專利名稱：具有自主意識的精準滴灌系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬農業(yè)灌溉技術領域，具體涉及一種具有自主意識的精準滴灌系統。
背景技術：
灌溉在農業(yè)生產諸多因素中，對農作物的生長影響最大。灌溉情況的好壞，直接影 響到農作物的生長情況和產量。傳統的灌溉方式，存在水資源利用率低下，灌溉不均勻等問 題，過量的灌溉甚至會導致病蟲害發(fā)生和作物品質、產量的下降。目前國內外對農業(yè)節(jié)水灌溉技術雖然已進行了較為廣泛的研究，但現有的大多數 研究基本都是基于土壤墑情的實時監(jiān)測與控制，具有自主意識的精準滴灌系統，國內外尚 未見研究報道。為了實現具有自主意識的精準滴灌系統，必須深入研究土壤墑情等諸因素 對農作物生長的諸項性能指標綜合影響的動態(tài)模型。國內外現有研究的主要不足之處在 于模型的準確性、魯棒性和適應性較為低下。在農作物種類發(fā)生變化以及農作物生長的 環(huán)境條件發(fā)生變化的情況下，現有的模型難以做出較為準確、穩(wěn)健地早期預測，影響了土壤 墑情的精準控制。為了適應設施農業(yè)數字化技術的發(fā)展，還必須研發(fā)將農作物生長、土壤墑 情、節(jié)水灌溉等集成的數字化平臺系統。目前國內外尚未見到相關的研究報道。對節(jié)水灌溉技術，國外是以ARS和互爾蒙公司研究開發(fā)的，自動灌溉系統最為代 表性，系統利用TM參數和SVAT參數建模，實現自動控制。國內以中國農機院和天津水利科 學研究所研究開發(fā)的，以閉環(huán)控制自動化噴灌系統為代表，主要研究和開發(fā)的是基于土壤 墑情的實時監(jiān)測和控制。他們的研究在農作物種類變化及環(huán)境條件變化的情況下，難以較 為準確、穩(wěn)健早期預測，影響了 土壤墑情的精確控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于土壤墑情和作物生長狀態(tài)等多傳感器信息融合，以 農作物生長為驅動目標，實現適時適量精準滴灌的集成的數字化平臺系統。本發(fā)明由數據采集部件A、分析決策部件B、滴灌執(zhí)行部件C組成，其中數據采集部 件A中的流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植 物光譜分析儀6分別與分析決策部件B中的數模轉換器17連接；滴灌執(zhí)行部件C中的滴灌 泵13、肥料泵14、農藥泵15分別與分析決策部件B中的數模轉換器1112連接。數據采集部件A由流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、 濕度分析儀5和植物光譜分析儀6組成，部件其中流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器 3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植物光譜分析儀6各自獨立，分別與分析決策部件B 中的數模轉換器17連接。分析決策部件B由數模轉換器17、主控計算機8、土壤墑情對作物生長影響模型9、 打印機10、顯示器11和數模轉換器1112組成，其中主控計算機8分別與數模轉換器17 — 端、打印機10、顯示器11和數模轉換器1112 —端連接，土壤墑情對作物生長影響模型9以 軟件程序的形式安裝于主控計算機8中；數模轉換器17另一端與數據采集部件A中的流量
