一种协同式杨梅菌肥灌溉作业系统

本发明涉及农业装备，具体地说是一种协同式杨梅菌肥灌溉作业系统。

背景技术：

1、杨梅作为我国南方特色亚热带常绿果树，具有极为特殊的生理特性。一方面，杨梅对水分条件极度敏感，表现为喜湿润却极惧积水。若土壤水分长期过高或排灌不畅，极易引发杨梅根系窒息烂根，并在成熟期导致严重的开裂果现象；而若遭遇阶段性干旱，则会导致果实发育不良、品质下降甚至大面积落果。因此，维持根际土壤水分的动态平衡和网格化精准调控是实现杨梅高产优质的关键。另一方面，杨梅属于高度依赖菌根真菌共生的树种，其根系发育、抗逆性以及对土壤中难溶性磷、钾等矿质元素的吸收，深度依赖于根圈有益微生物群落的活跃度。在现代栽培中，施用复合微生物菌肥已成为改良杨梅园土壤结构、提升杨梅果实品质的核心手段。

2、传统的灌溉设备多采用定时定量或基于当前单一时间点的土壤湿度阈值进行开关控制。由于土壤水分运动和植物蒸腾具有明显的滞后性与空间异质性，这种简单的阈值反馈控制无法根据天气变化和杨梅实时生理需求提前预测土壤水分的消耗趋势。这往往导致灌溉停止后土壤湿度仍持续上升，或灌溉启动前土壤已过度干旱，无法满足杨梅对恒湿环境的苛刻要求。

3、综上，本发明提供了一种协同式杨梅菌肥灌溉作业系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种协同式杨梅菌肥灌溉作业系统，通过构建栽培区域网格化时空趋势预测模型，并与现场活体菌肥高密度发酵及多梯度变频稀释中心进行强协同联调，以解决现有技术中自动灌溉反馈滞后易导致杨梅根系烂根或开裂果、工厂预制菌肥长途运输易失活、以及测控系统与菌肥调制中心相互孤立无法实现时空深度自学习协同的问题。

2、本发明具体的技术方案如下：

3、一种协同式杨梅菌肥灌溉作业系统，包括栽培区域巡检机构、智能协同发酵与调制中心及中央主控微机系统；

4、所述栽培区域巡检机构承载有土壤探测针和注水孔，并在所述中央主控微机系统的控制下在栽培区域内进行平移与垂直升降；

5、所述智能协同发酵与调制中心包括复合微生物发酵罐及连接于所述发酵罐出液口的伺服变频比例混配阀，所述伺服变频比例混配阀通过输液管路与所述注水孔连通；

6、所述中央主控微机系统分别与所述栽培区域巡检机构、土壤探测针及伺服变频比例混配阀电连接，其将栽培区域虚拟分割为多个网格区域，并控制所述栽培区域巡检机构定期采集各网格区域的当前土壤湿度；

7、所述中央主控微机系统基于各网格区域连续滚动采集的历史湿度数据构建二阶多项式回归模型预测土壤水分消耗趋势，并据此动态调节所述伺服变频比例混配阀的稀释比例，向对应的网格区域定向输出对应浓度的稀释菌肥液。

8、作为上述技术方案的进一步优选，上述系统整体依托立体架设的桁架式结构进行空间巡检，其底部设有用于容纳杨梅栽培单元的种植框，种植框外部四周立体向上延伸搭建有整体的支撑框架。在支撑框架顶部的二维水平面内，沿横向固定布设有横向滑轨，并沿纵向平行布设有纵向光轴，驱动电机通过皮带驱动滑块沿横向滑轨做横向平移，同时带动纵向光轴同步进行横向平移。在纵向光轴上承载有可滑动的灌溉平台，灌溉平台在纵向驱动电机的皮带拉动下沿纵向光轴做纵向平移，由此实现整个栽培区域在横纵二维水平面内的精确平移巡检。

9、所述灌溉平台上进一步集成了负责垂直方向运动的垂直升降机构。该垂直升降机构包含一个垂直方向的步进马达，由步进马达的输出轴驱动一个位于中心的中心齿轮，中心齿轮的左右两侧对称啮合有两根可相互反向垂直滑动的滑动杆。其中一根滑动杆的底端连接所述土壤探测针，另一根滑动杆的底端连接所述注水孔，通过步进马达的左旋或右旋带动中心齿轮，可使两根滑动杆同步进行相反方向的垂直向移动，以此实现垂直轴的自平衡升降。所述土壤探测针与注水孔之间保持固定的水平间距，且土壤探测针包含两根固定直径的不锈钢探针作为电阻式探针，其探针根部由三维打印的外壳进行封装密封，用以对特定土层深度的土壤湿度值进行快速阻抗感测。

