一种作物混种的智能灌溉系统

1.本发明涉及养护领域，特别是涉及一种作物混种的场地智能灌溉系统。


背景技术：

2.目前，要管理特殊场地的作物生长，需要注意的问题有剪草、灌溉、施肥、打孔通气、加土、病虫害防治。这些特殊场地包括不同作物的混种；例如足球场不同种类草坪的混种生长；高尔夫球场地不同种类草地的生长。在高尔夫球场地，为了能够区分出开球区、障碍区、球洞区和球道区域，可以采用种植不同种类的草类品种，利用其颜色之间的差异而进行区分。这种方法相比于划线等硬隔离措施，降低了隔离设备对草地的损害。另外也可减少对高尔夫球的干扰。相似的问题还出现在足球场地，农田混种场地等。随之而来的是这其中如何对不同种类的草地进行灌溉就是成为一个突出的问题。
3.其中灌溉需要注意以下问题，由于剪草频繁使植株形成了浅根，从而降低了植株从土壤中的吸水能力，而且土壤中含保水能力差的沙子极多，所以要使此区域草坪保持良好状态就必须经常浇水，而且在高温干燥时中午还要喷几分钟的水。此外，在某些特殊环境，例如球场，为了浇水，一般把浇水时间安排在晚上，但此时温度和阳光光照较低。鉴于此，本发明提出一种差异化的浇水系统及方法，用于不同种类的作物浇水灌溉，以适应环境的要求。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一智能灌溉系统，其特征在于：所述系统包括：数据库、传感器系统、图像获取装置、洒水系统；
5.所述高尔夫场地分为开球区、障碍区、球洞区和球道各区域，并对所述各区域进行编号，所述编号为索引号；
6.所述数据库包括：一年中不同季节所述各区域草的颜色、草的长度信息、所述各区域索引号以及用于获取图像的光谱相机的参数；
7.图像获取装置用于获取所述各区域的图像；
8.所述灌溉系统基于所述图像中的所述各区域的草颜色、长度信息与所述数据库中的信息进行比对计算出草是否有异常征兆；
9.所述传感器用于获取所述各区域的土壤、水分和温度信息。
10.所述洒水系统根据所述各区域草的种类、所述异常征兆和所述土壤、水分和温度信息来实施灌溉。
11.优选地，所述洒水系统的喷头有选择的设置在所述各区域之间的边界区域。
12.优选地，所述喷头可调节覆盖范围；对于所有喷头无法到达的区域，可以采用无人机喷淋或人工喷淋的方法。
13.优选地，所述光谱相机的参数包括相机的内参、外参。
14.优选地，所述图像获取装置还可用于获取所述洒水系统的喷头是否损坏。
15.本发明的另一方面，是提供一种智能灌溉系统，其特征在于：所述系统包括：数据库、传感器系统、图像获取装置、计算单元；洒水系统；
16.所述场地根据种植的不同作物而分成不同的区域，并对所述各区域进行编号，所述编号为索引号；每一区域为一种作物；
17.所述数据库包括：一年中不同季节的各区域所述索引号对应的作物的种类信息；所述种类信息至少包括所述作物的不同温度、湿度和气压下的吸水率信息；
18.图像获取装置用于获取所述各区域的图像；
19.所述传感器系统用于获取所述各区域的温度、湿度和气压信息；
20.所述计算单元基于所述图像获取各区域的面积，根据传感器获取的所述各区域的温度、湿度和气压信息获取数据库中对应的所述各区域的吸水率信息；
21.所述系统还包括实时获取所述各区域排水量的装置；
22.所述计算单元根据所述获取所述各区域排水量的装置获取的各区域排水量信息、吸水率信息、所述各区域的面积实时得到各区域的灌溉量信息；
23.所述洒水系统根据所述灌溉量信息实施灌溉。
24.优选的，所述传感器系统、洒水系统、图像获取装置通过物联网进行连接。
25.优选的，所述计算单元包括实时计算所述区域的作物蒸发量计算单元。
26.本发明的另一方面是提供一种上述的系统确定作物灌溉浇水量的方法。
27.本发明的另一方面是提供一种作物排水量检测装置，其包括基板，位于基板上中央区域的实验田，所述实验田种植待检测植物；围绕该实验田的位于基板四周的排水区(排水槽)，至少一个位于排水区的排水量传感器，用所述基板具有一倾角，于检测作物被浇水灌溉时的实时水量大小。
28.本发明的另一方面是提供一种作物排水量检测的方法，将排水量检测装置作为各作物生长区域的一部分设置在生长区域的边缘；所述排水量检测装置包括：基板，位于基板上中央区域的实验田，所述实验田种植待检测植物；围绕该实验田的位于基板四周的排水区(排水槽)，至少一个位于排水区的排水量传感器，用所述基板具有一倾角，于检测作物被浇水灌溉时的实时水量大小；其中所述实验田中种植的待检测植物与所在区域的作物品种相同。
