CN86103318A - 用于调度灌溉的***和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在有农作物地区调整灌溉的***和方法，是根据测量实际农作物在土壤水份不足时反应以便高效率的有效地灌溉。***和方法的特征在于具有多种传感器用以检测农作物冠温等有关农业区的多种参数，电子装置，用以有控制地接收来自传感器的传感器数据；以及根据作物实际水份胁强状态发出灌溉指令；一个与电子装置相连接的输出装置，输出灌溉指令以便控制农业区灌溉。***是便携式的，收集数据很方便，并立即对数据进行分析，需要时马上发出灌溉指令。

Description

本发明是关于生长诸如谷物或大豆等农作物的农业区的调度灌溉的***和方法。
在现代化灌溉的农业生产中，灌溉的有效调度是重要的。对于那些灌溉用水供应有限地区如何最大限度内提高区域产量的决定因素中这种调度尤其重要。即使是灌溉用水供应充足，也需要采用有效的灌溉调度，以得到能源和水源的最大使用效率。同时，可以避免诸如浸蚀和冲洗一类的由于超水量所带来的问题。
多少年来，在农业区的灌溉调度上所采用的是象以固定时间周期而定期灌溉这一类比较简单的方法。然而，这种生产无法确保不会由于过供水或是欠供水而使农作物受到损害。
致力于提供一种更为有效和高效率的灌溉调度，已淹设想了一些***和方法。它们是基于测量土壤含水量，温度湿度和水流量这一类物理性质。这类***采用一个或几个探头或传感器来测量那些物理性质。在某些***中是把探头或传感器连接到例如微处理机一类的电器或电子设备上，通过与给定的标准相比较来实现检测数据的分析。因此，例如当土壤中含水量低于规定的保证正生长的农作物的产量所需最少水平时，就可以通过这种***启动灌溉。
人们知道使用冠温概念来检测植物水份胁强的开始和持续时间已经若干年了。（Tanner，1963;Weigand与Namken，1966;Ehrler与van    Bavel，1967;Astin与Bavel，1972;Bartholic等人1972;以及Ehrler，1973）当作物叶子水份自由蒸发时，由于水份蒸发致冷的特性使得叶子的温度低于空气温度。在土壤含水量少时，植物吸入的水份不足，因为对流和热辐射不足以消耗热载荷，叶子的热载荷增加。结果在土壤水量少时，叶子的温度将接近并且常常超过空气温度。
一些研究者已经报道过应用冠/空气温差的理论概念来表述水份胁强对农作物产生的影响。这些概念之一是仅使用了冠/空气温差（Idso等人，1977），而另外一个还结合了水汽压亏数的概念（Idso等人，1981）。第三种概念基于叶子的能量平衡而加上了辐射载荷（Jackson等人1981）这三个概念分别取决于被称为胁强度日（SDD），水份胁强指数（WSD）和作物水份胁强指数（CWSI）。前两个指数是第三个指数的经验化简，而所有这三个指数是用在干燥地区。近期的研究（Keener和Kircher，1983）表明，在干燥环境中所有这三个指数都可以很好地表述由于水份胁强而引起的产量降低，而在湿润的环境中，只有第三个指数可以用来表述产量降低。
关于灌溉的调度方面，已建议SDD指数可被用于调度灌溉（Idso等人，1977）。另外，还有一些根据冠温调度灌溉而发展的技术。如同Slack等人（1981）报道的在半湿润地区应用冠温对玉米进行调度灌溉。根据最近论文报道（Slack等人，1983），研究了两种途径做为使用作物冠温/空气温度差来简化灌溉调度步骤，其中之一需采用一个手提式自动化仪器，包括一个红外温度计，一个净辐射计或者日射强度计，和一个干湿度计并与微计算机联接，用于采集和分析数据。
根据Clawson与Blad（1982）得出的结论冠温变化率可以做为玉米作物中植物水份胁强开始的信号，可是要较好地表示胁强的严重程度，可通过适当的水分基准曲线辐度之上平均冠温升高的数量。Geiser等人（1982）认为与采用支票簿法或电阻块法的灌溉调度相比，Slack等人（1981）的方法能够减少玉米地的供水量（而不降低产量）。
因而，有些已经采用冠温来调度灌溉，而另一些也间接地提到了冠温做为灌溉调度的手段的可能性。一般说来，依照冠温的灌溉调度，技术上是处于它的襁褓时期，同时正在要求更有效，实用，和高效率的***和方法来调度灌溉。
一些背景文献如下：
Aston，A.S.和van    Bavel，C.H.M.，1972《土壤表面水耗尽与叶子温度》。Agron.J.，64：368-373
