智能化农业灌溉控制系统研究进展

西北地区水资源短缺,在农业灌溉过程中靠经验漫灌,会造成水资源利用不充分、利用率不高等问题。为解决西北地区农业灌溉过程中智能化程度低、灌溉用水利用效率低等问题,课题组结合项目研究进展和国内外研究成果,对作物实际需水量模型、传感器技术、无线通信技术、自动控制技术在智能农业灌溉控制系统开发和应用方面进行了系统分析,讨论了在西北地区实施智能灌溉技术的有效途径和技术应用手段,为西北地区作物智能化高效节水灌溉提供了实现途径和解决方案,有利于实现粗放灌溉模式向精准化、智能化、规模化农业灌溉模式转变。     

无线传感网络技术在农业方面应用

目前中国水资源面临严峻的问题,所以开发价格低廉的、效率高并且实现智能化的网络技术变得十分迫切。通过采用遥感.传感器来监测土壤墒情和作物生长,对灌溉区用水进行监测预报,实现水管理的自动控制.对灌溉区实行动态管理,可以有效地实现农业灌溉用水管理的自动化。     

西藏拉萨河谷灌溉供需水分析

以拉萨河下游河谷地区为研究对象,依据1989-2010年拉萨、墨竹工卡气象站气象资料和Landsat卫星遥感影像提取的主要作物(青稞、冬小麦及油菜)种植面积,计算不同典型年份研究区总灌溉需水量;结合拉萨水文站1989-2010年径流序列资料,分析区域灌溉用水的供需平衡.结果表明:拉萨河谷地区的种植模式以粮食作物为主,河谷区种植面积在1990-2010年间增长约8%,作物种植结构没有发生显著性的变化.农作物种植面积的增加引致灌溉需水量大幅度增加,2010年的灌溉需水量达到16亿m³,比1990年增长约35%,青稞为灌溉需求最大的作物.河流径流量及灌溉用水需求的季节性变化存在差异,每年4-6月灌溉供需关系较为紧张,灌溉量占径流量近10%~20%,每年12月至次年4月正值河流枯水季,尽管该期间灌溉需水量较低,但对水资源造成的压力也是不容忽视的.拉萨河谷地区水资源供需关系较为紧张.     

甘肃省农业灌溉用水定额修编与评估

为提升水利行业管理和技术人员对甘肃省农业灌溉用水定额修编的理解，合理配置水资源，提高农业灌溉用水利用效率和效益。基于《甘肃省行业用水定额（2022版）》，结合甘肃省农业经济发展水平、农业产业结构调整趋势以及涉水相关规程规范对水利工程供水保证率的要求，规范了农业灌溉用水定额行业编码，明确和补充了农业灌溉用水定额术语和定义，将甘肃省原有5个农业灌溉分区重新划分为12个；综合甘肃省气候资源、水资源、地形地貌和农作物种植布局，依托甘肃省灌溉试验站点、国家级气象监测点和灌区内农业科研试验平台，借助气象、水文、土壤和作物数据，确定了水源类型调节系数和通用值与先进值之间的折算系数，分析了不同设计灌溉供水保证率条件下主要作物的灌溉制度，给出了甘肃省55种主要作物灌溉用水定额。并对比分析了国家和相邻省份最新农业灌溉用水定额修编成果，对甘肃省修编成果进行了修正。评价结果表明，《甘肃省行业用水定额（2022版）》在覆盖性、合理性、实用性和先进性等方面均有较显著改善，但鉴于农业灌溉用水定额具有动态性、确定性、差异性、强制性等特点，以及现状条件诸多约束和农业产业布局等要素变化，仍存在优化空间，有必要按需求和规范...     

