一种温室作物灌溉方法及系统

技术领域

本发明涉及智能施灌技术领域，尤其涉及一种温室作物灌溉方法及系统。

背景技术

温室栽培作物的生长发育快，对水分的消耗量大，在不同生长发育阶段其对水分的需求也有很大差异，故不同生育阶段的水分精准按需供给是确保温室作物健康生长的关键。

温室作物水分消耗后的补充主要源于灌溉，灌溉时间的合理性和灌溉量的精确性，是实现温室作物精准水分管理主要考虑的方面。

目前，温室作物灌溉技术主要是利用温室内环境传感器采集的气象数据作为灌溉决策依据，由于环境传感器的价格昂贵，故导致决策成本高；加之传感器数据只能用于单个温室内的灌溉决策，故决策数据利用率低。

另外，常用的温室灌溉控制的原理是基于过去时段内的作物耗水情况实施总量灌溉，其灌溉量是用于补充过去一段时间内作物水分的消耗量，以达到水分需求平衡，满足作物正常生长的水分需求。因此，利用现有方法进行灌溉时如果时间不适宜，易造成一次性水分补灌过多或过少，一旦超过或低于作物正常需求界限，将严重影响到产量和品质；且采用该方法灌溉具有滞后性，也不能保证温室作物在后面生长发育阶段中对水分的正常需求。

因此，当前灌溉技术中缺少一种灌溉决策成本低且能依据温室作物下一发育阶段生长需求的水分实现精准供给的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种温室作物灌溉方法及系统，能够保证作物下一生长阶段的用水需求，并大大降低温室作物灌溉决策的投入成本，提高决策数据利用率和工作效率，为实现温室作物灌溉的标准化管理提供技术支撑。

本发明提供一种温室作物灌溉方法，包括：获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据位置信息确定目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；基于微分环境模型，根据天气预报信息，确定目标温室在预设时间段内的环境信息；根据环境信息，确定目标温室在预设时间段内的理论需水量；根据理论需水量和作物种植信息，确定目标温室在预设时间段内的累计灌溉量需求；根据累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，所述微分环境模型的计算方程具体为：

其中，

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，根据所述环境信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的理论需水量，包括：获取在预设时间段内环境信息中的日平均温度、日平均太阳辐射和日平均相对湿度；基于多因子模型对预设时间段内的日平均温度、日平均太阳辐射和日平均相对湿度进行分析，获取预设时间段内的理论需水量；多因子模型的公式具体为：

ET

其中，ET

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，根据理论需水量和作物种植信息，确定目标温室在所述预设时间段内的累计灌溉量需求的计算具体公式为：

其中，I

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量，包括：在确定预设时间段内的第k天时累计灌溉量需求大于灌溉量需求阈值I

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量，包括：在确定预设时间段结束时，累计灌溉量需求不大于灌溉量需求阈值I

根据本发明提供的一种温室作物灌溉方法，所述天气预报信息包括阴晴信息；在根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量之后，还包括：若任一灌溉时间所对应的阴晴信息为阴雨天，则不在灌溉时间进行灌溉，并确定在灌溉时间之后最近的一个阴晴信息为晴天的灌溉时间进行灌溉。

本发明还提供一种温室作物灌溉系统，包括：天气信息获取模块，用于获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据所述位置信息确定所述目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；环境信息预测模块，用于基于微分环境模型，根据所述天气预报信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的环境信息；需水量预测模块，用于根据所述环境信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的理论需水量；灌溉量预测单元，用于根据所述理论需水量和所述作物种植信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的累计灌溉量需求；灌溉策略制定模块，用于根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述温室作物灌溉方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述温室作物灌溉方法的步骤。

本发明提供的温室作物灌溉方法及系统，利用室外气象预报信息实现对温室内主要环境信息的模拟，获取灌溉决策数据，以实现对不同数量同类型设施结构内作物需水信息的预报以及依据温室作物的需水量进行提前灌溉，降低了温室作物灌溉决策成本，提高了灌溉决策数据的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明提供的温室作物灌溉方法的流程示意图；

图2是本发明提供的温室作物灌溉系统的结构示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图3描述本发明实施例所提供的温室作物灌溉方法和系统。

图1是本发明提供的温室作物灌溉方法的流程示意图，如图1所示，包括但不限于以下步骤：

步骤S1：获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据所述位置信息确定所述目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；