Bartholic，J.F.，Namken，L.N.和Wegand，C.L.，1972《航空热扫描器测定土壤和在干旱胁强中作物冠差异的温度》Agron.J.，64：603-608
Clawson，K.L.和B.L.Blad，1982，《利用红外温度计调度农作物灌溉》Agron.J.，74：311-316
Ehrler，W.L.，1973《与土壤水耗尽和气象因素有关时的棉花叶温度》Agron.J.，65：404-409
Ehrler，W.L.，和van    Bavel，C.H.M.1967。《土壤水重量的变化对高梁叶的影响》Agron.J.，59：404-409
Geiser，K.M.，E.R.Allred和D.C.Slack，1982。《作物冠-空气温度差在灌溉调度上的应用》全部报告内容。明尼苏达农业工程大学报告文辑。（University    of    MinnesotaAgricultual    Engineering    report    Series。）
Idso，S·B·，Reginato，R·J·和Jackson，R·D·，1977《作物产量的遥感测量》Science，196：17-75。
Idso，S·B·，Reginato，R·J·，Hatfield，J·L·，Jackson，R·D·，和Pinter    P·J·，Jr·，1980《对适应于不同作物产量预测的胁强-日-度概念的通则》Agric，Meteorol.，21：205-211。
Jackson，R·D·，Idso，S·B·，Reginato，R·J·及Pinter，R·J·，Jr·，1981。《作为作物干旱胁强指示器的冠温》Water    Resour    Res·，17：1133-1138。
Keener，M·E·，和P·L·Kircher，1983。《使用冠温做为在湿润地区中干旱胁强的指示器》Agric.Meteor.28：339-349。
Slack，D.C.，Geiser，K.M.，Strange，K.W.，和Allred，E·R·，1981。《在半湿润地区中，用红外温度计的灌溉调度》ASAE灌溉调度会议学报1981年12月，美国农业工程学会st，Joseph，MI·PP·116-124。（Irrigation    Scheduling    for    Water    and    Enerhy    Conservation    in    the    8D′S.Proc·of    ASAE    Irrig.Scheduling    Conf.，Dec.1981    Am.Soc.Agric.Eng.st.Joseph，MI，PP.116-124）
Slack，D.C.与Werner，H·D·1983《使用冠-温度差的简化灌溉调度》ASAE论文83-2126。提交给夏季会议，美国农业工程学会，Bozeman，Montana，1983年6月。（ASAEPaper    83-2126。Presented    for    Summer    Meeting，American    Society    of    Agricultural    Engineers，Bozemen，Montana，June，1983）
Wiegand，C·L·与Namken，L·N·，1966。《植物潮湿胁强，太阻辐射和空气温度对棉花叶温度的影响》Agron    J·，58：582-586。
本发明所提供的是在农业区的调度灌溉方面使用的一种新颖的***和方法，它主要是根据测量实际农作物在土壤水份不足时的反应，以便达到高效率和有效灌溉。该***和方法具有的特点包括为，可立即做出需要灌溉的决定，操作简单，缩短了灌溉的调度时间而节省劳力，提高农作物产量，以及尽量减少过量灌溉以达到直接和间接地降低成本。
本发明的主要特点在于，对用于检测作物冠温和周围环境的传感器进行有控制的数据采集，对采集到的数据立即进行分析和推导，并输出灌溉指令，并按照灌溉控制农业区灌溉。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种便携式***装置，该装置易于携带和操作，数据采集极为方便，可以在需要时给操作人员提供一个灌溉指令，以便立即进行灌溉。根据本发明的另一方面，所提供装置是安装在田间的，并发出灌溉指令或命令以便对装有该装置的农田控制灌溉。然而通常***确定需要灌溉，并输出灌溉指令。
