灌溉时机和灌溉量的确定方法及装置

摘要

本发明实施例提供了一种灌溉时机和灌溉量的确定方法及装置，其中，该方法包括：根据待灌溉区域的过去预设时间段内的气象数据和未来预设时间段内的气象数据，计算所述待灌溉区域的作物蒸散量；连续测量所述待灌溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤实际含水量的变化量计算所述待灌溉区域的水量消耗；结合所述待灌溉区域的作物蒸散量和所述待灌溉区域的水量消耗，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。该方法将用于大范围决策的蒸散量法与用于小范围决策的土壤水分法有效的结合在一起可以用于对大范围的开放式农田、草地和林木进行灌溉决策，且可以提高灌溉决策的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及灌溉技术领域，特别涉及一种灌溉时机和灌溉量的确定方法及装置。

背景技术

现有技术中，对于灌溉主要有两种决策理论体系：第一种是基于水量平衡方程和 蒸散量的水分散失法，该方法的实质是基于作物生长区一段时间内的历史气象数据来 运算作物蒸散量(或称为蒸散速率)，根据该作物蒸散量确定灌溉方案，但是，该作 物蒸散量是基于气象数据运算得到的，由于气象数据本身存在不确定性，且对于得到 的作物蒸散量没有验证方法，使得作物蒸散量的不确定性会影响灌溉方案的准确度； 第二种是基于实测土壤水分的墒情法，该方法的实质是采用实验或仪器测量的方式测 得土壤中的实际含水量，根据作物生长需水规律和测得的土壤实际含水量，计算得到 本阶段需要灌溉的水量，但是，由于是基于实验或仪器测量方式得到土壤的实际含水 量，实验或仪器测量不适合多点进行，测得的土壤实际含水量仅能代表局部土壤，不 能代表大范围土壤的实际含水量，因此，如果用该方法来确定大田的灌溉方案会存在 准确度问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种灌溉时机和灌溉量的确定方法，以提高大范围农田的灌 溉方案的准确度。该方法包括：根据待灌溉区域的过去预设时间段内的气象数据和未 来预设时间段内的气象数据，计算所述待灌溉区域的作物蒸散量；连续测量所述待灌 溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤实际含水量的变化量计算所述待灌溉区域的 水量消耗；结合所述待灌溉区域的作物蒸散量和所述待灌溉区域的水量消耗，确定所 述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，结合所述待灌溉区域的作物蒸散量和所述待灌溉区域的水量消 耗，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量，包括：根据所述待灌溉区域的作物蒸 散量得到所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线，所述第一相对含水量曲线的横 坐标是时间，纵坐标是由作物蒸散量转换得到的土壤相对含水量；根据所述待灌溉区 域的水量消耗得到所述待灌溉区域土壤的第二相对含水量曲线，所述第二相对含水量 曲线的横坐标是时间，纵坐标是由水量消耗转换得到的土壤相对含水量；根据所述待 灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，确定所述待灌溉区域的 灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含 水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量，包括：根据所述待灌溉区域土 壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，获得所述待灌溉区域的新的相对含 水量曲线，其中，所述新的相对含水量曲线与所述第一相对含水量曲线和所述第二相 对含水量曲线符合以下关系式：Z^q＝K+aX^m+bYⁿ，其中，Z是所述新的相对含水 量曲线，X是所述第一相对含水量曲线，Y是所述第二相对含水量曲线，a、b、m、 n、q和k均是根据X和Y之间的偏差量、X和Y曲线上的数值以及X和Y曲线的变 化率确定的数值；根据所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线，确定所述待灌溉区域 的灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含 水量曲线，获得所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线，包括：用第一相对含水量曲 线上每个时间点的相对含水量数值减去第二相对含水量曲线上对应时间点的相对含 水量数值得到差值；针对每个时间点，在得到差值的绝对值大于预设值时，将第一相 对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数值确定为该时间点的相对含水量数值，在 得到差值的绝对值小于等于预设值时，将第一相对含水量曲线上对应时间点的相对含 水量数值与第二相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数值的平均值确定为该 时间点的相对含水量数值，得到所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线。

在一个实施例中，连续测量所述待灌溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤实 际含水量的变化量计算所述待灌溉区域的水量消耗，包括：对所述待灌溉区域的一块 生长有作物的土体进行多次测量，测得所述土体的土壤实际含水量；根据多次测得所 述土体的土壤实际含水量的变化量，确定所述待灌溉区域的水量消耗。

