本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及生態(tài)灌區(qū)智能高效管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：灌區(qū)一般是指有可靠水源和引、輸、配水渠道系統(tǒng)和相應(yīng)排水溝道的灌溉面積，是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的產(chǎn)物，隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)展。灌區(qū)是一個(gè)半人工的生態(tài)系統(tǒng)，它是依靠自然環(huán)境提供的光、熱、土壤資源，加上人為選擇的作物和安排的作物種植比例等人工調(diào)控手段而組成的一個(gè)具有很強(qiáng)的社會(huì)性質(zhì)的開放式生態(tài)系統(tǒng)。灌區(qū)由于面積大、灌排水建筑物分布具有差異性、地勢高低不一、作物類型多樣等特點(diǎn)，造成了同一時(shí)間不同區(qū)域水肥狀況可能存在較大的差異，這使得以定期巡查、灌水、施肥方式為主的人工管理模式耗費(fèi)大量的人力，不能實(shí)現(xiàn)及時(shí)地按需供水施肥。此外不具備預(yù)見性的灌水、施肥，不利于減少因降水產(chǎn)生的田間排水，容易出現(xiàn)水田灌水后無法儲蓄降雨，對外排水帶走大量水、肥、藥的現(xiàn)象，造成面源污染。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明正是針對以上技術(shù)問題，提供一種效益良好、運(yùn)行可靠的生態(tài)灌區(qū)智能高效管理系統(tǒng)。本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。生態(tài)灌區(qū)智能高效管理系統(tǒng)，包括中心計(jì)算機(jī)、操作員，所述中心計(jì)算機(jī)部署在灌區(qū)管理中心，所述操作員通過智能人機(jī)交互系統(tǒng)對中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并在所述中心計(jì)算機(jī)上運(yùn)行基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的作物需水量預(yù)測程序、基于作物冠層紅外圖像的水分虧缺診斷系統(tǒng)、基于作物冠層可見光圖像的氮素虧缺診斷系統(tǒng)，所述中心計(jì)算機(jī)接受到來自水位/水分傳感器、水質(zhì)監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，然后通過所述中心計(jì)算機(jī)上運(yùn)行基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的作物需水量（et）預(yù)測程序、基于作物冠層紅外圖像的水分虧缺診斷系統(tǒng)、基于作物冠層可見光圖像的氮素虧缺診斷系統(tǒng)運(yùn)算，得出作物需水量、作物需肥量，從而合理安排灌排水系統(tǒng)運(yùn)行步驟及投肥量，所述水位/水分傳感器安裝在田間，所述水質(zhì)監(jiān)測儀安裝在生態(tài)排水溝首末端。灌排水系統(tǒng)包括灌排水泵站、灌排水閘門、灌排水閥門。所述中心計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的基于天氣預(yù)報(bào)的作物需水量（et）預(yù)測程序中的天氣預(yù)報(bào)信息從網(wǎng)絡(luò)天氣預(yù)報(bào)api接口自動(dòng)導(dǎo)入并參與計(jì)算。所述水位/水分傳感器、水質(zhì)監(jiān)測儀與中心計(jì)算機(jī)之間采用無線傳輸方式。所述中心計(jì)算機(jī)上水分虧缺診斷系統(tǒng)對作物冠層紅外圖像的獲取、氮素虧缺診斷系統(tǒng)對作物冠層可見光圖像的獲取均可采用無人機(jī)或高空氣球平臺拍攝，也可采用智能手機(jī)拍攝，并經(jīng)軟件處理后與計(jì)算機(jī)共享數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的基于天氣預(yù)報(bào)的作物需水量（et）預(yù)測程序、水分虧缺診斷系統(tǒng)、氮素虧缺診斷系統(tǒng)以長期種植經(jīng)驗(yàn)得出的作物全生育期最適逐日田間水肥量范圍為灌溉保障目標(biāo)。所述計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的作物需水量（et）預(yù)測程序中的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)天氣預(yù)報(bào)api接口自動(dòng)導(dǎo)入并參與計(jì)算，其算法為采用天氣預(yù)報(bào)的信息代入修正的hargreaves方法、簡化彭曼法、智能算法、時(shí)間序列法等模型，計(jì)算得到參考作物蒸發(fā)蒸騰量（et0）,根據(jù)et0乘以指定作物的作物系數(shù)（kc），最終得到作物需水量（et）。