更具体说，根据本发明，正在生长作物的农业区调度灌溉所采用的***和方法的特征为，采用传感器来检测包括农作物冠温在内的与农业区有关的多种参数，由此作物水份胁强状态可以被确定，还产生分别代表检测参数的传感器数据;一些电子装置与传感器装置相连接，以便可控制地接收来自传感器的传感器数据，至少部份地根据由此得到的作物水份胁强状态的数据而发出灌溉指令;与电子装置相连接，一些输出装置用以输出这样的灌溉指令，根据这些指令控制农业区的灌溉。该输出装置可以包括一个直观显示器给***的操作人员提供说明要灌溉的信息，以便间接地执行灌溉。也可以选择一些由相应的控制电路构成的指挥装置，用以自动启动灌溉设备运转，来直接地执行灌溉。
此外，按照本发明，用于长有作物的农业区调度灌溉的一种便携式***装置，包括有一个机壳;由机壳携带着多种传感器，用以检测包括作物冠温在内的与农业区有关的各种参数，以此可以确定作物的水份胁强状态，并产生分别表示这些参数的传感器数据;一些安装在上述机壳内的电子装置，与多种传感器相连接，以便可以有控制地从多种传感器接收传感器数据，然后，至少部份地根据作物的水份胁强状态数据的测定，由此发出灌溉指令;一些由机壳携带着的输出装置，与电子装置相连接，用于输出灌溉指令，并按照灌溉指令控制农业区的灌溉。多种传感器包括一个红外温度计，最好是采用一个可调节长度的延伸杆，将其置于机壳之上。在延伸杆上端还可架上一个太阳辐射传感器来检测入射太阳辐射。多种传感器还包括一个温度和相对湿度传感器，它们被选择启动，最好是将它们安装在机壳内，并通过机壳上的一个门可有选择地将其暴露于外部环境状态中，当打开门时启动温度和湿度传感器来检测周围空气的温度和相对湿度。
为完成前述有关目的，本发明还包括有在下文全面叙述的特点，以及在权利要求中特别指出的特点，下面的叙述和附图详细的说明了本发明的实施例，而且，这里所表示的只是本发明可以采用的各式各样的方法中的几个。
在附图中：
图1是按照本发明的一个灌溉调度***的方块图。
图2是按照本发明的一个便携式***装置的透视图。
图3是按照本发明的便携式***装置示范使用的正视图。
图4A-4C是用按照本发明的***来实行的逻辑顺序流程图。
图5是按照本发明的其它灌溉调度***的实施例的方块图。
在图1中，可以看到根据本发明的灌溉调度***通常包括有一个多种传感器10，用以检测农业区或农田中正在生长的作物的冠温和周围状态。一个与传感器相连接的电子装置11，用于可控制地从这些传感器接收数据，然后分析这些数据，至少部份地依据作物水份胁强状态的测定来发出灌溉指令，以及一个输出装置12，根据该分析输出灌溉指令以供操作人员对所关心的农业区进行控制灌溉。更确切地说，该***包括一个作物冠温传感器13，一个太阳辐射传感器14，和一个空气温度/相对湿度传感器15。电子装置11包括一个数字装置16，最好是计算机。通过模拟-数字接口17，被连接到传感器13-15。作为与操作人员相联系的输入装置18，和输出装置12都与计算机16相连接。还备有电源例如电池20，做为***的供电部份。
依照最优实施例和实现本发明的最好方式，***各部份被组合成为一个便携式装置，并在图2中的24给予大概地表示。装置24包括有一个机壳25，而计算机16，模/数接口17，输入装置18，输出装置12，以及电池20被适当地安装在其内部。做为一台最优的实施例，机壳被密封起来以保护内部所安装的***组成部份，使其免受环境因素诸如下雨，灰尘的影响。
如图3所示，便携式装置24，采用了对机壳25可靠安装的背带或降落伞背带28，可使操作人员携带方便，以便操作人员可以至少腾出一只手来按动将在下面叙述的操作人员输入装置18的键盘。该装置可以如图示那样携带在操作人员的前面，或在其侧面。背带或降落伞背带最好是可以调整的，以便操作人员能把装置放在腰际的理想位置上。另外也可以采用其它方式以便方便而又容易携带装置24穿过所关心的农业区，这样可以在农业区的不同位置对作物冠温进行测量。
本发明的最优实施例中，操作人员输入装置18包括有安装在机壳25上面板31上的各种按键或按钮30。具体说，输入装置包括有一个清除键30a，一个冠温键30b，和一个空气温度/湿度键30C，还备有***开/关键32，和收音机键33。开/关键32是控制***的开和关，而收音机键33则是控制气象波段收音机的开和关，在图1中以34来表示。它也可以安装在机壳内，更好地包括在整个***中。
