CN110050672A - 一种规模化精确灌溉方法 - Google Patents

Abstract

一种规模化精确灌溉方法，涉及农业技术领域，包括若干个灌溉单元、数据采集器材和中央处理单元，所述灌溉单元包括指定农田以及配属农田的各种灌溉设备；所述的数据采集器包括移动式采集装置或固定式采集装置或两者皆有，所述的灌溉单元都对应一组单独的固定式采集装置或不对应，所述的移动式采集装置对应若干个灌溉单元，所述的移动式采集装置和所述的固定式采集装置都包括视频监控设备；所述中央处理单元接收到数据采集器的数据后，分析监控数据中农作物的状态，然后控制灌溉单元分别工作。本发明通过视频监测农作物表面状态来判断是否需要进行灌溉，无需大量的土壤传感器，成本较低，适用于大规模集约化的农田。

Description

一种规模化精确灌溉方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，尤其是涉及一种灌溉技术。

背景技术

水是生物生存之源，是农林业生产发展的必要条件，由于水资源贫乏己经是制约我国农业、乃至经济社会可持续发展的一个主要因素，因此，大力发展精准灌溉、挖掘节水潜力，进一步提高水的综合利用率，是保证我国粮食和果蔬生产安全的新途径。在我国，农业是用水大户，农业用水量约占总用水量的80％左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45％，而水资源利用率高的国家已达70％～80％，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的，也是节水潜力最大的领域。目前，农业节水灌溉的困难在于农田分布范围广泛，各种农作物的用水需求也不相同，使用大面积的沟渠灌溉技术，不仅浪费水资源，而且在农田利用上也造成很大的浪费，中国农业目前的灌溉和施肥方式以粗放型的大水漫灌和表面施肥为主，这种方式不仅造成有限水资源的巨大浪费，也造成所施用养分向大气和地下水的流失，既增加肥料的投入又污染环境。而对作物而言，粗放型的灌溉和施肥方式常常造成不适当的水分和养分含量，不利于作物的生长和产量的提高。解决这一落后现状的途径是研发精准的灌溉和施肥技术，这是实现我国农业现代化不可或缺的技术。

现有的精确滴灌主要通过传感器进行控制，既通过对土壤内的水分和养分含量作出滴灌的决定，这种方式的确节约了用水，同时还提高了肥料的利用率，是一种较好的节水方式，但是这种方式需要大量的传感器，成本高昂，只适合小规模农田或高价值经济作物。，面对我国农业集约化、规模化、机械化的发展方向，这类大规模使用传感器监控的模式因为成本原因并不适用。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种规模化精确灌溉方法,本方法直接通过视频监测农作物表面状态来判断是否需要进行灌溉，无需大量的土壤传感器，成本较低，适用于大规模集约化的农田。解决了以往进行精确灌溉需要大量土壤传感器进行辅助，造成成本高昂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：、一种规模化精确灌溉方法,包括若干个灌溉单元、数据采集器材和中央处理单元，所述灌溉单元包括指定农田以及配属农田的各种灌溉设备，所述的指定农田为规则形状田地或不规则形状田地，所述的灌溉单元只种植单一的农作物；所述的数据采集器包括移动式采集装置或固定式采集装置或两者皆有，所述的灌溉单元都对应一组单独的固定式采集装置或不对应，所述的移动式采集装置对应若干个灌溉单元，所述的移动式采集装置和所述的固定式采集装置都包括视频监控设备，所述的视频监控设备监控特定位置的农作物；所述中央处理单元接收到数据采集器的数据后，分析监控数据中农作物的状态，然后控制灌溉单元分别工作。

上述技术方案中，优选的，如果指定农田为规则形状田地，则指定农田的中间位置为A点，指定农田的边角位置为B点，在A点与B点的连接线上设置有若干个间距相等的C点，所述的固定式采集装置采集A点以及为B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集C点区域的农作物状态。

上述技术方案中，优选的，如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边线中心位置为D点，垂直且经过D点的直线在指定农田内任意相交点为E点，所述的固定式采集装置采集D点区域的农作物状态，移动式采集装置采集E点区域的农作物状态。

上述技术方案中，优选的，如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边角位置为B点，经过B点且把B点夹角均分的直线在指定农田内任意相交点为F点，所述的固定式采集装置采集B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集F点区域的农作物状态。

上述技术方案中，优选的，在不同的时间段，在A点与B点的连接线上设置的C点数量和间隔不尽相同。

上述技术方案中，优选的，所述的数据采集器定时的将收集到的全部单株农作物的形态发送至中央处理单元，中央处理单元具有卷积神经网络植物识别***，可以分辨出农作物的各种状态，中央处理单元根据收到的数据对灌溉单元作出部分灌溉、整体灌溉、协同灌溉的命令。