10、在系统控制、工艺发酵与自学习算法层面上，上述系统进一步包含以下优选特征：

11、所述复合微生物发酵罐内置有加热控温装置和气泵曝气装置，所述加热控温装置维持发酵罐内温度为26至30摄氏度。

12、所述复合微生物发酵罐内还设有在线酸碱度计以及碱液滴定泵，所述中央主控微机系统根据在线酸碱度计的实时读数动态控制所述碱液滴定泵滴入碱性溶液，维持菌肥发酵液的酸碱度在6.5至7.0之间。

13、所述复合微生物发酵罐还配置有自动动态馈料器，所述自动动态馈料器在菌肥发酵周期的第0天、第2天、第4天、第6天、第8天和第10天执行定量的六阶段批次补料，且发酵罐内的菌肥发酵原料配比采用十倍培养基比例。

14、所述中央主控微机系统运行有主控制程式并连接有微控制器开发板；所述主控制程式带有图形化用户界面，通过矩阵区域的颜色深浅实时反映各个网格区域的土壤湿度高低。

15、所述中央主控微机系统内设置有针对各网格区域的灌溉计数器，所述灌溉计数器的初始值由预设的单次灌溉间隔时间除以巡检感测间隔时间计算得出；所述栽培区域巡检机构每对对应的网格区域执行一次感测，所述灌溉计数器自动执行减一操作，直至递减至零时触发灌溉命令。

16、所述中央主控微机系统在每次触发灌溉命令时记录当前时间戳、当前灌溉间隔时间及灌溉前湿度值，并在经历所述灌溉间隔时间后的下一次灌溉前巡检时，采集各个网格区域的当前土壤湿度作为灌溉周期末湿度，将上述数据作为关联数据共同存入中央数据库内，生成历史灌溉记录项。

17、当所述网格区域的灌溉计数器归零并触发下一次灌溉周期的调整决策时，中央主控微机系统读取当前土壤湿度，并在所述中央数据库内搜寻所有历史灌溉前湿度值与所述当前土壤湿度相匹配的历史灌溉记录项，并将搜寻到的记录项依照各自对应的历史灌溉间隔时间进行分群归类，得到多个历史记录集合。

18、中央主控微机系统计算每个历史记录集合对应的平均灌溉周期末湿度，并比对预设的杨梅根际恒定湿度目标值与所述平均灌溉周期末湿度之间的绝对差值，选取使该绝对差值取得最小值的历史记录集合，并以该集合所对应的历史灌溉间隔时间作为该网格区域下一次的灌溉时间间隔。

19、当所述中央主控微机系统通过所述土壤探测针检测到所述当前土壤湿度高于预设安全高位阈值时，自动将所述下一次的灌溉时间间隔强制延长；并且，在所述中央数据库内无可匹配记录项的系统运行初启阶段，所述中央主控微机系统直接调用所述二阶多项式回归模型计算并确定所述灌溉时间间隔。

20、本发明中，当所述二阶多项式回归模型预测出的未来土壤水分消耗趋势在设定时间段内低于干燥安全红线时，所述中央主控微机系统发出强干预信号，控制所述栽培区域巡检机构即时移动至对应网格区域执行定向菌肥液喷淋。

21、本发明中，所述相匹配是指历史灌溉前湿度值与当前土壤湿度的绝对差值在预设的允许误差范围内，以此提高历史记录的复用率和分群归类的稳定性。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、1.本发明通过构建二阶多项式回归趋势预测模型，实现了前瞻性的全网格土壤恒湿控制。能够有效排除因环境剧烈波动或灌溉动作之后产生的严重传感器滞后效应，极高精度地维持杨梅根际土壤的恒定湿度，有效缓解了杨梅因传统单点阈值反馈控制不及时而引起的根系闷根烂根或果实大面积开裂落果的问题。

24、2.本发明通过在现场调制中心集成控温、曝气、酸碱度闭环响应及六阶段批次馈料工艺，实现了杨梅专用功能菌肥的高活率现地成熟培育。成功打破了传统工业预制菌肥长途运输导致的代谢物堆积和大量溶菌死菌难题，在杨梅施灌终端能够保障极高的活菌数与总生菌数，极大地促进了微生物在杨梅根圈的优势共生与定殖效率。

25、3.本发明通过历史灌溉记录的分群匹配自学习算法，实现了水、肥、菌在时空维度上的强协同闭环。系统能够将空间各分区的实际土壤吸水性能与中央调制中心的变频混配阀深度绑定，通过极小值差值收敛解算，自动为不同的网格点动态配置出最佳的稀释度与理化浓度，实现了现代农业精准管理。