本发明实施例还提供了一种灌溉时机和灌溉量的确定装置，以提高大范围农田的 灌溉方案的准确度。该装置包括：第一计算模块，用于根据待灌溉区域的过去预设时 间段内的气象数据和未来预设时间段内的气象数据，计算所述待灌溉区域的作物蒸散 量；第二计算模块，用于连续测量所述待灌溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤 实际含水量的变化量计算所述待灌溉区域的水量消耗；确定模块，用于结合所述待灌 溉区域的作物蒸散量和所述待灌溉区域的水量消耗，确定所述待灌溉区域的灌水时机 和灌水量。

在一个实施例中，所述确定模块，包括：第一曲线确定单元，用于根据所述待灌 溉区域的作物蒸散量得到所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线，所述第一相对 含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由作物蒸散量转换得到的土壤相对含水量；第 二曲线确定单元，用于根据所述待灌溉区域的水量消耗得到所述待灌溉区域土壤的第 二相对含水量曲线，所述第二相对含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由水量消耗 转换得到的土壤相对含水量；灌溉方案确定单元，用于根据所述待灌溉区域土壤的第 一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水 量。

在一个实施例中，所述灌溉方案确定单元，包括：曲线确定子单元，用于根据所 述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，获得所述待灌溉区 域的新的相对含水量曲线，其中，所述新的相对含水量曲线与所述第一相对含水量曲 线和所述第二相对含水量曲线符合以下关系式：Z^q＝K+aX^m+bYⁿ，其中，Z是所 述新的相对含水量曲线，X是所述第一相对含水量曲线，Y是所述第二相对含水量曲 线，a、b、m、n、q和k均是根据X和Y之间的偏差量、X和Y曲线上的数值以 及X和Y曲线的变化率确定的数值；灌溉方案确定子单元，用于根据所述待灌溉区域 的新的相对含水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，所述灌溉方案确定单元，还包括：比较子单元，用于用第一相 对含水量曲线上每个时间点的相对含水量数值减去第二相对含水量曲线上对应时间 点的相对含水量数值得到差值；所述曲线确定子单元，还用于针对每个时间点，在得 到差值的绝对值大于预设值时，将第一相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数 值确定为该时间点的相对含水量数值，在得到差值的绝对值小于等于预设值时，将第 一相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数值与第二相对含水量曲线上对应时 间点的相对含水量数值的平均值确定为该时间点的相对含水量数值，得到所述待灌溉 区域的新的相对含水量曲线。

在一个实施例中，所述第二计算模块，包括：测量设备，用于对所述待灌溉区域 的一块生长有作物的土体进行多次测量，测得所述土体的土壤实际含水量；计算设备， 用于根据多次测得所述土体的土壤实际含水量的变化量，确定所述待灌溉区域的水量 消耗。

在本发明实施例中，通过结合根据气象数据计算的待灌溉区域的作物蒸散量和测 量得到的待灌溉区域的水量消耗，来确定待灌溉区域的灌水时机和灌水量，由于根据 气象数据计算的作物蒸散量适用的范围大，测量得到的水量消耗虽然适用范围小，但 是数据准确，因此，通过结合作物蒸散量和水量消耗，该方法可以用于确定大范围农 田、草地和林木等的灌溉方案(例如，灌溉时机和灌溉量等)，且可以提高灌溉方案 的准确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种灌溉时机和灌溉量的确定方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种灌溉时机和灌溉量的确定装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图， 对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种灌溉方案的确定方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：根据待灌溉区域的过去预设时间段内的气象数据(即过去一段时间内 的历史气象数据)和未来预设时间段内的气象数据(即未来一段时间内的预报气象数 据)，计算所述待灌溉区域的作物蒸散量(例如，该作物蒸散量可以是每小时作物蒸 散量、每日作物蒸散量或每月作物蒸散量)；

步骤102：连续测量所述待灌溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤实际含水 量的变化量计算所述待灌溉区域的水量消耗(例如，该水量消耗可以是每小时水量消 耗、每日水量消耗或每月水量消耗)；

步骤103：结合所述待灌溉区域的作物蒸散量和所述待灌溉区域的水量消耗，确 定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。

由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，通过结合根据气象数据计算的待灌 溉区域的作物蒸散量和测量得到的待灌溉区域的水量消耗，来确定待灌溉区域的灌水 时机和灌水量，由于根据气象数据计算的作物蒸散量适用的范围大，测量得到的水量 消耗虽然适用范围小，但是数据准确，因此，通过结合作物蒸散量和水量消耗，该方 法可以用于确定大范围农田、草地和林木的灌溉方案(例如，灌溉时机和灌溉量等)， 且可以提高灌溉方案的准确度。