3計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植物光譜分析儀 6連接，數模轉換器1112另一端與滴灌執(zhí)行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14和農藥泵15 連接。滴灌執(zhí)行部件C由滴灌泵13、肥料泵14和農藥泵15組成，其中滴灌泵13、肥料泵 14和農藥泵15各自獨立，分別與分析決策部件B中的數模轉換器1112連接。需要特別強調的技術特征是1. 土壤墑情的檢測技術。土壤水分傳感器的最優(yōu)配置技術，必須以最少測點和最 少個數獲取更多的作物根系水分信息。土壤水分傳感器的精度保持技術，必須在作物生長 期內確保其工作精度和可靠性。本發(fā)明主要根據正交試驗設計理論，研究土壤水分傳感器 的最優(yōu)配置。2.作物生長狀態(tài)的原位檢測系統。選取作物生長狀態(tài)傳感器，并建立數據采集和 分析系統。作物生長狀態(tài)信息的獲取關鍵在于確定檢測特征量，需要考慮兩個方面，一是這 些特征量是易于實時檢測的，二是這些特征量必須能夠刻畫作物生長對水分的依賴特性。 通常檢測的指標主要包括葉片光譜反射率、葉片溫度、蒸騰量等，所用到的原位傳感方式 主要有近紅外傳感、溫度檢測等。3.基于作物根系的土壤水分檢測，研究土壤墑情的早期預報模型。墑情預報是在 土壤水分模擬模型的基礎上對農田耕作層土壤水分的增長和消退程度所進行的預報。4.研究不同的生長環(huán)境以及不同的作物種類，在作物生長期內受土壤墑情的影響 規(guī)律，建立綜合影響動態(tài)模型。本發(fā)明根據獲取的土壤墑情信息數據和作物生長信息數據，通過正交試驗設計方 法，基于多元數據回歸建模方法，建立綜合影響模型。本發(fā)明的工作過程系統通過分布在田間的流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感 器4、濕度分析儀5、植物光譜分析儀6，將實時數據通過數模轉換器傳送至主控計算機，主 控計算機通過墑情預測模型、諸因素與作物生長特征響應模型計算出目前作物所需的用水 量，通過數模轉換器將執(zhí)行指令發(fā)送到各執(zhí)行機構，也可以通過打印機，顯示器輸出墑情水 平，作物生長特征和滴灌量。本發(fā)明的有益效果在于在滿足作物需水的情況下，進行精準灌溉，并且不影響農 作物的生長，最終實現既節(jié)約水資源，又提高了農作物產量。


圖1為具有自主意識的精準滴灌系統結構示意圖其中A.數據采集部件B.分析決策部件C.滴灌執(zhí)行部件1.流量計2.溫 度傳感器3.高位墑情傳感器4.低位墑情傳感器5.濕度分析儀6.植物光譜分析儀 7.數模轉換器I 8.主控計算機9. 土壤墑情對作物生長影響模型10.打印機11.顯 示器12.數模轉換器II 13.滴灌泵14.肥料泵15.農藥泵
具體實施例方式本發(fā)明由數據采集部件A、分析決策部件B、滴灌執(zhí)行部件C組成，其中數據采集部件A中的流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植 物光譜分析儀6分別與分析決策部件B中的數模轉換器17連接；滴灌執(zhí)行部件C中的滴灌 泵13、肥料泵14、農藥泵15分別與分析決策部件B中的數模轉換器1112連接。數據采集部件A由流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、 濕度分析儀5和植物光譜分析儀6組成，部件其中流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器 3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植物光譜分析儀6各自獨立，分別與分析決策部件B 中的數模轉換器17連接。分析決策部件B由數模轉換器17、主控計算機8、土壤墑情對作物生長影響模型9、 打印機10、顯示器11和數模轉換器1112組成，其中主控計算機8分別與數模轉換器17 — 端、打印機10、顯示器11和數模轉換器1112 —端連接，土壤墑情對作物生長影響模型9以 軟件程序的形式安裝于主控計算機8中；數模轉換器17另一端與數據采集部件A中的流量 計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、濕度分析儀5和植物光譜分析儀 6連接，數模轉換器1112另一端與滴灌執(zhí)行部件C中的滴灌泵13、肥料泵14和農藥泵15 連接。