在机壳25的上面板31上还备有输出装置12，特别是当装置24在操作人员前面时便于观察，输出装置12最好是一个多线液晶显示器，适于连接到计算机16的显示输出口。由于液晶显示器重量轻，体积小，相对地功耗低，所以它的优点超过了阴极射线管的视频装置。
根据本发明的最优实施例，在机壳25内安装着空气/湿度传感器15，该传感器是一个干湿度计，以进行相对湿度测量，从而通过已知方式可计算水汽压力的不足。当然，这个传感器也可以直接提供环境温度的测量即干球温度。一个典型的干湿计是Vaisala    HMP    IIIA    Humicap干湿计。
干湿计15最好是安装在靠近机壳25的外面板处，如用35来表示的侧面板，备有一个门36以便选择地暴露干湿计于外部环境状态中。门36最好连带着一个开关，当门打开时，开关便启动干湿计，关闭门时，就切断干湿计。
便携装置24还包括一个延伸杆40，其下端固定在机壳25内。在延伸杆40的顶端为冠温传感器13和太阳辐射传感器14，备有一个牢固的支架41。延伸杆的目的是把冠温传感器和太阳辐射传感器提升到作物顶冠之上，也就是说，高于要灌溉的农业区中正在生长的作物。对于谷物使用来说，延伸杆应具有大约9英尺的长度，大多数情况下是以把冠温传感器和太阳辐射传感器置于已经成熟的各类作物之上，延伸杆的长度可通过加上或是去掉节段42，或者用延伸杆加以调节，从而使传感器在作物生长季节随着作物顶冠的高度增加，可以逐渐地提升其高度。
在图解的便携装置24中，作物冠温传感器13为红外（IR）温度计。红外温度计是为众所周知的技术，具有代表性的一种是Everst    Interscience    Inc.Agri-Therm红外温度计。红外温度计可固定在安装架41上，其观测线延伸与延伸杆40的纵向成大约60°到70°的角度。这样，当延伸杆处于垂直位置时，红外温度计与水平线成大约20°到30°这样一个所期望的角度朝下对准农作物。由于红外温度计所固有的方向性，在以下文叙述的方式进行作物冠温测量期间，红外温度计所观测到的仅仅是农作物，这一点是重要的。在农作物生长的旱期阶段，举例来说，作物冠温测量的进行有必要沿视线方向做斜到农田中的作物的行上。
太阳辐射传感器14可以是通常的日射强度计，例如Li-Cor    200S    日射强度计。日射强度计能固定在安装支架41的顶部对入射太阳辐射做非遮蔽测量。
延伸杆40最好是管状的，这样，安装在机壳25内的***的部件，特别是模/数接口17与红外温度计和日射强度计之间的连接线可以通过管内。当然，如果需要，电线也可以安装在其它地方。
再参考图1的***方块图，常规放大器电路46和47分别与红外温度计13及日射强度计14的输出相连接，放大器电路46和47最好安装在同一块印刷电路板48上并置于该传感器之处，如传感器的支架41里，以便把放大了的输出信号远距离传输到位于机壳25内的模/数接口17去。在板48上还可以备有一个电压调整器49，用来调整红外温度计和日射强度计的电源电压。
模/数接口17包括一个常规的多路选通器电路50，它有2个输入端分别与红外温度计13和日射强度计14的放大输出相连接。多路选通器电路另有2个输入端分别通过放大器电路51和52与干湿计15的相对湿度输出53和54相连接。如图直线56所示，多路选通器电路50被连接到一个常规模拟/数字转换电路55的模拟输入端。模/数电路55的数字输出又被接到一个常规的异步传输电路（UART）57。它通过一个RS-232串行接口58与计算机16相偶合起来。如图示那样，多路选通器电路50，放大器电路51和52，模/数电路55和异步传输电路57可以安装在位于机壳25中的同一块印刷电路板59上。
关于模/数接口17的工作过程，异步传输器57响应于一个由计算机16发出通过RS-232串行接口58所接收到的指令，给多路选通器电路50提供相应的地址信号，以选择传感器13-15中被输出到模/数电路55的放大输出信号。这样的信号是经由直线60来提供的。它有三条地址线，足以对多路选通器电路的四个输入端中的每个进行寻址。被选定的模拟信号再由模/数电路55转换为数字信号，由异步传输器经过串行接口，被串行地传输到计算机去。以这种方法计算机可以有控制地选择和接收来自传感器的任何一个和每一个传感器数据，该数据是代表检测参数的。