步骤S2：基于微分环境模型，根据所述天气预报信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的环境信息；

步骤S3：根据所述环境信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的理论需水量；

步骤S4：根据所述理论需水量和所述作物种植信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的累计灌溉量需求；

步骤S5：根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

本发明提供的温室作物灌溉方法，根据几首室外天气预报信息，以模拟出温室内的主要环境信息，进而制定对温室内的作物进行灌溉的策略，包括预测灌溉时间以及在每个灌溉时间内的灌溉量；实现了对温室作物未来一段时间内灌溉策略的预测和掌控，确保依据温室内作物生长的水分提前供给，以满足作物在一下生长发育阶段中的水分需求，保证了温室内作物在即将进入的生育阶段内不会因水分影响其正常生长。

需要说明的是，本发明提供的温室作物灌溉方法，可以实现对同类型设施结构内的作物灌溉预报和决策，例如针对温室集群内各个温室的结构类型基本相同、环境结构参数一致的特性，通过制定针对任一目标温室内作物的灌溉策略后，可以将该灌溉策略直接运用于其它温室内作物的灌溉控制。

步骤S1中所述的目标温室可以是任一独立的温室，也可以是整个温室集群内的一个温室。预设时间段是指在能够确保预测精度的前提下所确定的未来一个时间段，如未来15天。

其中，目标温室的位置信息的获取方式可以采用GPS定位技术获取，也可以是接收用户手段输入的位置信息，该位置信息可以是经纬度信息。作物种植信息可以包括作物的种类以及作物的定值时间等。

上述步骤S1的执行方式可以是：根据联网技术，通过互联网技术，利用第三方数据平台提供的API，使用HTTP访问方法，获取预设时间段(如未来至少15天内)的天气预报信息，并进行Json解析。可选地，在解析结果中，筛选每个日平均温度、日平均太阳辐射和日平均相对湿度等信息，同时还可以获取阴晴信息。所述阴晴信息是指当天是晴天还是阴雨天的信息。

在获取大范围天气预报信息之后，可以结合目标温室的位置信息，进行具体定位，以进一步确定目标温室所在位置处在未来预设时间段内的天气预报信息。

在步骤S2中，利用环境模型，结合目标温室内的环控设备的配置、目标温室的结构类型(如日光温室、连栋温室等)、环境结构参数相关信息，综合模拟出目标温室在未来一段时段内的环境信息。

在步骤S3中，根据确定的目标温室在未来一段时段内的环境信息，则可以预测到目标温室内的作物在该预设时间段内的理论需水量。

在步骤S4中，根据目标温室内的作物在该预设时间段内的理论需水量，可以结合灌溉方式的不同、作物的种类不同、作物的定值时间的不同等因素的影响，确定出目标温室内的作物在每日的实际需水量。在将每日的实际需水量进行累加的基础上，就可以计算出目标温室内的所有作物在上述预设时间段内的累计灌溉量需求。

根据上述方法，即可以实现对目标温室在预设时间段内的需水信息和以及需要灌溉的信息的统计，进而再步骤S5中即可以预先确定针对目标温室的灌溉时间以及每个灌溉时间内的灌溉量。

本发明提供的温室作物灌溉方法，利用室外气象预报信息实现对温室内主要环境信息的模拟，获取灌溉决策数据，实现对不同数量同类型设施结构内作物需水信息的预报以及依据温室作物的需水量进行提前灌溉，降低了温室作物灌溉决策成本，提高了灌溉决策数据的利用率。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述微分环境模型的计算方程具体为：

其中，

需要说明的是，y为环境信息相关的状态变量，

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，根据所述环境信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的理论需水量，包括：

获取在所述预设时间段内所述环境信息中的日平均温度、日平均太阳辐射和日平均相对湿度；

基于多因子模型对预设时间段内的所述日平均温度、日平均太阳辐射和日平均相对湿度进行分析，获取所述预设时间段内的理论需水量；

所述多因子模型的公式具体为：

ET

其中，ET

进一步地，根据所述理论需水量和所述作物种植信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的累计灌溉量需求的计算具体公式为：