29.优选的，其中还包括有使用传感器单元采集实时的温度、湿度和气压信息。
30.本发明的另一方面，是提供一种检测方法用于智能灌溉系统中灌溉浇水量的确定。
31.本发明还提供了一种利用上述智能灌溉系统进行智能灌溉方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
32.s1:利用所述图像获取装置用于获取所述各区域的图像；
33.s2:基于所述图像中的所述各区域的草颜色、长度信息与所述数据库中的信息进行比对计算出草是否有异常征兆；
34.s3:利用所述传感器获取所述各区域的土壤、水分和温度信息；
35.s4:所述洒水系统根据所述各区域草的种类、所述异常征兆和所述土壤、水分和温度信息来实施灌溉。
36.优选的，上述智能灌溉系统还包括一作物排水量检测装置，用于对作物的排水量
进行监测。
37.与现有技术方案相比，本发明至少具有以下发明点及相应的有益效果：
38.1)通过使用物联网使各分系统进行连接，并相应的建立的数据库，实现了灌溉的智能化；
39.将洒水系统的各喷头设置在各区域的分界区域，不影响运动的正常运行，并且各喷头可调节其覆盖范围，还有作为补充的喷淋方法。
40.2)本发明采用一实验区对各区域的排水量进行计算，该方法可以实时的计算出各区域的排水量的真实情况。避免了时效性的缺乏。
41.3)实验区进行了特殊的设计，采用了倾斜角度，一个排水量传感器即可计算出实验区的实时排水量。
42.4)针对不同作物(草地)的混合种植，使用本技术方案可以针对不同种类的作用进行差异性灌溉浇水，而不会出现部分种类作物浇水量过大，而部分种类作物浇水量不足的问题。
附图说明
43.图1是本发明的作物划分区域示意图；
44.图2是本发明的各区域边缘的检测区域示意图；
45.图3-a是本发明的检测用实验区的示意图；
46.图3-b是本发明的检测用实验区剖面示意图。
47.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施例
48.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
49.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
50.实施例1
51.计算不同区域各种类草地的排水量：
52.如图1所示是高尔夫球场场地示意图，高尔夫球场分为开球区i、障碍区ii、球洞区iii和果岭区iv；每一区域可以采用不同种类的草进行种植，从而可以采用不同的颜色加以区分各区域。应当理解，这里采用高尔夫球场作为示例，但并不限制，该场地可能应用于其他种植应用领域。例如农田混种等区域。此外，应当理解，划分不同区域的浇水量因不同作物(例如不同种草种)的吸水量不同而不同，例如对于上述高尔夫球场，吸水量相互大小可以是：球洞区iii》果岭区iv》开球区i》障碍区ii。
53.为了获取每一区域的灌溉浇水量，需要设置传感器对排水量进行检测，此外还需要集成气压计、温度计、湿度计等以实时检测区域内的各参数，以便于灌溉浇水量的调节。
54.为了测量各区域的排水量，本发明引入一实验区。如图1-图3b所示，该实验区1位于各区域相交的检测区域10位置。该试验区1是各区域草地的一部分，因此可以分别设置在区域i，ii，iii和iv的任何位置。但优选的，是在该检测区域10这一各区域的交叠位置附近
设置实验区1(排水量检测装置)，如图2所示，分别为1a，1b和1c。这一设置在边缘区域而不是球道区域，可以最大可能的避免这些实验检测装置与高尔夫球等的不必要接触。此外，这些边缘区域可以共用一个传感器进行检测，从而减少了传感器的数量。这些共用的传感器可以包括但不限于气压计、温度计、湿度计等。
55.参见图2，其是图1的检测区域10的放大示意图。该检测区域10包括了相互邻接的区域i、区域ii和区域iii，在区域i、区域ii、区域iii中的每一个设置有实验区1。该实验区1用于检测其所在区域内的草地的实时排水量。