本發(fā)明通過利用監(jiān)測田間水位、土壤水分傳感器以及基于作物冠層紅外圖像的水分虧缺診斷技術(shù)，獲取田間水分實(shí)時(shí)狀況，結(jié)合具有預(yù)見性的作物需水量、降水量、田間滲漏量等參數(shù)，以長期觀測得到的作物全生育期逐日最優(yōu)田間水量范圍為灌溉目標(biāo)，控制灌水量，使田間水量落在最優(yōu)田間水量范圍的同時(shí)，盡量保持在較低水平，騰出較大的田間容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水資源，還通過基于作物冠層可見光圖像的氮素虧缺診斷系統(tǒng)，可迅速分析得出拍攝區(qū)域內(nèi)作物氮素虧缺狀況，并根據(jù)虧缺程度進(jìn)行適當(dāng)施用氮肥。通過上述節(jié)水技術(shù)與合理的施肥管理，減少田間排水造成面源污染，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)省、減排的水肥管理模式。而對于無法蓄存的過量降水造成的田間排水，采取生態(tài)排水溝的工程措施，在排水溝中種植多種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生蔬菜，投放有效凈水微生物，使其相互組合，凈化農(nóng)田排出的富含化肥與農(nóng)藥的水體，通過排水溝首末的水質(zhì)監(jiān)測儀對生態(tài)排水溝的作用進(jìn)行檢測。附圖說明附圖中，圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，其中：1—中心計(jì)算機(jī)，2—水位/水分傳感器，3—水質(zhì)監(jiān)測儀，4—灌排水系統(tǒng)，5—作物需水量（et）預(yù)測程序，6—天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，7—水分虧缺診斷系統(tǒng)，8—作物冠層紅外圖像，9—氮素虧缺診斷系統(tǒng)，10—作物冠層可見光圖像，11—智能人機(jī)交互系統(tǒng)，12—操作員。具體實(shí)施方式下面根據(jù)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。生態(tài)灌區(qū)智能高效管理系統(tǒng)，包括中心計(jì)算機(jī)1、操作員12，所述中心計(jì)算機(jī)1部署在灌區(qū)管理中心，所述操作員12通過智能人機(jī)交互系統(tǒng)11對中心計(jì)算機(jī)1進(jìn)行控制，并在所述中心計(jì)算機(jī)1上運(yùn)行基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6的作物需水量預(yù)測程序5、基于作物冠層紅外圖像8的水分虧缺診斷系統(tǒng)7、基于作物冠層可見光圖像10的氮素虧缺診斷系統(tǒng)9，所述中心計(jì)算機(jī)1接受到來自水位/水分傳感器2、水質(zhì)監(jiān)測儀3的數(shù)據(jù)，然后通過所述中心計(jì)算機(jī)1上運(yùn)行基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6的作物需水量（et）預(yù)測程序5、基于作物冠層紅外圖像8的水分虧缺診斷系統(tǒng)7、基于作物冠層可見光圖像10的氮素虧缺診斷系統(tǒng)9運(yùn)算，得出作物需水量、作物需肥量，從而合理安排灌排水系統(tǒng)4運(yùn)行步驟及投肥量，所述水位/水分傳感器2安裝在田間，所述水質(zhì)監(jiān)測儀3安裝在生態(tài)排水溝首末端。所述灌排水系統(tǒng)4包括灌排水泵站、灌排水閘門、灌排水閥門。所述中心計(jì)算機(jī)1上運(yùn)行的基于天氣預(yù)報(bào)的作物需水量（et）預(yù)測程序5中的天氣預(yù)報(bào)信息從網(wǎng)絡(luò)天氣預(yù)報(bào)api接口自動(dòng)導(dǎo)入并參與計(jì)算。所述水位/水分傳感器2、水質(zhì)監(jiān)測儀3與中心計(jì)算機(jī)1之間采用無線傳輸方式。所述中心計(jì)算機(jī)1上水分虧缺診斷系統(tǒng)7對作物冠層紅外圖像8的獲取、氮素虧缺診斷系統(tǒng)9對作物冠層可見光圖像10的獲取均可采用無人機(jī)或高空氣球平臺拍攝，并將圖片處理得到的水、氮虧缺診斷成果在灌區(qū)地形圖上顯示，當(dāng)灌區(qū)面積較小時(shí)，采用智能手機(jī)拍攝，并用手機(jī)上安裝軟件進(jìn)行處理，再與中心計(jì)算機(jī)1共享數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的基于天氣預(yù)報(bào)的作物需水量（et）預(yù)測程序5、水分虧缺診斷系統(tǒng)7、氮素虧缺診斷系統(tǒng)9以長期種植經(jīng)驗(yàn)得出的作物全生育期最適逐日田間水肥量范圍為灌溉保障目標(biāo)。所述計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的作物需水量（et）預(yù)測程序5中的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6從網(wǎng)絡(luò)天氣預(yù)報(bào)api接口自動(dòng)導(dǎo)入并參與計(jì)算，其算法為采用天氣預(yù)報(bào)的信息代入修正的hargreaves方法、簡化彭曼法、智能算法、時(shí)間序列法等模型，計(jì)算得到參考作物蒸發(fā)蒸騰量（et0）,根據(jù)et0乘以指定作物的作物系數(shù)（kc），最終得到作物需水量（et）。