【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业灌溉，尤其是涉及一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法。
技术介绍
1、目前，针对甘蔗茎含水率动态模拟的方法主要包括以下三种方法：
2、1、光学遥感方法：利用卫星或无人机搭载的光学传感器，获取甘蔗种植区域的光谱图像。不同含水率的甘蔗茎在特定波长的光下会有不同的反射和吸收特性，通过分析光谱图像中甘蔗种植区域的光谱信息，建立光谱特征与甘蔗茎含水率之间的关系模型。例如，近红外波段的光谱信息对水分含量较为敏感，可以通过分析近红外波段的反射率来估算甘蔗茎的含水率。虽然这种方法可以快速、大面积地获取甘蔗茎含水率的信息，但是，容易受天气、光照等条件的影响，在多云、阴雨等天气状况下，光学遥感的效果会大打折扣。由于云层和水汽会阻挡光线的传播，导致获取的图像不清晰，信息缺失。鉴于甘蔗属于热带作物，主要分布于我国广西、广州等南方地区，云雨天气发生频次高，所以遥感方法受到的干扰较大。同时，光学遥感获取的数据量通常非常庞大，需要大量的计算资源和时间来进行处理和分析。而对图像的预处理、特征提取、分类识别等过程需要专业的技术和算法，对操作人员的要求较高。
3、2、人工神经网络（ann）方法：通过构建多层神经网络模型，将大量的甘蔗茎样本数据作为训练集，输入到网络中进行训练。网络可以自动学习甘蔗茎的特征（如生长阶段、外观特征、环境参数等）与含水率之间的复杂非线性关系。训练完成后，将新的甘蔗茎数据输入到网络中，即可预测其含水率。虽然这种方法具有很强的自适应能力和泛化能力，能够处理复杂的非线性问题。但是人工神经网络通常需要大量的训练
4、3、热传导模型方法：根据热传导原理，建立热传导方程，通过测量甘蔗茎的热传导特性，结合温度变化等数据，反推出甘蔗茎的含水率。但是，这种方法需要对甘蔗茎的热物理性质有深入的了解，并且需要精确的温度测量设备和复杂的计算模型，可以实时、非破坏性地监测甘蔗茎的含水率变化。且，针对热传导模型，通常需要对实际问题进行简化和假设，例如假设物体的材料是均匀的、热传导系数是常数等。这些简化和假设可能与实际情况不符，从而导致模型的误差。热传导模型的边界条件对模型的结果有很大的影响，但在实际问题中，边界条件往往难以准确确定。
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题。专利技术的目的在于提供一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术提供的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，包括如下步骤：
4、s1：建立土壤水环境模块；
5、s2：驱动土壤水环境模块；
6、s3：建立蔗茎水分特征模块，将所述土壤水环境模块与所述蔗茎水分特征模块进行耦合交互，实现蔗茎含水量的实时动态模拟。
7、优选地，在所述s1中，根据土壤质地和土壤有机碳数据，建立土壤水分盈亏指数的校正参数，进而计算与甘蔗根系对应的土壤水分盈亏指数的上限和下限，具体根据以下公式：
8、（1）
9、（2）
10、（3）
11、（4）
12、（5）
13、（6）
14、其中，为土壤质地对角矩阵；为砂粒含量比例，单位为%；为壤粒含量比例，单位为%；为粘粒含量比例，单位为%；为土壤有机碳在单一土壤质地类型下的储水性响应方程；为国际制下砂粒含量下的储水性响应方程；为国际制下壤粒含量下的储水性响应方程；国际制下粘粒含量下的储水性响应方程；为土壤有机碳含量，单位为‰；为水环境校正参数，用于校正土壤水环境盈亏指数，从而响应当前土壤特征下的蔗茎水分动态。
15、优选地，在所述s2中，输入每日的降水量、风速、气温、相对湿度与辐射量数据，结合甘蔗叶面积指数对潜在蒸散值进行校正，并引入径流协动参数，衡量坡度对于蔗田水分的流失率，综合计算当前土壤水分盈亏指数，以反映与甘蔗根系交互的土壤水环境状态，具体根据以下公式：
16、（7）
17、（8）
18、（9）
19、（10）
20、（11）
21、其中，为土壤水分盈亏指数上限，单位为mm，代表土壤水分达到饱和含水量状态；为土壤水分盈亏指数下限，单位为mm，代表土壤水达到甘蔗根系凋萎的状态；为甘蔗叶面积指数；为当前叶面积指数下的蒸散系数；为当日降水量，单位为mm；为penman-monteith计算值，单位为mm；为径流协动参数，通过蔗田坡度确定，输入坡度，即可计算值；为当前土壤水分盈亏指数，单位为mm，反映针对甘蔗根系的土壤水分状态。