56.该实验区1(排水量检测装置)的具体结构包括：参见附图3a-3b，其包括一基板，位于基板上的的实验区1中央的草地种植区2，以及围绕该草地种植区2的排水区3；在该排水区3的至少一边设置有排水量传感器4，用于实时测量该实验区1中央草地的排水量；为了使水能及时排出，将该实验区1设置具有一定的倾角θ，这样可以方便流水及时排出，不会造成灌溉用水长期浸泡草地。该倾角θ优选为10
°
，并且该倾斜是在相互垂直的两个方向都进行倾斜，使流水全部向一个方向集中，从而可以减少排水量传感器4的数量。该草地种植区2中种植的草的品种与该实验区1所在的区域的草地种类保持一致。例如区域i种植的是高羊茅类草，则该区域i内的实验区1的草地种植区2的草也为高羊茅类草。区域ii种植的是剪股颖类草，则该区域ii内的实验区i的草地种植区2的草也为剪股颖类草。
57.由此，通过各实验区1的排水量传感器4可以监控到实验区的排水量；再通过面积换算，得到该实验区1所在区域的该种类草地的实际排水量q。对于各区域i，ii，iii，iv的面积计算可以采用实施例1中的投影拍照，获取各区域轮廓的方式获得(下述详细方案)。
58.对于各区域的草地吸水量s，其受到温度，湿度，气压等环境的影响，但这一影响，对于同一种类的草地，其吸水量是固定的。因此可以将相关数据以数据库的形式存储。即根据传感器检测到温度、湿度以及气压值，通过数据库可以查找到相对应的草地吸水率。该数据库至少包括了对于温度值、湿度值以及气压值对应的该种类草地的吸水率。再通过下述方案计算出的面积，得到该区域该种类草地的吸水量s。
59.实施例2
60.该实施例包括了区域i，ii，iii，iv内各草地区域的识别和面积计算。该实施例2可以包括实施例1的所有内容，与实施例1相同的部分在此不再赘述。
61.利用一图像采集部获取的球场图像中高尔夫球场的草的颜色信息输出单元计算出开球区i、障碍区ii、球洞区iii和果岭区iv的相关信息，这些信息至少包括各区域的面积；然后由系统对球场的各区域进行编号，并将该编号作为索引号，各区域之间的边界通过利用编号数据和系统的各区域的位置信息计算得到。
62.利用高尔夫球场的植被种类、图像采集装置的具体参数、各区域的索引号、各区域的制备信息建立数据库；其中图像采集装置的具体参数包括搭载相机的无人机的飞行参数(飞行高度、速度)、以及相机的内参、外参和拍摄角度。
63.场地的草区上高尔夫球场植被信息被记录在数据库中，其中数据库包括一年中不同季节各区域草的颜色、草的长度等信息和各区域索引号，在此基础上，该实施例基于局部草的颜色信息，根据草地植被变化过程还可以计算出的草是否有异常征兆。
64.重要的是，该数据库中还存有各类种植的草地的吸水率信息；用于查询随温度、湿度和气压等参数变化的吸水率值。
65.此外，在同一拍摄时间，高尔夫场地的草的植被种类，可以查询数据库，具体为检查是否异常产生包括在植草土壤，喷淋装置等。
66.高尔夫球场图像采集部，所述高尔夫球场植被草坪管理装置的拍摄数据按照本发明的一个优选实施例中使用无人机，可获得了的高尔夫球场的正射影像(全局图像)，通过使用软件对感兴趣部分的坐标进行获取。影像获取装置可以是ccd相机。获取的信息包括但不限于各区域的轮廓。
67.如图1所示，至少可以根据现有技术计算出各区域的面积s1，s2，s3，s4用于计算各区域的排水量。
68.如图1所示，根据高尔夫球场不同区域草场对水不同的需求量，使用基于物联网的系统(包括各种传感器)和相机来收集数据并对输入进行认知分析以确定洒水分区不同部分所需的水量，然后自动修改相应区域的水流量。
69.其中喷淋装置有选择的设置在各区域之间的边界区域，以不妨碍运动的进行为前提，根据洒水的需要，可以在一定程度上调节喷淋装置的范围，具体的每个喷淋装置设置的位置，以及其覆盖的区域都记录在数据库中。
70.对于局部喷淋装置无法到达的区域，可以采用补充喷淋的方法，如采用无人机喷淋或人工喷淋的方法；对于需要补充喷淋的具体区域也可进行相应的区域编号，并记录上数据库中。
71.该实施例中，基于物联网的洒水系统和监视系统来收集数据并对输入进行认知分析以确定洒水分区不同部分所需的水量，然后自动修改相应区域的水流量。
72.洒水系统灌溉用水喷头可以调节到固定的覆盖范围内喷水带，需要考虑诸多因素，这些因素可以包括但不限于土壤条件、预计的温度和降水、风的强度和方向、土壤质量，草的具体种类的季节性需求，以及喷头堵塞或损坏。