上述技术方案中，优选的，所述的移动式采集装置包括地面移动式采集器和航空移动式采集器，所述的航空移动式采集器包括无人飞行器和有人飞行器。

上述技术方案中，优选的，所述的中央处理单元收到任意灌溉单元内的固定式采集装置的数据时即可对相应的灌溉单元作出命令。

上述技术方案中，优选的，所述的灌溉单元还包括排水装置和若干个埋入式土壤传感器。

上述技术方案中，优选的，所述的数据采集器能同时采集到相应农作物附近的土壤信息。

本方法的核心思想是通过视频监控农作物表面形态，进行是否需要灌溉的判断。现有的精确灌溉主要通过传感器直接检测土壤，然后根据土壤含水率和离子根的数量判断是否需要浇水，这种模式需要大量的传感器，一旦大规模巨大则成本高昂。本申请则是在大规模机械化农业环境下主要通过移动式的数据采集器，既无人机等装备直接检测农作物表面状态，然后反馈至中央处理单元，中央处理单元根据反馈的数据做出不同的命令。整个监控网络只需要中央处理单元以及若干个数据采集器，极端的只需要中央处理单元和具有摄像头的无人机，本***农田越大，成本越低。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过视频监测农作物表面状态来判断是否需要进行灌溉，无需大量的土壤传感器，成本较低，适用于大规模集约化的农田。解决了以往进行精确灌溉需要大量土壤传感器进行辅助，造成成本高昂的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种规模化精确灌溉方法,包括若干个灌溉单元、数据采集器材和中央处理单元。所述灌溉单元包括指定农田以及配属农田的各种灌溉设备，还包括排水装置和若干个埋入式土壤传感器，埋入式土壤传感器并不是必要设备。若干个灌溉单元可相邻也可不相邻。因为地形因素，所述的指定农田为规则形状田地或不规则形状田地，每个所述的灌溉单元只种植单一的农作物。

所述的数据采集器包括移动式采集装置和固定式采集装置，固定式采集装置对应一个灌溉单元，所述的移动式采集装置对应若干个灌溉单元。移动式采集装置包括地面移动式采集器和航空移动式采集器，所述的航空移动式采集器包括无人飞行器和有人飞行器。所述的移动式采集装置和所述的固定式采集装置都包括视频监控设备，所述的视频监控设备监控特定位置的农作物。

所述的数据采集器定时的将收集到的全部单株农作物的形态发送至中央处理单元，中央处理单元具有卷积神经网络植物识别***，可以分辨出农作物的各种状态，所述中央处理单元接收到数据采集器的数据后，分析监控数据中农作物的状态，然后控制灌溉单元分别工作。中央处理单元根据收到的数据对灌溉单元作出部分灌溉、整体灌溉、协同灌溉的命令。同时如果具有土壤传感器，中央处理单元还可以根据土壤传感器传输的数据进行命令辅助。所述的中央处理单元收到任意灌溉单元内的固定式采集装置的数据时即可对相应的灌溉单元作出命令。

如果指定农田为规则形状田地，则指定农田的中间位置为A点，指定农田的边角位置为B点，在A点与B点的连接线上设置有若干个间距相等的C点，所述的固定式采集装置采集A点以及为B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集C点区域的农作物状态。在A点与B点的连接线上C点的数量和间距与指定农田的大小正相关，指定农田越大则C点的数量越多，C点的间距越大。在规则形状的指定农田中，固定式采集装置设置在A点和B点上，基本上固定式采集装置是具有上下伸缩，水平旋转以及垂直摆动功能的摄像头，通过摄像头监控A点和B点上农作物的单株形态。A点、B点和C点的大小是任意可调的。在监控时，是对A点、B点和C点范围内所有的农作物进行监控，获得较为完整和准确的农作物整体状态。通过对所有A点、B点和C点内农作物状态的评估就可以对这个灌溉单元内所有的农作物状态进行大致评估。固定式采集装置还需要做好防水、防晒工作，必要的还可以附加红外线摄像头，使其能全天24小时进行监控，更进一步的，摄像头还可以对土壤表面进行监控与土壤传感器的数据结合，让中央处理单元获得完整的土壤消息。

