CN116686686A - 灌溉装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了灌溉装置，包括：监测杆阵列，其包括多行多列设置在灌溉区域的监测杆，相邻四根监测杆在灌溉区域内围成一灌溉单元，监测杆位于地下的区域设置有第一温度传感器和第一湿度传感器，用于获取土壤温度数据和土壤湿度数据，监测杆位于地上的区域设置有第二温度传感器和第二湿度传感器，用于获取地表温度数据和地表湿度数据；灌溉机构，其具有旋转喷头，用于向灌溉单元灌溉；控制器，其用于获取相邻四根监测杆采集的土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据，并判断灌溉单元是否需要灌溉，若需要灌溉，则控制旋转喷头旋转至朝向灌溉单元，并向灌溉单元灌溉。本发明还提供了灌溉方法。本发明能够实现精准灌溉，节约水资源。
Description
技术领域
本发明涉及土壤灌溉相关技术领域。更具体地说，本发明涉及一种灌溉装置及方法。
背景技术
为了保证农作物正常生长，获取高产稳产，必须供给农作物以充足的水分。为了节约用水，人们发明了喷灌、滴灌、覆膜灌等方法，但是这些灌溉方法仍然存在一定的盲目性，无法精准地为特定区域、特定状态的土壤实施灌溉，节水效果仍有待改进。因此，有必要设计一种能够一定程度克服上述缺陷的技术方案。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种灌溉装置及方法，能够实现精准灌溉，节约水资源。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了灌溉装置，包括：监测杆阵列，其包括多行多列设置在灌溉区域的监测杆，相邻四根所述监测杆在所述灌溉区域内围成一灌溉单元，所述监测杆位于地下的区域设置有第一温度传感器和第一湿度传感器，用于获取土壤温度数据和土壤湿度数据，所述监测杆位于地上的区域设置有第二温度传感器和第二湿度传感器，用于获取地表温度数据和地表湿度数据；灌溉机构，其具有旋转喷头，用于向所述灌溉单元灌溉；控制器，其用于获取相邻四根所述监测杆采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据，并判断所述灌溉单元是否需要灌溉，若需要灌溉，则控制所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，并向所述灌溉单元灌溉。
进一步地，所述监测杆顶部设置有通信模块，所述通信模块用于将所述监测杆采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据传输至所述控制器。
进一步地，所述灌溉机构包括竖管和设置在所述竖管上端的旋转喷头，所述旋转喷头由电机驱动，用于使所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，所述竖管连接至水源，所述竖管上设置阀门。
进一步地，所述控制器内存储有各所述监测杆的坐标，所述控制器内预存有各所述监测杆的位置信息，用于确定所述灌溉单元的位置。
进一步地，所述控制器内预存有预测模型，所述控制器将所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据输入所述预测模型，输出预测灌溉频率和预测灌溉水量；所述预测模型利用训练数据训练得到，所述训练数据采集自相同土壤的灌溉试验。
进一步地，若所述预测灌溉水量大于零，则使所述灌溉机构的所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，并向所述灌溉单元灌溉，至达到所述预测灌溉水量和所述预测灌溉频率。
进一步地，所述旋转喷头上设置有流量计，用于控制灌溉水量。
根据本发明的另一个方面，还提供了灌溉方法，使用所述的灌溉装置在灌溉区域内灌溉。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明利用监测杆阵列将灌溉区域分割为多个灌溉单元，利用监测杆阵列获取土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据估算灌溉单元的土壤状态，再根据土壤状态，利用灌溉机构对特定土壤状态的灌溉单元进行灌溉；相比于现有技术中的盲目性灌溉，本发明能够实现定点、针对性灌溉，更加节约水资源。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本申请一个实施例结构示意图；