滴灌執(zhí)行部件C由滴灌泵13、肥料泵14和農藥泵15組成，其中滴灌泵13、肥料泵 14和農藥泵15各自獨立，分別與分析決策部件B中的數模轉換器1112連接。系統安裝完畢后，流量計1、溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4、 濕度分析儀5、植物光譜分析儀6將采集到的實時田間數據傳送到主控計算機8，主控計算 機8將融合后的信息與已建立的墑情等諸因素、與作為生長特征關系的模型進行比對，判 斷是否需要滴灌等作業(yè)，一旦達到滴灌條件，主控計算機8對執(zhí)行機構發(fā)出指令，進行滴灌 作業(yè)，各傳感器(包括溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4)實時監(jiān)控滴灌 情況，主控計算機8將實時數據通過模型進行比對，判斷是否此次滴灌達到作物生長需求， 結束一次滴灌，各傳感器(包括溫度傳感器2、高位墑情傳感器3、低位墑情傳感器4)繼續(xù) 進行實時檢測，主控計算機8繼續(xù)進行信息判斷，決策下次滴灌時機。
權利要求
1.一種具有自主意識的精準滴灌系統，其特征在于由數據采集部件(A)、分析決策部 件(B)、滴灌執(zhí)行部件(C)組成，其中數據采集部件(A)中的流量計(1)、溫度傳感器O)、 高位墑情傳感器(3)、低位墑情傳感器G)、濕度分析儀( 和植物光譜分析儀(6)分別與 分析決策部件(B)中的數模轉換器I (7)連接；滴灌執(zhí)行部件(C)中的滴灌泵(13)、肥料泵 (14)、農藥泵(15)分別與分析決策部件(B)中的數模轉換器11(12)連接。
2.按權利要求1所述的具有自主意識的精準滴灌系統，其特征在于所述的數據采集部 件(A)由流量計(1)、溫度傳感器O)、高位墑情傳感器(3)、低位墑情傳感器0)、濕度分析 儀(5)和植物光譜分析儀(6)組成，部件其中流量計(1)、溫度傳感器O)、高位墑情傳感器 (3)、低位墑情傳感器G)、濕度分析儀( 和植物光譜分析儀(6)各自獨立，分別與分析決 策部件(B)中的數模轉換器I (7)連接。
3.按權利要求1所述的具有自主意識的精準滴灌系統，其特征在于所述的分析決策 部件(B)由數模轉換器I (7)、主控計算機(8)、土壤墑情對作物生長影響模型(9)、打印機 (10)、顯示器(11)和數模轉換器II (1 組成，其中主控計算機(8)分別與數模轉換器I (7) 一端、打印機(10)、顯示器(11)和數模轉換器II (1 一端連接，土壤墑情對作物生長影響 模型(9)安裝于主控計算機(8)中；數模轉換器I (7)另一端與數據采集部件(A)中的流量 計(1)、溫度傳感器( 、高位墑情傳感器( 、低位墑情傳感器(4)、濕度分析儀( 和植物 光譜分析儀(6)連接，數模轉換器11(1 另一端與滴灌執(zhí)行部件(C)中的滴灌泵(13)、肥 料泵(14)和農藥泵(15)連接。
4.按權利要求1所述的具有自主意識的精準滴灌系統，其特征在于所述的滴灌執(zhí)行部 件(C)由滴灌泵(13)、肥料泵(14)和農藥泵(15)組成，其中滴灌泵(13)、肥料泵(14)和 農藥泵(1 各自獨立，分別與分析決策部件(B)中的數模轉換器11(1 連接。
全文摘要
具有自主意識的精準滴灌系統屬農業(yè)灌溉技術領域，本發(fā)明中數據采集部件中的流量計、溫度傳感器、高位墑情傳感器、低位墑情傳感器、濕度分析儀和植物光譜分析儀分別與分析決策部件中的數模轉換器I連接；滴灌執(zhí)行部件中的滴灌泵、肥料泵、農藥泵分別與分析決策部件中的數模轉換器II連接；本發(fā)明能在滿足作物需水的情況下，進行精準灌溉，并且不影響農作物的生長，最終實現既節(jié)約水資源，又提高農作物產量的目標。
文檔編號A01C23/04GK102119648SQ201110007238
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2011年1月14日
發(fā)明者付家慶, 劉文亮, 劉楓, 康平, 王瑛彤, 羅罡, 胡浩, 郝宇佳, 陳龍, 馬巍 申請人:吉林省農機裝備科技創(chuàng)新中心