在图4A-4C中所示为完成本发明的目的而用于计算机16中的标准逻辑顺序或程序。计算机最好是微计算机，虽然其它一些控制和数据处理设备能够用来执行本发明的各种功能和性能。逻辑顺序或程序可以存入只读存储器（ROM）或者从一个程序输入装置70，诸如盒式录音机，输入到计算机的随机存取存储器（RAM）中去。此***的使用和逻辑顺序的执行最好是在每天下午大约2点到5点，因为此时作物的冠温一般将处于它的最高水平。
逻辑顺序或程序的功能通常为，控制来自传感器的数据采集，然后分析这些数据，进而输出象建议之类的灌溉指令，从采集的数据分析所得出的指令可由操作人员立即用做控制所关心的农田灌溉。此外，该程序还包括一个数据采集子程序，示于图4A中，一个示于图4B中的计算子程序，和示于图4C中的判定程序。
首先，参考图4A的程序框图。当位于装置24以上面板的开/关键32被按下而接通***时或是在装置工作期间按下清除键30a时，程序，更具体说是数据采集子程序被启动处于起始框74位置上。接着程序进行到输入/输出框75，它在液晶显示器12上显示一个信息，指示操作人员或是按下空气温度/湿度键30C，或是按下冠温键30b。这给操作人员一个选择，是在田内直接进行作物冠温测量，或是选择在农田之外首先进行湿度和空气温度的测量。
在操作人员已通过无论是按下空气温度/湿度键30C还是冠温键30b送进他的输入之后，程序继续进行到判定框78。如果按下的是空气温度/湿度键，程序继续进行到动作框79，接收来自干湿计15的湿度和空气温度数据。按其所选，显示出一个信息（在液晶显示器12上）指示操作人员走出所关心的农田，然后打开门36来测量环境状态。打开门36时，从干湿计获得相对湿度数据，并作为适当的变量存入计算机的存储器中。用已知方式由该数据可以计算出水汽压的不足。当这类数据被接收并存储后，程序继续进行到输入/输出框80，来进行作物冠温测量。
回到判定框78，如果已被按下的是冠温键30b，而不是空气温度/湿度键30c，程序立即进入分支83转移到输入/输出框80来进行作物冠温测量。在框80处，显示一个信息。指示给操作人员，当准备好在田里进行冠温测量时，按下冠温键。此时，操作人员携带装置将走到田间某一位置做为要进行第一次冠温测量的地点，再适当使红外温度计瞄准所观测的作物。当操作人员按下冠温键，可以从红外温度计获得冠温测量。
在冠温测量进行之后，程序继续进行到框85，在该处用辐射传感器14测量太阳辐射。第一次太阳辐射测量做为一个参考值而被存储起来，以便与以后的太阳辐射测量比较，以及用来对从传感器接收到，并已存入计算机存储器的已得到的数据做随后分析之用。然后程序继续进行到判定框86，在这里做一次检查，看看作物冠温测量表示的是否有效。举例来说，作物冠温测量可以通过检查以确定它的温度是否低于大约15℃或是高于大约40℃。作物冠温测量低于下限就表明红外温度计可能瞄准到天上去了，而测量高于上限就表明传感器可能观测的是土壤。如果冠温测是落在上下限之外，则程序通过分支转移到框80，以便重新进行作物冠温测量。
如果作物冠温在这样的极限之间，则说明是有效的，程序继续进行到判定框90，在此处做一次检查，以确定从第一次冠温测量进行以后太阳辐射是否有很大变化。如上指出的，以第一次太阳辐射测量做参考，做一次检查，看看刚进行的太阳辐射测量是否在参考值的大约25%以内。如果检查表明太阳辐射有很大变化，在框91处，一个信息被显示，提醒操作人员并通知他等待状态稳定之后（即将会有一个晴天或是阴天的持续期）再使机器复位。如果没有发生很大的变化，也就是此时太阳辐射测量在参考值的大约25%以内，程序继续进行到框92。由这次检查的结果，要用于分析这些冠温测量将都是在太阳辐射大体相同条件下进行的。对于第一次进行的冠温测量来说，太阳辐射测量当然与参考值相等，因为后者就是前者建立起来的。因而程序要继续进行到框92去。
在框92，为了以后的分析，冠温测量被存入计算机的存储器中，如果需要也可以存入任何一种数据存储装置，诸如盒式录音机。接着程序继续进行到框93，一个表示已经进行的冠温测量次数的计数器加一，然后在框94中做一次检查，看看是否达到冠温测量的预定次数，例如30次。如果需要增加一次或若干次冠温测量，程序将取逆迴路95返回框80来进行另外的冠温测量。程序将以这种方式循环，直至在田中不同地点所进行的冠温测量次数达到要求的次数。所进行的作物冠温测量次数达到要求的数值以后，程序就从框94继续进行到判定框98。在判定框98处做一次检查，看看是否进行过空气温度/湿度测量。如果没有，程序继续进行到框99，用上述方式来进行这种测量。如果先前已经进行过空气温度/湿度测量，程序直接进行到示于图4B中的计算子程序。
