元以及地表非接触式多传感器信息采集单元，并通过数据线将数据传输至作物环境信息处理模块。进一步地，地表非接触式多传感器信息采集单元包括净辐射传感器、地表空气湿度传感器、红外热成像传感器。

网络控制模块，用于接受和传递用户指令，包括信息输入界面和网络传输单元。信息输入界面，用于用户输入、设定最大熵增模型的模型参数、作物系数Kc对应的灌溉阈值以及灌溉控制参数。网络传输单元，用于将用户命令传达给作物环境信息处理模块。优选地，网络传输单元和作物环境信息处理模块之间通过高速无线网卡建立双向连接。

作物信息处理模块，用于执行上述灌溉方法，还用于接收和处理作物数据、接收网络控制模块的指令、模型的建立和作物水分状况判断，控制灌溉模块进行灌溉，并将处理后的作物环境信息和灌溉事件发送至信息发布平台。

灌溉模块，用于对作物施水，包括网络传输单元、灌溉控制单元以及灌溉设施。其中，灌溉控制单元包括微处理器、电磁阀以及计量水泵，以实现对灌溉水量和灌溉区域进行控制，灌溉设施包括水泵、蓄水池、滴灌管道模块。

信息发布平台，用于作物环境信息和灌溉信息的存储和发布，包括作物环境信息数据库、服务器和移动终端应用。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。一个或多个包含计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行农作物灌溉方法的步骤。

本发明所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。