基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统及方法，该方法包括：测定土壤的水分特征曲线；基于测定的水分特征曲线，确定适合种植植物生长的土壤水分含量所对应的土壤基质吸力范围；在农田中埋设土壤水分张力计，利用土壤水分张力计对农田土壤的土壤基质吸力进行实时测量，并将测量得到的土壤基质吸力数据发送至电脑，电脑对接收到的土壤基质吸力数据做分析并与土壤基质吸力范围作对比，进而控制灌溉执行单元的启停，将农田的土壤基质吸力限定在第二步确定的范围内。本发明专利技术采用基于土壤水分特征曲线原理进行农田灌溉，对于推进农田水利建设和实现田间灌溉精量可控，改善田间灌水控制设施和提高灌水控制技术具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统及方法
本专利技术属于农田灌溉
，尤其涉及一种基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统及方法。
技术介绍
土壤水分特征曲线是指土壤水分与土壤水吸力(基质势)的关系曲线，反映了土壤水能量与土壤含水量的函数关系，是表示土壤基本水动力学特性的重要指标。是推求土壤水分蒸发、入渗以及溶质运移过程中各种水分运动参数的重要手段。所以准确获取土壤水分特征曲线对于指导农田灌溉、促进作物增产具有重要的意义。目前在我国很多地区还依然沿袭着几千年来的传统灌水方式，采取大水漫灌的做法。浇地时，把整块田块都放满水，但因田间深层渗漏损失大，可控性差，导致农田用水量大。如果田间土地不平整，高高低低，要使地块都漫上水，需要的水量会更加得大。另外一方面，植物可利用的水量只占总水量的很小的一部分，大量的水分进行农田灌溉导致了水分利用率非常低。虽然在我国南方地区雨水资源相对比较丰富，但是南方的水资源依然存在季节性缺水、水质性缺水等劣势，这在很大程度上要求我们要用有限的水资源进行农田灌溉，对水资源的利用效率提出了更高的要求。再者，我国目前的配水控制主要是依赖人工，而人工控制往往存在主观性强、控制误差大、劳力费用高等特点，这就导致了灌水质量和灌水成本的增大。因此，采用基于土壤水分特征曲线原理进行农田灌溉对于推进农田水利现代化建设和实现田间灌溉精量可控，改善田间灌水控制设施和提高灌水控制技术具有重要的意义。
技术实现思路
为了克服长期以来我国采用粗放型灌溉方式及人工控制灌溉的方法中存在的水利用效率低下、人工成本高等问题，本专利技术提供一种基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统，包括数据收集单元、数据分析及处理单元、系统指挥单元和灌溉执行单元；其中，数据收集单元负责农田土壤基质吸力数据的收集，并对收集的数据通过无线网络发送至云数据平台；数据分析及处理单元负责将反馈过来的土壤基质吸力数据与云数据平台中存储的适合种植植物生长的土壤基质吸力范围作对比，并将对比结果反馈至系统指挥单元；系统指挥单元感应到上一层系统的反馈结果后控制农田灌溉，对下一层系统发送控制命令，灌溉执行单元收到控制命令后执行灌溉工作，对水分供应进行启停操作；最终将农田的土壤基质吸力限定在适合种植植物生长的土壤水分含量对应的土壤基质吸力范围内。基于水分特征曲线的农田智能化灌溉方法，包括以下步骤：第一步：测定土壤的水分特征曲线；第二步：基于测定的水分特征曲线，确定适合种植植物生长的土壤水分含量所对应的土壤基质吸力范围；第三步：在农田中埋设土壤水分张力计，利用土壤水分张力计对农田土壤的土壤基质吸力进行实时测量，并将测量得到的土壤基质吸力数据发送至电脑，电脑对接收到的土壤基质吸力数据做分析并与第二步获得的土壤基质吸力范围作对比，进而控制灌溉执行单元的启停，将农田的土壤基质吸力限定在第二步确定的范围内。具体的，所述灌溉执行单元包括抽吸管、输水管和灌溉泵，所述灌溉泵与所述电脑电性连接，所述灌溉泵的一端由抽吸管连接至水源，另一端由输水管延伸至农田中。具体的，所述土壤水分张力计内设有压力传感器，所述土壤水分张力计上还设有用于接收所述压力传感器的数据并将接收数据发送至电脑的接收发射器。具体的，所述土壤水分张力计包括储水管、微孔陶土头、管塞和压力传感器，所述储水管的下端与所述微孔陶土头的螺旋接口连接，上端通过所述管塞密封，所述压力传感器联接在所述储水管的侧面。具体的，所述微孔陶土头的前端呈锥形。具体的，所述灌溉泵设置在泵房内。具体的，所述土壤水分张力计在所述农田中均匀布置多个。具体的，所述农田的土壤为黏土，种植植物为大豆，所述土壤基质吸力范围为33kpa-80kpa。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果在于：本专利技术采用基于土壤水分特征曲线原理进行农田灌溉，对于推进农田水利现代化建设和实现田间灌溉精量可控，改善田间灌水控制设施和提高灌水控制技术具有重要的意义。整套系统具有结构简单，维护方便的优点，解决了水资源利用效率低、人工成本大等问题，实现了将理论知识与实际应用相结合，对于我国现阶段农田水利精准灌溉、节水增效具有重大的现实意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例涉及智能灌溉系统结构组成图；图2为本专利技术实施例涉及智能灌溉系统决策流程图；图3是本专利技术实施例涉及的水分特征曲线图；图4为本专利技术实施例涉及的灌溉执行单元结构示意图；图5为本专利技术实施例涉及的土壤水分张力计结构示意图；其中：1-灌溉管；2-土壤水分张力计；3-水源；4-农田；5-灌溉泵；6-泵房；7-压力传感器；8-接收发射器；9-电脑；10-储水管；11-微孔陶土头；12-管塞。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。参见图1和图2，一种基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统，该智能化灌溉系统分为四大部分，包括数据收集单元(层)、数据分析及处理单元、系统指挥单元和灌溉执行单元。数据收集单元负责农田土壤基质吸力数据的收集，并对收集的数据通过无线网络发送至电脑的云数据平台，云数据平台中存储有适合种植植物生长的土壤水分含量所对应的土壤基质吸力范围，电脑的数据分析及处理单元负责将反馈过来的土壤基质吸力数据与存储的土壤基质吸力范围作对比，并将对比结果反馈至电脑的系统指挥单元；电脑的系统指挥单元感应到上一层系统的反馈结果后控制农田灌溉，对下一层系统发送控制命令，灌溉执行单元收到控制命令后执行灌溉工作，对水分供应进行提供或停止操作最终将农田的土壤基质吸力限定在适合种植植物生长的土壤水分含量对应的土壤基质吸力范围内。数据收集单元由若干个分布在农田里的土壤水分张力计组成，利用土壤水分张力计对农田土壤的土壤基质吸力进行实时测量，并将测量得到的土壤基质吸力数据发送至电脑的云数据平台，电脑中的数据分析及处理单元对接收到的土壤基质吸力数据做分析并与第二步获得的土壤基质吸力范围作对比，电脑中系统指挥单元进而控制灌溉执行单元的灌溉执行单元(灌溉泵)启停，将农田的土壤基质吸力限定在第二步确定的范围内，本实施例，利用土壤水分张力计实时地将监测到的土壤数据传输到数据库里面，数据库系统将数据进行相关分析后进行处理，最后显示出灌溉制度，并发送指令，进行智能化的农田灌溉方式。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统，其特征在于：包括数据收集单元、数据分析及处理单元、系统指挥单元和灌溉执行单元；/n其中，数据收集单元负责农田土壤基质吸力数据的收集，并将收集的数据通过无线网络发送至云数据平台；/n数据分析及处理单元负责将反馈过来的土壤基质吸力数据与云数据平台中存储的适合种植植物生长的土壤基质吸力范围作对比，并将对比结果反馈至系统指挥单元；/n系统指挥单元感应到上一层系统的反馈结果后控制农田灌溉，对下一层系统发送控制命令，灌溉执行单元收到控制命令后执行灌溉工作，对水分供应进行启停操作；/n最终将农田的土壤基质吸力限定在适合种植植物生长的土壤水分含量对应的土壤基质吸力范围内。/n