此处要注意，由计算子程序所完成的计算或分析，以及用来建议是否灌溉的判定子程序中使用的判定标准，由于作物的不同，以及也许由于地区的不同而有所不同。将要叙述的代表性的计算和判定标准仅仅是用于调度谷物的灌溉，可以理解，程序容易改变，对特定的作物和/或特定的地区采用不同的判定标准而执行不同的计算以得到满意的结果。然而，一般来讲，本发明注重的是基于作物水份胁强状态判定标准，它体现了下文讨论的作物胁强诸因素，可是对于特定判定标准的利用，则不属于本发明的范围。
在图4B中，框102处上述方式获得的冠温测量的平均和标准偏差在这里被计算出来。而框103-105计算出作物水份胁强的三个指数。方框103计算的是与上文提到的Idso（1977）论文中阐述的胁强度日指数有关的指数。此处用I1来表示这个指数，它是平均冠温与周围空气温度之差。即：
I1＝ Tc-Ta
式中 Tc是平均冠温，Ta为空气温度或由干湿计测出的干球温度。框104处计算的是上文提到的Idso等人（1981）论文中阐述的水份胁强指数。此处用I2表示该指数，它是根据下面方程式来计算的：
I2＝（I1-D2）/（D1-D2）
式中D1为在水份胁强状态下I1的近似最大值。D2是在良好水份的条件下的I1最小值。对于谷类作物，计算所得到的D1约为3的常数，而D2＝267-2059＊VPD式中VPD是水汽压亏数。在框105中计算出的第三个指数是上文提到Jackson等人（1981）论文阐述的作物水份胁强指数。这里用I3表示这个指数，该指数是第一个指数，水汽压亏数和太阳辐射的函数，由下面公式表示：
I3＝（I1-D4）/（D3-D4）
和D3= (raRn)/(ρcρ)
及D4= (raRn)/(ρcρ) * (γ)/(△+γ) - (VPD)/( △+γ)
式中ra等于作物的空气阻力，在没有风速传感器的情况下，可设为5.0，Rn＝0.79＊RAD式中RAD是太阳辐射传感器输出值，ρ是空气密度（1·287491-4·035152（10-3）＊Ta，Cp是空气热容量（1006.0），γ是湿度常数（64.54859+0.06472303＊Ta，△为饱和空气水汽压力曲线的斜率（44.869255+2.837391＊Ta+0.068165＊T2 a+1.937586（10-3）＊T3 a。关于ra，它是为输入实际风速数据而准备的。
现参考图4c，上述计算的结果再与一个预定值比较得出灌溉指令。在框110-114表示的标准是可以在谷物灌溉调度中成功使用的判据的一个典型。
在框110中做一次检查，如果I2大于0.2或是0.2左右的值就表示作物一般说来是水分胁强。如果I2高于这个值，程序继续进行到框115，在该处液晶显示器12上显示一个适当的灌溉指令。如果I2不大于此值，就说明作物一般不需要灌溉，程序继续进行到框111，在这里检查作物冠温的标准偏差（SDCT），如果它大于1.5或约为1.5的值，它就说明农田的局部地区的作物处于水份胁强状态。如果作物冠温的标准偏差高于这个值，程序转移到框116，而显示一个适当的灌溉指令，最好还加有说明，既作物一般不需要灌溉，但农田局部地区的作物处于水份胁强状态。
如果作物冠温标准偏差没有超过1.5，程序继续进行到框112，在该处做一次检查，如果I1的值大于-2.0或是-2.0左右。I1在作为水份胁强的决定因素上比I2的重要性要小，可是它进一步的保证作物将得到灌溉，即使I2指数表示不需要灌溉。如果这种判据从框112起得到满足，程序就转移到框117，在该处显示一个适当的灌溉指令，最好还有一个适当的限定条件以说明I2和作物冠温标准偏差判据表示不需要灌溉。给出的这个信息，操作人员就能做出一个是否灌溉的通知性的决定。
如果框112的判据没有满足，程序继续进行到框113，在该处检查平均冠温是否高于36℃或是36℃左右的值，这就意味着作物相当热，并必须得到热胁变。如果这种判据得到满足，程序转移到框118，在该处显示一个信息说明建议灌溉以降低作物的热胁强。