图2为本申请一个实施例监测杆的结构示意图；
图3为本申请一个实施例灌溉机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1～3所示，本申请的实施例提供了灌溉装置，包括：监测杆3阵列，其包括多行多列设置在灌溉区域1的监测杆3，相邻四根所述监测杆3在所述灌溉区域1内围成一灌溉单元2，所述监测杆3位于地下的区域设置有第一温度传感器301和第一湿度传感器302，用于获取土壤温度数据和土壤湿度数据，所述监测杆3位于地上的区域设置有第二温度传感器303和第二湿度传感器304，用于获取地表温度数据和地表湿度数据；灌溉机构4，其具有旋转喷头401，用于向所述灌溉单元2灌溉；控制器，其用于获取相邻四根所述监测杆3采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据，并判断所述灌溉单元2是否需要灌溉，若需要灌溉，则控制所述旋转喷头401旋转至朝向所述灌溉单元2，并向所述灌溉单元2灌溉；
在上述实施例中，灌溉区域1可以是农作物种植园，监测杆3竖直固定在灌溉区域1内，并形成阵列；监测杆3阵列将灌溉区域1分割为多个方块区域，即灌溉单元2，灌溉单元2的大小根据经验或统计确定，保证四根监测杆3的监测结果能够反映灌溉单元2的土壤状态；监测杆3在位于土壤内的位置设置第一温度传感器301和第一湿度传感器302，在位于土壤表面的位置设置第二温度传感器303和第二是湿度传感器，第一温度传感器301和第一湿度传感器302的位置与农作物的种植深度有关，能够较准确反映农作物根系附近的土壤温度、湿度情况即可；监测杆3中部中空，用于放置为温度传感器和湿度传感器供电的电池；根据灌溉单元2的数量，确定灌溉机构4的数量，每个灌溉机构4可以为多个灌溉单元2进行灌溉，例如一个灌溉机构4为前后左右三层灌溉单元2灌溉，旋转喷头401可以在水平方向、竖直方向旋转，以朝向各灌溉单元2；控制器用于逻辑控制，在获取土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据后，进行运算，估计整个灌溉单元2的土壤状态，当土壤状态不符合条件时，利用灌溉机构4的旋转喷头401旋转至朝向灌溉单元2，进行灌溉；可以看出，本实施例相比于现有技术中的盲目性灌溉，化整为零，实现定点、针对性灌溉，通过逐个改善各灌溉单元2的灌溉情况，实现灌溉区域1的灌溉情况改善，更加节约水资源。
在另一个实施例中，所述监测杆3顶部设置有通信模块，所述通信模块用于将所述监测杆3采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据传输至所述控制器；通信模块可以4G、5G通信模块，用于进行数据、指令的传输，帮助控制器实现灌溉逻辑控制。
在另一个实施例中，所述灌溉机构4包括竖管和设置在所述竖管上端的旋转喷头401，所述旋转喷头401由电机驱动，用于使所述旋转喷头401旋转至朝向所述灌溉单元2，所述竖管连接至水源，所述竖管上设置阀门；一种可选的实现方式是，竖管下部连接至水源，竖管可通过软管与旋转喷头连接和连通，上端设置旋转喷头401，旋转喷头401设置在一水平旋转台上，水平旋转台可以水平0～180旋转，水平旋转台403设置在竖直旋转台402上，竖直旋转台402可以竖直0～360度旋转，水平旋转台和竖直旋转台均由电机驱动，以使得能够将旋转喷头401旋转至朝向灌溉单元2。
在另一个实施例中，所述控制器内存储有各所述监测杆3的坐标，所述控制器内预存有各所述监测杆3的位置信息，用于确定所述灌溉单元2的位置；一种可行的方案是，各监测杆3具有特定编号和坐标，并在控制器中存储，根据采集土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据的监测杆3的编号，确定所属的灌溉单元2，并进行土壤状态估算，控制器再根据监测杆3的坐标，向围成的灌溉单元2实施灌溉。