22、优选地，在所述s3中，引入由甘蔗品种特性决定的蔗茎含水量上限和蔗茎含水量下限，设立蔗茎水分变动系数，作为蔗茎与土壤含水量之间动态变化的计算依据；根据土壤水环境模块提供的当前土壤水分盈亏指数和蔗茎水分变动系数，利用蔗茎水势对抗方程和甘蔗脱湿特征方程，计算蔗茎水分的流向及大小，具体根据以下公式：
23、
24、
25、（12）
26、（13）
27、（14）
28、其中，为甘蔗蔗茎含水量上限，单位为%，为甘蔗蔗茎含水量下限，单位为%，由甘蔗的品种特性决定，即为品种参数；为蔗茎水分变动系数，该系数决定了水分流的方向，系数为正时，流向为从土壤到蔗茎，此时蔗茎含水量增加，系数为负值时，流向相反；为蔗茎水势对抗方程，表示当天蔗茎含水量，单位为%，并根据甘蔗蔗茎水分变动系数值进行不同方式计算；为前一天蔗茎含水量，单位为%；为甘蔗脱湿特征方程，描述当土壤含水量较低且蔗茎变动系数为负时，蔗茎水分减少的特征，方程由土壤水分盈亏指数下限与当前土壤水分盈亏指数决定驱动。
29、本专利技术优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：
30、本专利技术基于每日气象数据、土壤质地数据与甘蔗品种特性，建立土壤水分环境模块与蔗茎水分特征模块，两个模块之间进行耦合交互，计算蔗茎水分的流向、大小及当前状态，从而实现蔗茎含水量的实时动态模拟。本专利技术通过机理性地结合土壤含水量动态、气象数据与甘蔗物候期子模型，解决了现有技术中光学遥感受天气影响大、数据处理复杂，人工神经网络需要大量训练数据和计算资源，以及热传导模型需要简化和假设的技术问题。本专利技术以每日为预测时间长度，反映蔗茎含水量在当前环境下的动态变化，计算过程机理且精简，为灌溉操作提供技术指导。
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1.一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，在所述S1中，根据土壤质地和土壤有机碳数据，建立土壤水分盈亏指数的校正参数，进而计算与甘蔗根系对应的土壤水分盈亏指数的上限和下限，具体根据以下公式：
3.根据权利要求1所述的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，在所述S2中，输入每日的降水量、风速、气温、相对湿度与辐射量数据，结合甘蔗叶面积指数对潜在蒸散值进行校正，并引入径流协动参数，衡量坡度对于蔗田水分的流失率，综合计算当前土壤水分盈亏指数，以反映与甘蔗根系交互的土壤水环境状态，具体根据以下公式：
4.根据权利要求1所述的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，在所述S3中，引入由甘蔗品种特性决定的蔗茎含水量上限和蔗茎含水量下限，设立蔗茎水分变动系数，作为蔗茎与土壤含水量之间动态变化的计算依据；根据土壤水环境模块提供的当前土壤水分盈亏指数和蔗茎水分变动系数，利用蔗茎水势对抗方程和甘蔗脱湿特征方程，计算蔗茎水分的流向及大小，具体根据以下公式：
【技术特征摘要】
1.一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，在所述s1中，根据土壤质地和土壤有机碳数据，建立土壤水分盈亏指数的校正参数，进而计算与甘蔗根系对应的土壤水分盈亏指数的上限和下限，具体根据以下公式：
3.根据权利要求1所述的一种甘蔗蔗茎含水量动态模拟方法，其特征在于，在所述s2中，输入每日的降水量、风速、气温、相对湿度与辐射量数据，结合甘蔗叶面积指数对潜在蒸散值进行校正，并引入径流协...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭建明，张旭博，夏兴英，焦江华，刘秀，葛连兴，汤红英，张培，吴连海，李翱，
申请(专利权)人：北京爱科农科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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