[發明專利]一種通用智能灌溉系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610914674.1
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106613783B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 程曼;張德寧;袁洪波;蔡振江
• 申請（專利權）人: 河北農業大學
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16
• 代理公司: 11350 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種通用智能灌溉系統及其控制方法，包括多個氣象信息傳感器和多個土壤信息傳感器，多個氣象信息傳感器和多個所述土壤信息傳感器分別連接一個數據匯聚模塊，兩個數據匯聚模塊分別連接模型計算及控制模塊，模型計算及控制模塊連接執行器，執行器連接灌溉設備；模型計算及控制模塊包括PLS計算模型和ANFIS計算模型，該系統以傳感器檢測到的環境及土壤參數為基礎，利用機器學習算法，通過提取各項參數中對所需灌溉用水量影響最大的參數，并建立相應的作物蒸騰計算模型，根據計算結果進行灌溉控制。本發明的通用智能灌溉控制方法采用閉環控制模式，能夠根據不同的氣象情況和作物生長情況自動靈活的調整灌溉頻率和灌溉用水量。

技術領域

本發明屬于農業灌溉技術領域，尤其是涉及一種通用智能灌溉控制方法。

背景技術

當前的自動灌溉控制基本上分為以下幾類，一種是定時灌溉，即事先規定好灌溉時間表，定時開始，定時結束；一種是根據作物蒸騰量進行灌溉，即根據特定的計算公式進行作物蒸騰量的計算，當達到某一設定值時進行灌溉，并根據計算數據確定灌溉量的大小；一種是根據傳感器數據進行灌溉，即通過插入或埋入土壤里的土壤濕度傳感器實時檢測土壤濕度的變化，達到某一設定值時進行灌溉，并根據傳感器的檢測數據確定灌溉停止時間；還有就是綜合利用多種傳感器的數據確定灌溉行為，比如根據空氣的溫濕度、光照、風速等氣象參數結合土壤濕度傳感器進行綜合判斷，最終得到灌溉的控制策略。

以上所述多種自動灌溉控制方法均存在一定的缺陷和不足：一、定時灌溉模式屬于開環控制，該式中灌溉制度是靜態的，作物所需灌溉用水量及灌溉時間由事先估計來確定，但是作物生長及其環境是動態變化的，作物生長所需灌溉量也是不斷隨之變化的，該方法無法準確提供作物生長所需用水量，存在多灌或少灌的現象，而且不能根據氣象條件靈活變化，即便存在降水情況，仍然會按照時間表進行灌溉控制，如果某段時間天氣特別干旱而事先沒有估計到，則會造成作物缺水現象。二、根據作物蒸騰量進行灌溉也屬于開環控制，該種方法一般會根據氣象信息進行作物蒸騰量的估算，并據此進行灌溉控制，雖然相對定時灌溉，靈活程度有所提高，但是仍然無法避免降水情況下執行灌溉行為的情況出現，而且當灌溉管道或滴頭、噴頭等存在堵塞情況時，作物是否得到了應該得到的灌溉用水量，無法進行反饋。三、根據土壤濕度傳感器數據進行灌溉，雖然在一定程度上解決了系統開環存在的問題，但是仍然存在一些不足。其一、傳感器數據是否一直準確無法保證；其二，不能根據具體氣象情況進行靈活調整，比如即將有降水出現，但是當前傳感器數據顯示應該進行灌溉行為，則可能出現剛灌溉完畢，很快出現了降水情況，那么在一定程度上就造成了水資源的浪費。四、綜合利用多種氣象參數和土壤參數進行灌溉控制，雖然和其它方法相比有所進步，但是該種控制多是采用一些智能算法建立模型，然后根據模型進行灌溉控制，而建立模型需要大量的數據，否則控制精度無法保證。如果采用該種控制方法，需要事先根據本地區的前期大量數據進行訓練才能建立相對精確的控制模型，通用性較差，如果無法得到本地區的前期氣象、土壤等環境參數，則很難利用這種控制方法；而且如果影響模型的參數過少，即便有大量的數據，也無法保證模型的精度，如果參數過多，比如利用空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、風速、雨量監測等等很多參數，不但增加了數據流，造成模型訓練速度過慢，還有可能在多種參數之間存在一些相互矛盾的數據，同時多參數，大數據量也存在數據冗余的情況，直接影響控制模型的計算速度。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明的目的是提供一種通用智能灌溉控制方法，該方法采用閉環控制模式，能夠根據不同的氣象情況和作物生長情況自動靈活的調整灌溉頻率和灌溉用水量。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：