在另一个实施例中，所述控制器内预存有预测模型，所述控制器将所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据输入所述预测模型，输出预测灌溉频率和预测灌溉水量；所述预测模型利用训练数据训练得到，所述训练数据采集自相同土壤的灌溉试验；土壤温度数据、土壤湿度数据反映当前土壤状况，土壤温度数据、地表温度数据、地表湿度数据反映土壤水分散失速度，以及温度变化速度，当前土壤状况、土壤水分散失速度、温度变化速度与灌溉频率和灌溉水量有较大关联；一种可行的方案是，预测模型用神经网络模型，如BP神经网络模型训练得到；灌溉测试可以在农作物种植园内进行，保证相同作物、相同土质、相同的监测杆3设置，采集四根监测杆3的土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据，灌溉多次至土壤在预定时间段始终达到农作物的最佳生长条件范围，记录灌溉次数和灌溉水量，构建训练数据；以训练数据中的土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据为输入，以灌溉水量、灌溉次数为输出，训练得到预测模型；在实际使用中，将从四根监测杆3得到的土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度输入预测模型，得到对应灌溉单元2的预测灌溉频率和预测灌溉水量，灌溉频率为预定时间段内的灌溉次数，灌溉水量为预定时间段内的灌溉水量；控制器根据预测灌溉频率和预测灌溉水量，控制旋转喷头401对灌溉单元2实施灌溉；可选地，若所述预测灌溉水量大于零，则使所述灌溉机构4的所述旋转喷头401旋转至朝向所述灌溉单元2，并向所述灌溉单元2灌溉，至达到所述预测灌溉水量和所述预测灌溉频率。
在另一个实施例中，所述竖管上设置有流量计，用于控制灌溉水量；当流量达到预测灌溉水量，使阀门关闭，停止对灌溉单元2的灌溉。
本申请的实施例还提供了灌溉方法，使用上述各实施例的灌溉装置在灌溉区域1内灌溉；具体地，控制器获取土壤温度数据、土壤湿度数据、地表温度数据和地表湿度数据后，进行运算，估计整个灌溉单元2的土壤状态，当土壤状态不符合条件时，利用灌溉机构4的旋转喷头401旋转至朝向灌溉单元2，进行灌溉。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明灌溉装置及方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.灌溉装置，其特征在于，包括：
监测杆阵列，其包括多行多列设置在灌溉区域的监测杆，相邻四根所述监测杆在所述灌溉区域内围成一灌溉单元，所述监测杆位于地下的区域设置有第一温度传感器和第一湿度传感器，用于获取土壤温度数据和土壤湿度数据，所述监测杆位于地上的区域设置有第二温度传感器和第二湿度传感器，用于获取地表温度数据和地表湿度数据；
灌溉机构，其具有旋转喷头，用于向所述灌溉单元灌溉；
控制器，其用于获取相邻四根所述监测杆采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据，并判断所述灌溉单元是否需要灌溉，若需要灌溉，则控制所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，并向所述灌溉单元灌溉。
2.如权利要求1所述的灌溉装置，其特征在于，所述监测杆顶部设置有通信模块，所述通信模块用于将所述监测杆采集的所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据传输至所述控制器。
3.如权利要求1所述的灌溉装置，其特征在于，所述灌溉机构包括竖管和设置在所述竖管上端的旋转喷头，所述旋转喷头由电机驱动，用于使所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，所述竖管连接至水源，所述竖管上设置阀门。
4.如权利要求3所述的灌溉装置，其特征在于，所述控制器内存储有各所述监测杆的坐标，所述控制器内预存有各所述监测杆的位置信息，用于确定所述灌溉单元的位置。
5.如权利要求3所述的灌溉装置，其特征在于，所述控制器内预存有预测模型，所述控制器将所述土壤温度数据、所述土壤湿度数据、所述地表温度数据和所述地表湿度数据输入所述预测模型，输出预测灌溉频率和预测灌溉水量；
所述预测模型利用训练数据训练得到，所述训练数据采集自相同土壤的灌溉试验。
6.如权利要求5所述的灌溉装置，其特征在于，若所述预测灌溉水量大于零，则使所述灌溉机构的所述旋转喷头旋转至朝向所述灌溉单元，并向所述灌溉单元灌溉，至达到所述预测灌溉水量和所述预测灌溉频率。
7.如权利要求6所述的灌溉装置，其特征在于，所述旋转喷头上设置有流量计，用于控制灌溉水量。
8.灌溉方法，其特征在于，使用权利要求1～7任一所述的灌溉装置在灌溉区域内灌溉。
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