如果框113的判据没有得到满足，程序继续进行到框114，在此处检查I3是否高于0.06或者是0.06左右的值。如果框114的判据得到满足，程序转移到框119去，以便显示一个灌溉指令，最好附带一个信息说明所有其它判定式没有表明需要灌溉。如果框114的判据没有得到满足，程序继续进行到方框120，在此处显示一个信息说明作物不需要灌溉。
将会意识到，根据本发明的上述***和方法，可以非常方便的采集农作物水份胁强数据，然后立即分析这些数据，并由此数据得出灌溉指令，并按照这些指令控制农业区灌溉。这些灌溉指令可以附带适当的限定标记，使操作人员可以做出是否灌溉的最终的通知性决定。当然操作人员做出最终决定时会考虑其它一些因素，例如预报中的是否下雨，按下收音机键33就可以方便地得到当时的天气预报。另一方面，如果需要，当指令灌溉时，操作人员可以单独依靠***输出的灌溉指令，启动基本上自动化的灌溉设备。
现在参考图5，说明本发明的另外一种灌溉***的实施例。如同上述***一样，图5***包括一个冠温传感器130，一个太阳辐射传感器131和一个空气温度/相对湿度传感器132。这些传感器130-132经过一个模拟-数字接口133连接到一个诸如计算机134的数字设备上去。还提供一个电源，例如电池135做为***的电源部份，以及一个实时钟136。
冠温传感器130最好是一个红外温度计，如同上面提到的例子。红外温度计安装在一个被升高的支座139上，最好是设置在所关心的农田中央或其附近。以及一个由马达转动和倾斜的装置140，用以控制红外温度计的水平和方位角。被升高的支座可以是一个把红外温度计置于作物冠之上有足够高的平台。如果农业区用中心旋转喷水***141来灌溉，红外温度计最好是安装在中心旋转结构的顶部。其它传感器可以装在平台上或是中心旋转结构上，并且与***其它部份一样放在一个周围密封的机壳内，以防周围环境的影响。机壳还应当具有一个避雷装置。
这个***最优工作过程如下，在每天预定的时间，例如下午3点，实时钟136启动计算机134，依照其内部的程序从传感器132获取温度和湿度测量数据。然后计算机启动装置140，控制红外温度计130的水平和方位角，随着红外温度计扫描一周，便可以在农田各个不同位置上获得冠温测量数据。
对于每次冠温测量可做一次检查，以确定是否有效，也就是说是否在大约15℃到40℃之间。如果超出这个范围，此冠温测量便被去掉。每次进行冠温测量时还要用辐射传感器131来测量太阳辐射，并把第一次进行的太阳辐射测量作为参考值存储起来。每进行一次冠温测量，就可以做一次检查来确定从第一次进行冠温测量以来太阳辐射是否发生明显变化。如果检查表明太阳辐射发生明显变化，例如此时太阳辐射测量值超出参考值大约25%，数据采集过程就要从新开始。否则，上述过程就连续进行直到例如红外温度计130从数据采集时起，或是由于太阳辐射发生明显变化而重新开始起，完整地扫描一周为止。
任何一种合适的装置都可以被用来执行上述计算机控制下的数据自动采集。
当计算机134已经完成从传感器130-132自动采集数据之后，就依靠上述的计算与判定子程序（图4B和4C）来处理这些数据，以获得有关灌溉的建议。如果指示出要灌溉，计算机可以输出一个适当的命令信号自动启动农业区中使用的灌溉***141，并使其在一个预定的时间内运行，或者是用另一个实测方式由计算机根据从传感器获得的测量数据的函数所确定的作物水分胁强的严重程度而决定的时间内进行灌溉。
也可以选择由计算机输出一个相应的指令给操作人员，诸如警铃，它可以与计算机连接的液晶显示器上的信息结合使用。计算机还可以带有一个通讯装置146，用以把灌溉指令传送到一个设置在例如灌溉控制站上的遥控接收装置147，在那里可以由农民来启动灌溉***。如果需要，所采集的数据可以存储和/或传输，以便进一步加以分析。
尽管本发明是用最优实施例来表示和说明的，显然，对于阅读并了解这个详细说明的那些本技术领域的专业人员可做出一些修改和变型。本发明包括了所有这些等效的修改和变型，并且仅限定于下面权利要求的范围内。

Claims (24)

1、一种用于正在生长农作物的农业区的调度灌溉，其特征包括：
一些传感器装置，用以检测包括作物冠温在内的与农业区有关的多种参数，由此可以确定作物水份胁强状态，并产生分别表示这些参数特性的传感器数据；
一些电子装置，与上述传感器装置相连接，用以可控制地接收来自上述传感器装置的传感器数据，并且至少部份地依据作物水份胁强状态数据的确定而获得灌溉指令；
一些输出装置，与上述电子装置相连接，用以输出灌溉指令，并按照灌溉指令对农业区进行控制灌溉。