如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边线中心位置为D点，垂直且经过D点的直线在指定农田内任意相交点为E点，所述的固定式采集装置采集D点区域的农作物状态，移动式采集装置采集E点区域的农作物状态。或者：如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边角位置为B点，经过B点且把B点夹角均分的直线在指定农田内任意相交点为F点，所述的固定式采集装置采集B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集F点区域的农作物状态。因为地形或者其他因素，指定农田往往不可能是规则形状，则是选取D点、E点，或B点、F点或D点、E点、B点、F点共同选取进行监控，选取的原则是指定农田的大小，指定农田越大则选取的点越多。其中D点、B点放置固定式采集装置，E点、F点由移动式采集装置监控。如上所述的固定式采集装置是具有上下伸缩，水平旋转以及垂直摆动功能的摄像头，通过摄像头监控D点、B点上农作物的单株形态。D点、E点、B点、F点的大小是任意可调的。在监控时，是对D点、E点、B点、F点范围内所有的农作物进行监控，获得较为完整和准确的农作物整体状态。通过对所有D点、E点或B点、F点或D点、E点、B点、F点内农作物状态的评估就可以对这个灌溉单元内所有的农作物状态进行大致评估。

在对C点、E点和F点监测时，使用移动式采集装置，如果没有特别说明，则对这三点监控时是所有灌溉单元共同进行，当然中央处理单元也可以对特定的一个或几个灌溉单元内的C点、E点或F点进行监控。基本上使用具有摄像装置的无人机进行监控，如果整个农田较大，且复合有其他任务，也可以采用有人机进行监控。地面移动式采集器主要是在天气不理想的情况下不得不进行监控时使用。因为使用地面移动式采集器多多少少会对路径内的农作物产生影响。在监控时，对规则形状的农田中，在不同的时间段，在A点与B点的连接线上设置的C点数量和间隔不尽相同，通过这种类似随机抽查的方法提供规则形状的农田中农作物状态的准确率。

对A点、B点、C点来说，并非每个点都需要设置固定式采集装置，如果因为成本或者地形因素，这些点也可以不设置。对A点、B点、C点、D点、E点、F点都可以采用移动式采集装置进行区域内农作物的监控，无需任何固定式采集装置，既由中央处理单元和移动式采集装置组成监控***。

埋入式土壤传感器可以放置在相应的测量点内，中央处理单元同时根据各个测量点表层土地状态和深层土壤状态整体判断土壤情况，结合农作物状态作出整体判断。中央处理单元不仅需要进行灌溉指令，还需要进行排水指令，更进一步的，中央处理单元还能进行施肥指令。在实际使用中灌溉单元能进行整体运作，也可以进行部分运作或者与其他灌溉单元协同运作。

Claims (10)

1.一种规模化精确灌溉方法,其特征为，包括若干个灌溉单元、数据采集器材和中央处理单元，

所述灌溉单元包括指定农田以及配属农田的各种灌溉设备，所述的指定农田为规则形状田地或不规则形状田地，所述的灌溉单元只种植单一的农作物；

所述的数据采集器包括移动式采集装置或固定式采集装置或两者皆有，所述的灌溉单元都对应一组单独的固定式采集装置或不对应，所述的移动式采集装置对应若干个灌溉单元，所述的移动式采集装置和所述的固定式采集装置都包括视频监控设备，所述的视频监控设备监控特定位置的农作物；

所述中央处理单元接收到数据采集器的数据后，分析监控数据中农作物的状态，然后控制灌溉单元分别工作。

2.根据权利要求1所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，如果指定农田为规则形状田地，则指定农田的中间位置为A点，指定农田的边角位置为B点，在A点与B点的连接线上设置有若干个间距相等的C点，所述的固定式采集装置采集A点以及为B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集C点区域的农作物状态。

3.根据权利要求1所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边线中心位置为D点，垂直且经过D点的直线在指定农田内任意相交点为E点，所述的固定式采集装置采集D点区域的农作物状态，移动式采集装置采集E点区域的农作物状态。

4.根据权利要求1所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，如果指定农田为不规则形状田地，则指定农田的边角位置为B点，经过B点且把B点夹角均分的直线在指定农田内任意相交点为F点，所述的固定式采集装置采集B点区域的农作物状态，移动式采集装置采集F点区域的农作物状态。

5.根据权利要求2所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，在不同的时间段，在A点与B点的连接线上设置的C点数量和间隔不尽相同。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，所述的数据采集器定时的将收集到的全部单株农作物的形态发送至中央处理单元，中央处理单元具有卷积神经网络植物识别***，可以分辨出农作物的各种状态，中央处理单元根据收到的数据对灌溉单元作出部分灌溉、整体灌溉、协同灌溉的命令。

7.根据权利要6所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，所述的移动式采集装置包括地面移动式采集器和航空移动式采集器，所述的航空移动式采集器包括无人飞行器和有人飞行器。

8.根据权利要7所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，所述的中央处理单元收到任意灌溉单元内的固定式采集装置的数据时即可对相应的灌溉单元作出命令。

9.根据权利要1所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，所述的灌溉单元还包括排水装置和若干个埋入式土壤传感器。

10.根据权利要9所述的一种规模化精确灌溉方法,其特征为，所述的数据采集器能同时采集到相应农作物附近的土壤信息。