73.洒水系统涉及三种主要方法。首先是一种方法将洒水区划分为多个分区，并监测植被生长的差异和这些分区内的健康状况。这包括监测植被高度(例如，草的长度)和颜色之间的差异子区域。另一种方法是修改喷头的设置以更改分散特定分区的水的模式。这涉及监控内部的吸水率分区预测所需的水量，然后确定最佳水量该分区的植被所需。最后，系统包括一种方法当其散布模式显示时，实例化维修电话以固定喷头异常。系统可以通过摄像头(或手动)监视区域，以显示洒水喷头是否处于适当位置并且没有被阻塞。系统动作可以包括临时修改相邻的喷头，以增加覆盖范围和/或发送维修要求。这也是本发明的发明点之一。
74.洒水系统在不同的浇水条件下从传感器收集水分数据位置。根据该区域内浇水的植物/草，系统会提取从其他来源获取优化生长所需的适当水分含量。该系统分析视频以了解植物的力量和/或生长周期的系统提取天气预报数据以修改需求。土壤质量测试(手动或传感器)也可以输入系统以修改浇水需求。此外，可以在浇水系统中适当添加肥料。系统应用此学习循环中的数据，以减少因降雨和降雨而导致浇水过多的可能性洒水器，同时提供足够的水以防止植物死亡等待太久为了水。
75.洒水喷头具有调节功能，可以修改强度和方向单个区域内的水流。系统以默认的水头设置开始，然后接合喷水灭火系统浇水所有覆盖的空间并操作仅适当覆盖仍需用水的地区的时间和方向。
76.具体对球场各区域洒水的方法为：
77.1.从数据库中获取各区域草的具体种类以及各区域土壤情况；
78.2.根据步骤1，洒水系统确定首选的浇水模式；
79.3.摄像机(固定式或移动式)收集与以下内容有关的数据：
80.a.各区域草的生长阶段，影响所需的水量；
81.b.出现水量过大或不足的情况；
82.c.洒水系统是否异常，当系统识别出喷头损坏时，自动调整相邻的喷头图案以覆盖该区域并进行补偿。
83.4.水传感器确定水渗透到污垢中的程度，即
84.受先前条件和土壤质量的影响
85.5.预计的天气和当地的风况会影响推荐的水量(浇水量和方向)；
86.6.系统存储此信息以供历史使用；
87.7.系统执行机器学习；
88.a.确定向任何小区域注入多少水；
89.b.确定每个喷头如何增加喷头的体积和方向；
90.8.系统向洒水喷头发送指令以更改速度和水量；
91.实施例3：
92.该实施例3包括了实施例1，2的所有内容，与实施例1，2相同的部分在此不再赘述。
93.草地蒸发量计算单元及方法：
94.对于每一区域i，ii，iii或iv，设置一个实验区，该实验区大概面积为1m2，也可根据区域的大小适当的改变该区域的面积，该实验区可以也是检测区的一部分；并且该实验区的作物与该实验区所对应的区域的作物相同。
95.具体的蒸发量的计算公式可以采用下述的penman-monteith公式对实验区的草地蒸发量进行计算。
96.采用penman-monteith(彭曼-蒙蒂斯)公式进行计算草地蒸发量公式例如可以是：
[0097][0098]
其中式中et是参考作物蒸发量；u是气体在常压下的比热。
[0099]
δ是温度-饱和水汽压关系曲线在t处的斜率；t为平均气温；
[0100]rn
为净辐射，g为土壤热通量。γ是温度计算常数，ea是饱和水气压，ed是实际水气压；
[0101]
本实施例中因为采用了实验区，该实验区面积不大，并且规则，另外，对于实验区，可以方便加装传感器，因此检测计算方便。
[0102]
对于区域的总浇水量h，其受到下述因素的影响：蒸发量et，排水量q，草地吸水量s的影响。可以由下述公式表示：
[0103]
h＝s q et。
[0104]
根据上述的实施例1-2以及实施例3，可以分别得到排水量q、蒸发量et的值以及草地吸水量s。因此通过上式可以得到每一区域的总浇水量h。
[0105]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0106]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0107]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0108]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。