實(shí)施例1：根據(jù)作物長期種植經(jīng)驗(yàn)，能提供其全生育期內(nèi)的最優(yōu)逐日田間水層（或土壤含水率）范圍，或根據(jù)一些作物生理現(xiàn)狀監(jiān)測手段，能預(yù)測未來一段時(shí)間作物的逐日需水量?；谔鞖忸A(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6的作物需水量預(yù)測能推算未來5到15天（具體天數(shù)取決于天氣預(yù)報(bào)預(yù)測天數(shù)）內(nèi)灌區(qū)通過作物蒸騰與棵間蒸發(fā)損失的水量，天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6同時(shí)包含了對降水量的預(yù)測，而田間滲漏量可以通過田間水位（水分）進(jìn)行推測，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出。將作物的最優(yōu)逐日田間水層（或土壤含水率）范圍作為保障目標(biāo)，利用監(jiān)測田間的水位\水分傳感器2以及基于作物冠層紅外圖像8的水分虧缺診斷系統(tǒng)7，獲取田間水分實(shí)時(shí)狀況，結(jié)合具有預(yù)見性的參考作物需水量、降水量、田間滲漏量等參數(shù)，以長期觀測得到的作物全生育期逐日最優(yōu)田間水量范圍為灌溉目標(biāo)，控制人工灌水量，使田間水量落在最優(yōu)田間水量范圍的同時(shí)，盡量保持在較低水平，騰出較大的田間容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水資源，減少田間排水造成面源污染，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)省、減排的水肥管理。例1：水稻某生育階段最適田間水深是0-60mm范圍，目前田間水位30mm，水深低于10mm就開始灌水，常規(guī)灌溉管理方式是田間水位低于10mm開始定額灌溉30mm。下面通過15天的高效智能灌溉方式與常規(guī)灌溉方式進(jìn)行比較。其中初識水層為當(dāng)日早晨水位傳感器22觀測水位，單位mm；每日滲漏量為以往長期觀測得出，單位mm；作物需水量（et）通過運(yùn)行在中心計(jì)算機(jī)11上的的基于天氣預(yù)報(bào)的參考作物需水量預(yù)測軟件計(jì)算得出，單位mm；降雨量來源于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6，單位mm；灌溉量、排水量分別為第二天開始前灌水與排水總量，單位mm。表1高效智能灌溉方式最適水深（mm）日序數(shù)初始水層（mm）每日滲漏（mm）et（mm）未來降水（mm）灌溉量（mm）排水量（mm）0-60130660000-60218650000-60376402000-60417630000-60586401500-60613660000-60716340000-60832660000-60920670000-601076540000-6011366230000-601258640000-601348650000-601437630000-60152866000表2常規(guī)灌溉方式最適水深（mm）日序數(shù)初始水層（mm）每日滲漏（mm）etc（mm）未來降水（mm）灌溉量（mm）排水量（mm）0-60130660000-60218650000-60376403000-60427630000-60518640000-60686603000-607266340000-60857660000-60945670000-6010326540000-6011616230010-6012826400220-601350650000-601439630000-60153066000通過比較，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所述生態(tài)灌區(qū)智能高效管理系統(tǒng)的灌溉方式可以對未來15天內(nèi)田間水量進(jìn)行推算，并制定灌水量較少、充分利用天然降雨的灌溉指導(dǎo)，使灌水量為35mm，排水量為0mm；而常規(guī)灌溉方式只能根據(jù)判斷當(dāng)日田間水狀況決定是否灌溉，容易產(chǎn)生灌水后立即降雨的現(xiàn)象，導(dǎo)致增加了灌溉量，田間還產(chǎn)生排水，使灌水量增加至60mm，排水量增加至23mm。對于無法控制的降水，如降水量超過田間最大蓄水量的情況，為了保障植物的正常生長，則必須進(jìn)行排水，通過生態(tài)排水溝的凈化處理，可通過生態(tài)溝首末的水質(zhì)檢測儀3監(jiān)控凈化效果。中心計(jì)算機(jī)1每天初始自動(dòng)使用水位/水分傳感器2讀取以此田間水分狀況，并自動(dòng)獲取天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)6逐日預(yù)測未來15天et、降水量、滲漏量，并根據(jù)操作員12預(yù)置的作物最優(yōu)田間水分范圍，預(yù)估逐日灌溉量與排水量，展示給操作員12。操作員12可設(shè)置為托管模式，則灌排控制由中心計(jì)算機(jī)1自行完成；操作員12可設(shè)置為手動(dòng)模式，則按操作員12規(guī)定的量進(jìn)行灌排，中心計(jì)算機(jī)1根據(jù)操作員12手動(dòng)灌排量重新更新第二日基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12