[發明專利]一種面向精細農業的灌溉試驗方法及其試驗平臺

有效

• 申請號: 201710011212.3
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106718363B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 孫燕;劉路;周平;金定洲
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: A01G9/24
• 分類號: A01G9/24;A01G25/00;A01G25/16;G06Q50/02
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 洪玲

1.一種面向精細農業的灌溉試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將發芽期、幼苗期、開花期和結果期四個不同生長階段的作物分別置于四個灌溉試驗平臺上，用水分適宜、輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫4種灌溉模式分別對所述發芽期、幼苗期、開花期和結果期的作物進行灌溉處理；

（2）實時監測作物的葉片舒展程度：利用3D掃描儀采集作物葉片的3D圖像，采用傅立葉變換技術將3D圖像轉換為傅立葉頻譜圖，提取傅立葉頻譜圖中作物葉片空間域的頻率信息，獲得作物葉片結構特征，根據作物葉片結構特征提取葉片舒展指數，作為考察作物的葉片舒展程度的指標；

（3）實時監測環境因素參數，所述環境因素參數包括空氣溫濕度、土壤含水率、灌水量、滲漏量、蒸騰量5項指標，具體為：利用空氣溫濕度傳感器采集空氣溫濕度信息；利用土壤水分傳感器采集作物根部處的土壤含水率信息；利用載荷傳感器測量由水泵輸出的灌水量、滲漏量、作物生長過程中的蒸騰量；

（4）利用基于支持向量機的圖像視覺分析葉片舒展程度的方法，建立知識庫，逐一標記不同水分脅迫程度下葉片舒展程度；采集環境試驗數據，分析葉片舒展程度與土壤含水率的關系；葉片舒展程度與土壤含水率以及環境因素之間的關系；不同水分脅迫程度下葉片舒展程度與土壤含水率以及環境因素之間的關系；

（5）構建評估作物灌溉綜合效益的多層次指標體系，利用多層次多目標模糊理論與方法,建立灌溉綜合效益多層次多目標模糊評價模型；利用信息熵理論求得各層評價指標客觀熵權，結合專家法的主觀權重獲得模型各層評價指標綜合權重，提高模型可靠性；

（6）利用建立的灌溉綜合效益多層次多目標模糊評價模型判斷不同灌溉模式的優劣，進而指導作物的灌溉。

2.根據權利要求1所述的一種面向精細農業的灌溉試驗方法，其特征在于，所述步驟（3）中，利用載荷傳感器測量由水泵輸出的灌水量、滲漏量、作物生長過程中的蒸騰量的方法為：采用土壤含水量標定法標定測試，抽樣采集若干等分土壤，測量在灌水、灌水后滲透、無灌水情況下蒸騰的三種單變量情況下土壤測試前后含水量的變化量，即為所述灌水量、滲漏量、作物生長過程中的蒸騰量信息。

3.一種面向精細農業的灌溉試驗平臺，其特征在于，包括若干平臺主體、數據采集模塊、無線通信模塊、主控模塊和監控中心，并采用權利要求1所述的一種面向精細農業的灌溉試驗方法運行，其中：

所述平臺主體包括旋轉試驗臺及其支架、灌溉系統和電機，所述旋轉試驗臺用于承載試驗作物，由電機驅動旋轉，所述灌溉系統用于對試驗作物進行灌溉，包括水箱和泵，所述水箱通過泵與試驗作物連接；

所述數據采集模塊包括3D掃描儀、溫濕度傳感器、土壤水分傳感器和載荷傳感器，所述3D掃描儀的掃描頭相對于旋轉試驗臺上的試驗作物設置，所述溫濕度傳感器設于灌溉試驗平臺所處的環境中，用于實時監測空氣溫濕度，所述土壤水分傳感器設于試驗作物根部的土壤內，用于實時采集作物根部的土壤含水率，所述載荷傳感器設于試驗作物的底部，用于采集試驗作物的重量；

所述3D掃描儀、溫濕度傳感器、土壤水分傳感器和載荷傳感器的信號輸出端與主控模塊的信號輸入端連接，所述主控模塊的電機控制端與電機連接，其灌溉控制端與泵連接，其信號輸出端通過無線通信模塊與監控中心連接；所述主控模塊為由型號為STC15F2K60S2的單片機及其外圍震蕩電路組成的最小系統；所述無線通信模塊為ZigBee無線通信模塊；所述電機為步進電機。