【技术特征摘要】
1.基于水分特征曲线的农田智能化灌溉系统，其特征在于：包括数据收集单元、数据分析及处理单元、系统指挥单元和灌溉执行单元；
其中，数据收集单元负责农田土壤基质吸力数据的收集，并将收集的数据通过无线网络发送至云数据平台；
数据分析及处理单元负责将反馈过来的土壤基质吸力数据与云数据平台中存储的适合种植植物生长的土壤基质吸力范围作对比，并将对比结果反馈至系统指挥单元；
系统指挥单元感应到上一层系统的反馈结果后控制农田灌溉，对下一层系统发送控制命令，灌溉执行单元收到控制命令后执行灌溉工作，对水分供应进行启停操作；
最终将农田的土壤基质吸力限定在适合种植植物生长的土壤水分含量对应的土壤基质吸力范围内。


2.基于水分特征曲线的农田智能化灌溉方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：测定土壤的水分特征曲线；
第二步：基于测定的水分特征曲线，确定适合种植植物生长的土壤水分含量所对应的土壤基质吸力范围；
第三步：在农田中埋设土壤水分张力计，利用土壤水分张力计对农田土壤的土壤基质吸力进行实时测量，并将测量得到的土壤基质吸力数据发送至电脑，电脑对接收到的土壤基质吸力数据做分析并与第二步获得的土壤基质吸力范围作对比，进而控制灌溉执行单元的启停，将农田的土壤基质吸力限定在第二步确定的范围内。


3.根据权利要求2所述的基于水分特征曲线的农田智能化灌溉方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晋斌，田宝虎，李昌武，史学峰，黄思怡，刘昊宇，
申请(专利权)人：长沙工研院环保有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43