[实用新型]蔬菜大棚作物需水量的预测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及农业大棚种植设备领域，具体是指蔬菜大棚作物需水量的预测装置。

背景技术

温室大棚蔬菜作物需水量的确定是一个多因素相互作用的复杂过程，且在不同温度内，不同时间内，作物需水量尺度特征各不相同。蔬菜大棚作物需水量的计算是实时灌溉预报的主要内容，所以如何能准确的计算出蔬菜作物需水量面临着很多挑战。作物需水量的大小与气象条件(辐射、温度、日照、湿度和风速等)、土壤水分状况、作物种类及其生长发育阶段、农业技术措施和灌溉排水措施等有关，计算作物需水量的方法有：称重法，产量估算法，蒸渗仪法，空调室法，热技术法，热平衡法，气孔计法，波文比法，遥感技术发，这些方法在实际操作的时候过程复杂，操作难度比较大，而且时效性有限，遥感技术发虽然先进，但属于滞后控制，虽然能预测出需水量，但此时作物已经处于水分不足的阶段，不利于蔬菜的生长。

目前市场上测量作物需水量的设备上有大部分属于称重测量法，此方法属于化学方法，测量精度虽然高，但耗时耗力，而且设备成本高。比如蒸散仪,叶面积指数分析仪,冠层分析仪,多筒蒸散仪等，其价格比较昂贵；遥感技术法多用于大面积区域的检测，精度和稳定性一般，不利于蔬菜大棚滴管控制实时性要求高的操作。

实用新型内容

针对以上现有技术中操作复杂成本较高精度较低且不利于作物生长的缺陷，本实用新型提供一种利用多个传感器采集大棚内环境数据并通过预测模型精确高效地预测作物需水量的蔬菜大棚作物需水量预测装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：蔬菜大棚作物需水量的预测装置，包括设置在大棚内的采集大棚环境信息的传感器，所述传感器连接有无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有HMI服务器，其特征在于：传感器包括插入土壤中的土壤温度传感器和土壤水分传感器，传感器还包括设置在大棚内部的温湿度传感器和风速传感器，所述接触式温度传感器包括探针长度为5cm的A土壤温度传感器和探针长度为20cm的B土壤温度传感器，所述风速传感器和大气压强传感器悬挂高度为2m。

本实用新型的原理：本装置主要是通过多个传感器进行数据采集并进行计算得出需水量的系统，所述的需水量能够作为蔬菜大棚滴灌时滴灌量的参考和衡量指标，以调节浇灌量使其蔬菜大棚土壤水分达到最佳的土壤水分平衡，给大棚蔬菜作物生长的提供最佳环境，为蔬菜大棚自动化智能化控制提供依据。测定的数据经过无线通讯模块传输到HMI服务器内，然后通过预设在HMI服务器内的预测数学模型进行计算，最后反馈给使用者以提供参考。

数学预测模型以Penman模型和Magnus公式为依据进行建模，所述的Penman模型以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既涉及作物生理特征对蒸腾的影响，又涉及到空气动力学参数的变化，具有较高的计算精度。Penman模型按照公式(1)计算参考作物需水量(ET)：

上式中，e_a表示饱和水气压，依据气象数据获取；Δ表示平均气温时饱和水气压e_a随温度变化的变率，且Δ＝(976.58×e_a)/(241.9+t)²；R_n表示太阳净辐射，可在《中国气象辐射资料手册》中查询最近十年太阳辐射量的平均值；G是本地土壤热通量，采用了化学方法计算；γ是湿度计常数，为已知数；U₂为高度为2米处的风速，依据气象数据获取；e_d表示当前水气压，且H为当地的海拔高度；T表示一段时间内平均气温，依据气象数据获取后求均值。

其次，当温室大棚处于通风状态的时候，为了能够准确的计算作物水分需求量，此时必须考虑地表土壤热通量，Penman模型中采用了化学方法计算，一旦计算完成便成为常数保持不变，而实际环境中，土壤热通量会因为温度的变化而产生变化，因此本实用新型将采用以下公式的方法计算热通量G*：

G*＝2.826×Δθ_5～20+0.486×Δt-0.777

其中的Δθ_5～20表示土壤层5cm与20cm处的温度差，Δt表示地与气的温度差值。也就是说，所述的两个接触式温度传感器将土壤中5cm和20cm位置的温度值传输到HMI服务器内，然后设置在大棚内的温湿度传感器将大棚内的温度信息传输到HMI服务器中，通过热通量计算模型将热通量算出，从而便于得出ET。