其中，I

需要说明的是，I

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量，包括两种情况：

首先，在确定所述预设时间段内的第k天时所述累计灌溉量需求大于灌溉量需求阈值I

同时，在确定所述预设时间段结束时，所述累计灌溉量需求不大于灌溉量需求阈值I

例如，通过本发明提供的温室作物灌溉方法，可实现对温室作物15天内的实际需水信息(k

具体地，设灌溉量需求阈值I

可选地，针对温室春茬栽培作物可以将n设为5-7天；针对温室秋茬栽培作物，则n的取值可以为10-14天。

本发明提供的温室作物灌溉方法，实现了根据气象预报信息，采用微分环境模型，模拟温室内未来一段时间内的环境信息；依据模拟的温室内环境信息，计算温室未来一段时间内理论需水量；根据温室栽培作物种类，计算温室作物实际需水量；根据优选的灌溉系数，计算未来一段时间内的温室作物灌水量；依据预报灌溉量，实现作物水分的提前供给。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，天气预报信息包括阴晴信息；在根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量之后，还包括：若任一灌溉时间所对应的阴晴信息为阴雨天，则不在所述灌溉时间进行灌溉，并确定在所述灌溉时间之后最近的一个阴晴信息为晴天的灌溉时间进行灌溉。

由于在阴雨天气可以无需执行灌溉，则在制定灌溉任务的过程中，可以根据获取的天气预报信息，首先将预设时间段内的为阴雨天气的日期标注出来，当根据灌溉策略所确定的灌溉时间的天气恰恰是阴雨天的情况下，则在阴雨天结束后的第一个晴天，再继续执行上述灌溉策略，从而能够避免在阴雨天对作物进行灌溉，从而造成灌溉量太大而影响作物正常生产的意外发生，同时也在一定程度上实现了节水的目的。

图2是本发明提供的温室作物灌溉系统的结构示意图，如图2所示，主要包括：天气信息获取模块1、环境信息预测模块2、需水量预测模块3、灌溉量预测单元4和灌溉策略制定模块5，其中：

天气信息获取模块1主要用于获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据所述位置信息确定所述目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；

环境信息预测模块2主要用于基于微分环境模型，根据所述天气预报信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的环境信息；

需水量预测模块3主要用于根据所述环境信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的理论需水量；

灌溉量预测单元4主要用于根据所述理论需水量和所述作物种植信息，确定所述目标温室在所述预设时间段内的累计灌溉量需求；

灌溉策略制定模块5主要用于根据所述累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

采用上述温室作物灌溉系统，能够实现天气预报信息的自动获取、筛选，以及根据及天气预报信息实现各温室内的环境信息的模拟，进而实现温室作物的灌溉量预测，并制定相应地改灌溉策略。最后，可以通过控制水泵、流量计、电磁阀等电子元器件，实现依据作物下一个生长时段内需水信息的按需灌溉和精准提前供给。

本发明提供的温室作物灌溉系统，利用室外气象预报信息实现对温室内主要环境信息的模拟，获取灌溉决策数据，实现对不同数量同类型设施结构内作物需水信息的预报以及依据温室作物的需水量进行提前灌溉，降低了温室作物灌溉决策成本，提高了灌溉决策数据的利用率。

需要说明的是，本发明实施例提供的温室作物灌溉系统，在具体执行时，可以基于上述任一实施例所述的温室作物灌溉方法来实现，对此本实施例不作赘述。

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行温室作物灌溉方法，该方法包括：获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据位置信息确定目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；基于微分环境模型，根据天气预报信息，确定目标温室在预设时间段内的环境信息；根据环境信息，确定目标温室在预设时间段内的理论需水量；根据理论需水量和作物种植信息，确定目标温室在预设时间段内的累计灌溉量需求；根据累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的温室作物灌溉方法，该方法包括：获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据位置信息确定目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；基于微分环境模型，根据天气预报信息，确定目标温室在预设时间段内的环境信息；根据环境信息，确定目标温室在预设时间段内的理论需水量；根据理论需水量和作物种植信息，确定目标温室在预设时间段内的累计灌溉量需求；根据累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的温室作物灌溉方法，该方法包括：获取目标温室的位置信息和作物种植信息，并根据位置信息确定目标温室所在位置在预设时间段内的天气预报信息；基于微分环境模型，根据天气预报信息，确定目标温室在预设时间段内的环境信息；根据环境信息，确定目标温室在预设时间段内的理论需水量；根据理论需水量和作物种植信息，确定目标温室在预设时间段内的累计灌溉量需求；根据累计灌溉量需求确定预先灌溉的灌溉时间以及灌溉量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。