[發明專利]基于水分特征曲線的農田智能化灌溉系統及方法

在審

• 申請號: 202011542843.6
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112740991A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 朱晉斌;田寶虎;李昌武;史學峰;黃思怡;劉昊宇
• 申請（專利權）人: 長沙工研院環保有限公司
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;G01N13/02;G01N33/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本發明公開了一種基于水分特征曲線的農田智能化灌溉系統及方法，該方法包括：測定土壤的水分特征曲線；基于測定的水分特征曲線，確定適合種植植物生長的土壤水分含量所對應的土壤基質吸力范圍；在農田中埋設土壤水分張力計，利用土壤水分張力計對農田土壤的土壤基質吸力進行實時測量，并將測量得到的土壤基質吸力數據發送至電腦，電腦對接收到的土壤基質吸力數據做分析并與土壤基質吸力范圍作對比，進而控制灌溉執行單元的啟停，將農田的土壤基質吸力限定在第二步確定的范圍內。本發明采用基于土壤水分特征曲線原理進行農田灌溉，對于推進農田水利建設和實現田間灌溉精量可控，改善田間灌水控制設施和提高灌水控制技術具有重要意義。

技術領域

本發明屬于農田灌溉技術領域，尤其涉及一種基于水分特征曲線的農田智能化灌溉系統及方法。

背景技術

土壤水分特征曲線是指土壤水分與土壤水吸力(基質勢)的關系曲線，反映了土壤水能量與土壤含水量的函數關系，是表示土壤基本水動力學特性的重要指標。是推求土壤水分蒸發、入滲以及溶質運移過程中各種水分運動參數的重要手段。所以準確獲取土壤水分特征曲線對于指導農田灌溉、促進作物增產具有重要的意義。

目前在我國很多地區還依然沿襲著幾千年來的傳統灌水方式，采取大水漫灌的做法。澆地時，把整塊田塊都放滿水，但因田間深層滲漏損失大，可控性差，導致農田用水量大。如果田間土地不平整，高高低低，要使地塊都漫上水，需要的水量會更加得大。另外一方面，植物可利用的水量只占總水量的很小的一部分，大量的水分進行農田灌溉導致了水分利用率非常低。雖然在我國南方地區雨水資源相對比較豐富，但是南方的水資源依然存在季節性缺水、水質性缺水等劣勢，這在很大程度上要求我們要用有限的水資源進行農田灌溉，對水資源的利用效率提出了更高的要求。

再者，我國目前的配水控制主要是依賴人工，而人工控制往往存在主觀性強、控制誤差大、勞力費用高等特點，這就導致了灌水質量和灌水成本的增大。因此，采用基于土壤水分特征曲線原理進行農田灌溉對于推進農田水利現代化建設和實現田間灌溉精量可控，改善田間灌水控制設施和提高灌水控制技術具有重要的意義。

發明內容

為了克服長期以來我國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、人工成本高等問題，本發明提供一種基于水分特征曲線的農田智能化灌溉系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

基于水分特征曲線的農田智能化灌溉系統，包括數據收集單元、數據分析及處理單元、系統指揮單元和灌溉執行單元；

其中，數據收集單元負責農田土壤基質吸力數據的收集，并對收集的數據通過無線網絡發送至云數據平臺；

數據分析及處理單元負責將反饋過來的土壤基質吸力數據與云數據平臺中存儲的適合種植植物生長的土壤基質吸力范圍作對比，并將對比結果反饋至系統指揮單元；

系統指揮單元感應到上一層系統的反饋結果后控制農田灌溉，對下一層系統發送控制命令，灌溉執行單元收到控制命令后執行灌溉工作，對水分供應進行啟停操作；

最終將農田的土壤基質吸力限定在適合種植植物生長的土壤水分含量對應的土壤基質吸力范圍內。

基于水分特征曲線的農田智能化灌溉方法，包括以下步驟：

第一步：測定土壤的水分特征曲線；

第二步：基于測定的水分特征曲線，確定適合種植植物生長的土壤水分含量所對應的土壤基質吸力范圍；

第三步：在農田中埋設土壤水分張力計，利用土壤水分張力計對農田土壤的土壤基質吸力進行實時測量，并將測量得到的土壤基質吸力數據發送至電腦，電腦對接收到的土壤基質吸力數據做分析并與第二步獲得的土壤基質吸力范圍作對比，進而控制灌溉執行單元的啟停，將農田的土壤基質吸力限定在第二步確定的范圍內。