[發明專利]一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法

有效

• 申請號: 201210202778.1
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102726273A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 徐飛鵬;邱恒清;李云開;曾祥斐;賈瑞卿;羅昊
• 申請（專利權）人: 中農先飛（北京）農業工程技術有限公司
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;G06F19/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

1.一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法，其特征在于包括以下3個方面：

（1）土壤水分數據采集

使用土壤水分傳感器基于時域反射或頻域反射的原理進行土壤水分數據采集，土壤水分傳感器埋設在土壤濕潤區域的范圍內，所述土壤水分傳感器布設在表層土壤中；

（2）土壤水分數值修正

采用基于動態數據驅動應用系統的數值模擬方法，利用實時監測表層土壤水分獲得作物根區的土壤水分狀況，建立土壤水分數學模型，連續監測的表層土壤含水量經過修正，用于指導灌溉決策，修正的過程以土壤水分變化的機理性模型即土壤水動力學模型為基礎，以動態數據驅動應用系統為土壤水分模擬的技術范式，輔以作物信息和實時氣象信息，建立土壤水分模擬和實際土壤水分監測之間的動態模擬系統，所述動態模擬系統的模擬結果為作物根區土壤水分含量，將作物根區土壤水分含量進行儲存、顯示，以指導灌溉決策；

（3）灌溉數據決策

由所述水動力學模型得到的作物根區土壤水分含量與設定的作物灌溉閾值進行比較，低于灌溉閾值下限時進行灌溉，達到灌溉閾值上限時停止灌溉。

2.根據權利要求1所述的一種作物根區土壤水分監測與智能灌溉決策方法，其特征在于：所述的土壤水分變化的機理性模型即土壤水動力學模型的方程為：

∂θ∂t=∂∂z[D(θ)∂θ∂z]-∂K(θ)∂z-Sr(z,t),0≤z≤lr(t)∂θ∂t=∂∂z[D(θ)∂θ∂z]-∂K(θ)∂z,lr(t)≤z≤L---(1)]]>

式中，θ為土壤含水率，t為時間，z為垂直坐標，取向下為正，D(θ)為非飽和土壤擴散率，K(θ)為非飽和土壤導水率，l_r(t)是作物根系長度，S_r(z,t)是作物根系吸水率，即根系在單位時間內由單位體積土壤中所吸收的水分的體積，在給定了上邊界條件、下邊界條件和初始條件之后，經過數值計算得到上式的解，即整個土壤剖面含水量，再處理并獲得作物根系范圍內的土壤剖面含水量，即作物根區土壤水分含量，所述上邊界條件由實時監測的表層土壤含水量求得；D(θ)、K(θ)等土壤水分運動參數選用經驗模型確定，作物根系吸水速率按下式計算：

Sr(z,t)=(1.8lr(t)-1.6lr2(t)z)Ec(t)---(2)]]>

其中E_c(t)是作物實際騰發量，

將全部求解域Z=0~L離散化為n個單元，共有n+1個結點，編號i=0,1,2，……，n，其中i=0和i=n為邊界結點，其余為內結點，距離步長為Δz。時間步長Δt??一般可考慮為變步長，開始階段取較小值，以后可逐步增大；對任意內結點寫出差分方程，經整理后得三對角方程形式：

由追趕法求解上式。