具体实施时，上述待灌溉区域可以是大范围的农田、草地和林木等，可以采用国 际粮农组织发布的彭曼法来根据气象数据计算待灌溉区域的作物蒸散量，具体的，气 象数据可以是最高温度、最低温度、相对湿度、日照强度、风速、风向、地理位置、 海拔高度等数据，上述待灌溉区域的作物蒸散量的计算可以采用云服务进行计算，以 提高计算效率。

具体实施时，可以通过以下方法得到待灌溉区域的水量消耗，例如，连续测量所 述待灌溉区域的土壤实际含水量，根据所述土壤实际含水量的变化量计算所述待灌溉 区域的水量消耗，包括：对所述待灌溉区域的一块生长有作物的土体进行多次测量， 测得所述土体的土壤实际含水量；根据多次测得所述土体的土壤实际含水量的变化 量，确定所述待灌溉区域的水量消耗。具体的，可以在一定时间内间隔预设时长，采 用蒸渗仪或土壤水分传感器等对正常生长作物的一块土体进行多次测量，得到一定时 间内不同时刻土体的土壤实际含水量，进而可以通过一定时间内不同时刻土体的土壤 实际含水量的变化量计算得到待灌溉区域的水量消耗。例如，可以通过在线监测仪器 来连续对土体进行测量，并通过无线通讯方式来传输测得的数据，同时可以采用云服 务的方式来根据土体中土壤实际含水量的变化计算待灌溉区域的水量消耗。

得到待灌溉区域的作物蒸散量和待灌溉区域的水量消耗后，在本实施例中，通过 以下方法来确定待灌溉区域的灌水时机和灌水量，例如，结合所述待灌溉区域的作物 蒸散量和所述待灌溉区域的水量消耗，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量，包 括：根据所述待灌溉区域的作物蒸散量得到所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲 线，所述第一相对含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由作物蒸散量转换得到的土 壤相对含水量；根据所述待灌溉区域的水量消耗得到所述待灌溉区域土壤的第二相对 含水量曲线，所述第二相对含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由水量消耗转换得 到的土壤相对含水量；根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含 水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。具体的，可以通过实测的土壤 饱和含水量(田间持水量)J蒸散量/田间持水量的方式将作物蒸散量转换为土壤相 对含水量，以得到上述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线，可以通过实测的土壤 饱和含水量(田间持水量)J日耗水量/田间持水量的方式将水量消耗转换为土壤相 对含水量，以得到上述待灌溉区域土壤的第二相对含水量曲线。

具体实施时，根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量 曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量，包括：根据所述待灌溉区域土壤的 第一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，获得所述待灌溉区域的新的相对含水量 曲线，其中，所述新的相对含水量曲线与所述第一相对含水量曲线和所述第二相对含 水量曲线符合以下关系式：Z^q＝K+aX^m+bYⁿ，其中，Z是所述新的相对含水量曲 线，X是所述第一相对含水量曲线，Y是所述第二相对含水量曲线，a、b、m、n、 q和k均是根据X和Y之间的偏差量、X和Y曲线上的数值以及X和Y曲线的变化率 确定的数值，例如，X和Y之间的偏差量越大，X对Z的影响应存在增长趋势，即a 的数值较大，具体的，a、b、m、n、q和k可以根据多次采集的数据来不断修正 从而逐渐逼近真实的值；根据所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线，确定所述待灌 溉区域的灌水时机和灌水量。

具体实施时，根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量 曲线，获得所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线，包括：用第一相对含水量曲线上 每个时间点的相对含水量数值减去第二相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量 数值得到差值；针对每个时间点，在得到差值的绝对值大于预设值时，将第一相对含 水量曲线上对应时间点的相对含水量数值确定为该时间点的相对含水量数值，在得到 差值的绝对值小于等于预设值时，将第一相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量 数值与第二相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数值的平均值确定为该时间 点的相对含水量数值，得到所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线；进而可以根据所 述新的相对含水量曲线确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。例如，针对相对含 水量曲线上某一时间点A，用第一相对含水量曲线上对应点A的相对含水量数值减 去第二相对含水量曲线上对应时间点A的相对含水量数值，如果差值的绝对值小于 预设值，则将第一相对含水量曲线上对应时间点A的相对含水量数值确定为该时间 点的相对含水量数值，或者差值的绝对值大于等于预设值时，将第一相对含水量曲线 上对应时间点A的相对含水量数值与第二相对含水量曲线上对应时间点A的相对含 水量数值的平均值确定为该时间点的相对含水量数值，因此得到上述待灌溉区域的修 正后的新的相对含水量曲线，基于该新的相对含水量曲线来确定待灌溉区域的灌水时 机和灌水量，可以提高灌溉方案的准确度。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种灌溉时机和灌溉量的确定装 置，如下面的实施例所述。由于灌溉时机和灌溉量的确定装置解决问题的原理与灌溉 时机和灌溉量的确定方法相似，因此灌溉时机和灌溉量的确定装置的实施可以参见灌 溉时机和灌溉量的确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元” 或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装 置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想 的。