2、如权利要求1所述的一个***，其中上述传感器装置包括一个用来测定作物冠温的红外温度计。
3、如权利要求2所述的一个***，其中上述传感器装置另外还包括一些用于测定相对湿度的装置。
4、如权利要求3所述的一个***，其中上述传感器装置还包括一些用于测定入射太阳辐射的装置。
5、如权利要求2所述的一个***，其中上述传感器装置还包括一些用于测定入射太阳辐射的装置。
6、如权利要求1所述的一个***，其中所述电子装置包括一台可编程序计算机，用以按照预定的判断标准分析传感器数据，获得给正在生长的作物灌溉的指令。
7、如权利要求1所述的一个***，还包括一些供操作人员输入的装置，与上述电子装置相连接，用以有选择控制接收上述传感器装置的传感器数据。
8、如权利要求7所述的一个***，其中所述传感器装置包括一个红外温度计用以检测作物冠温，并且上述电子装置包括一些装置，可以响应上述操作人员输入装置的一个输入，以便有效的接收上述红外温度计的冠温测量。
9、如权利要求8所述的一个***，其中所述传感器装置还包括用以检测入射太阳辐射的太阳辐射传感器，以及上述电子装置还包括对于每一次冠温测量而有效的进行太阳辐射测量接收装置，并把这些太阳辐射测量与一个参考值相比较，以确定这些测量是否在参考值的指定范围之内，如果太阳辐射测量超过指定范围，就去掉相应的冠温测量。
10、如权利要求1所述的一个***，其中上述输出装置包括一些用于直观显示灌溉指令的装置。
11、如权利要求1所述的一个***，其中上述输出装置包括一些用于根据灌溉指令在农业区中自动控制灌溉设备的装置。
12、一种用于正在生长作物的农业区的调度灌溉的便携式***装置，其特征包括：
一个机壳;
上述机壳载有多种传感器，用以检测包括作物冠温在内的分别与农业区有关的参数，由此可以确定作物水份胁强状态，并分别产生表示这些参数特性的传感器数据;
在上述机壳内安装有一些电子装置，与上述多种传感器相连接，用于可控制地接收来自上述多种传感器的传感器数据，并且至少部份地依靠作物水份胁强状态数据的确定来获得灌溉指令;
上述机壳装有输出装置，与上述电子装置相连接，用以输出灌溉指令，并根据该指令对农业区进行控制灌溉。
13、如权利要求12所述的一个装置，其中上述多种传感器包括一个用于检测冠温的红外温度计。
14、如权利要求13所述的一个装置，还包括一个延伸杆，其下端安装在上述机壳上，其顶端支撑着上述红外温度计并使其比上述机壳处于比较高的位置上。
15、如权利要求14所述的一个装置，其中上述延伸杆长度可以调节。
16、如权利要求14所述的一个装置，进一步包括一些背带装置，使操作人员能携带上述机壳。
17、如权利要求14所述的一个装置，其中上述多种传感器还包括装在上述延伸杆顶端的太阳辐射传感器装置用以检测入射太阳辐射。
18、如权利要求12所述的一个装置，其中上述多种传感器包括温度和湿度传感器装置，用以检测周围空气温度和相对湿度。
19、如权利要求18所述的一个装置，其中上述温度湿度传感器装置安装在上述机壳内，上述机壳包括一个门装置，上述门装置打开时，可以把上述温度湿度传感器暴露在外部环境状态中。
20、如权利要求19所述的一个装置，还包括一些由上述门操作的开关装置，以便在门打开时启动上述温度和湿度传感器装置。
21、如权利要求12所述的一个装置，其中上述输出装置包括用于直观显示灌溉指令的装置。
22、如权利要求12所述的一个装置，还包括与上述电子装置相连接的操作人员输入装置，用于有选择地控制接收上述多种传感器的检测数据。
23、如权利要求12所述的一种装置，其中上述电子装置包括一台可编程序计算机，用于按照预定的判定标准分析传感器数据，并获得对生长的作物灌溉的指令。
24、一种用于正在生长农作物的农业区调度灌溉的方法，其特点包括下述步骤：
采用多种传感器来检测与农业区有关的不同的多种参数，包括农业区中大量不同位置的作物冠温，由此可以确定作物水份胁强状态，并产生表示检测参数的传感器数据;
采用一个连接在传感器上的电子装置，可控制接收来自那些传感器的传感器数据，从接收到的这些传感器数据，至少部份地依据作物水份胁强状态的测定来获得灌溉指令;
进而根据与电子装置相连的输出装置所输出的灌溉指令对农业区进行控制灌溉。
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