图2是本发明实施例的灌溉时机和灌溉量的确定装置的一种结构框图，如图2 所示，包括：第一计算模块201、第二计算模块202以及确定模块203，下面对该结 构进行说明。

第一计算模块201，用于根据待灌溉区域的过去预设时间段内的气象数据和未来 预设时间段内的气象数据，计算所述待灌溉区域的作物蒸散量；

第二计算模块202，与第一计算模块201连接，用于连续测量所述待灌溉区域的 土壤实际含水量，根据所述土壤实际含水量的变化量计算所述待灌溉区域的水量消 耗；

确定模块203，与第二计算模块202连接，用于结合所述待灌溉区域的作物蒸散 量和所述待灌溉区域的水量消耗，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，所述确定模块203，包括：第一曲线确定单元，用于根据所述 待灌溉区域的作物蒸散量得到所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线，所述第一 相对含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由作物蒸散量转换得到的土壤相对含水 量；第二曲线确定单元，用于根据所述待灌溉区域的水量消耗得到所述待灌溉区域土 壤的第二相对含水量曲线，所述第二相对含水量曲线的横坐标是时间，纵坐标是由水 量消耗转换得到的土壤相对含水量；灌溉方案确定单元，与第一曲线确定单元和第二 曲线确定单元连接，用于根据所述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对 含水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和灌水量。

在一个实施例中，所述灌溉方案确定单元，包括：曲线确定子单元，用于根据所 述待灌溉区域土壤的第一相对含水量曲线和第二相对含水量曲线，获得所述待灌溉区 域的新的相对含水量曲线，其中，所述新的相对含水量曲线与所述第一相对含水量曲 线和所述第二相对含水量曲线符合以下关系式：Z^q＝K+aX^m+bYⁿ，其中，Z是所 述新的相对含水量曲线，X是所述第一相对含水量曲线，Y是所述第二相对含水量曲 线，a、b、m、n、q和k均是根据X和Y之间的偏差量、X和Y曲线上的数值以 及X和Y曲线的变化率确定的数值；灌溉方案确定子单元，与曲线确定子单元连接， 用于根据所述待灌溉区域的新的相对含水量曲线，确定所述待灌溉区域的灌水时机和 灌水量。

在一个实施例中，所述灌溉方案确定单元，还包括：比较子单元，用于用第一相 对含水量曲线上每个时间点的相对含水量数值减去第二相对含水量曲线上对应时间 点的相对含水量数值得到差值；灌溉方案确定子单元，还用于针对每个时间点，在得 到差值的绝对值大于预设值时，将第一相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数 值确定为该时间点的相对含水量数值，在得到差值的绝对值小于等于预设值时，将第 一相对含水量曲线上对应时间点的相对含水量数值与第二相对含水量曲线上对应时 间点的相对含水量数值的平均值确定为该时间点的相对含水量数值，得到所述待灌溉 区域的新的相对含水量曲线。

在一个实施例中，所述第二计算模块202，包括：测量设备，用于对所述待灌溉 区域的一块生长有作物的土体进行多次测量，测得所述土体的土壤实际含水量；计算 设备，用于根据多次测得所述土体的土壤实际含水量的变化量，确定所述待灌溉区域 的水量消耗。

在一个实施例中，所述测量设备可以为蒸渗仪、土壤水分传感器或蒸发皿等。

在本发明实施例中，通过结合根据气象数据计算的待灌溉区域的作物蒸散量和测 量得到的待灌溉区域的水量消耗，来确定待灌溉区域的灌水时机和灌水量，由于根据 气象数据计算的作物蒸散量适用的范围大，测量得到的水量消耗虽然适用范围小，但 是数据准确，因此，通过结合作物蒸散量和水量消耗，该方法可以用于确定大范围、 草地和林木等的灌溉方案(例如，灌溉时机和灌溉量等)，且可以提高灌溉方案的准 确度。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算 装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于 此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或 者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。