基于LSTM算法的智能节水灌溉预测模型研究

针对当前农田灌溉缺乏科学技术指导、水资源浪费严重的现状,为提高灌溉用水的利用效率,在智慧农业灌溉系统体系结构的基础上,提出了一种基于LSTM算法的智慧农业灌溉预测模型,可根据作物生长需求、生长环境和种植土壤等数据实现精准灌溉,能够最大程度地节约水资源.通过实验对LSTM灌溉预测模型与传统灌溉预测模型的预测值进行对比分析...     

基于云平台的智能灌溉控制系统研究

水肥作为影响作物生长的两大主要因素,其管理合理与否直接影响到作物的产量与品质。针对目前我国农业水肥管理中普遍存在的管理模式粗放、自动化程度低、水肥浪费严重等问题,借助无线通信技术、自动控制技术及传感器技术等现代技术,开发了一套集田间信息采集、远程自动控制、设备运行状态监测及灌溉过程调控等功能于一体的智能化灌溉控制系统,有效提高了田间管理的自动化程度和精细化水平,同时还可以对系统和各轮灌区的用水用电量进行精准计量,为灌溉水价计取和农业水价综合改革提供数据支撑,符合现代农业的发展需求。      

泾惠渠灌区作物种植结构变化对灌溉需水量的影响

研究种植结构变化对灌区作物需水量和灌溉需水量的影响,能够为作物生育期的灌溉用水管理和农业水资源规划提供基础数据。依据泾惠渠灌区实测降水和蒸发蒸腾等气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算灌区主要作物需水量;通过频率计算和配线法确定灌区丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)的有效降水量;根据1988—2014年Landsat卫星遥感影像提取的泾惠渠灌区不同历史时期农业种植结构数据,计算典型水文年份灌区总灌溉需水量,并分析作物需水量和灌溉需水量在不同典型水文年的年际和月际变化。结果表明,随着泾惠渠灌区农业种植结构的变化,灌区总的作物需水量和灌溉需水量都呈现显著下降趋势。但泾惠渠灌区在1988—2005年间,单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量都基本保持不变,随后均呈小幅下降趋势。各月份作物总需水量和总灌溉需水量除6月份之外,其余各月份都呈现显著下降趋势;但在此期间,灌区单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量除在4、8、9月份呈下降趋势,而6月份呈显著增加趋势外,其余各月份基本保持不变。灌区总的作物需水量和灌溉需水量的下降主要是由农作物种植面积大量减少所致,种植结构的变化对其影响较小,但灌区种植结构调整后的作物需水量状况更符合区域有效降水特点。     

松辽流域灌溉用水过程模拟及分析

随着人类活动对于流域水循环过程影响的加深,水资源演化机制发生了深刻的变化,其中农业灌溉用水是最为重要的影响因素.研究流域农业灌溉用水模拟和分析方法,对于研究水资源评价、水资源合理配置具有重要的意义.基于二元流域水循环模式,采用联合国粮农组织推荐的Penman-Monteith公式,利用已有的气候和作物资料计算了松辽流域30个三级区21 a逐日的参考作物需水量和逐旬的综合灌溉需水量,结合气象观测和用水统计资料对模拟结果进行了分析和验证.结果表明:松辽流域参考作物需水量ET0呈不显著增加的趋势,只有西辽河下游、柳河口以上、绥芬河3个三级区的ET0呈不显著减小的趋势,其他27个三级区ET0均呈增加趋势,其中3个三级区呈显著增加趋势,逐年灌溉需水量总体趋势表现为显著增加.     

土壤水资源量分析在确定作物灌溉定额中的具体应用

土壤水为土壤层内的非饱和水体,广泛分布于陆地表层,是地表水与地下水相互转化的纽带,又是植物生长的必要水源,在我国北方地区,降水量较少,水资源贫乏,土壤水资源的多少对农作物种植、生长起着关键作用,特别是在没有灌溉条件的地区尤为重要.对土壤水资源做出正确的评价,是农作物合理布局及制定适宜的灌溉制度,以科学利用水资源的前提.土壤水资源量数量的多少和时空分布特点,决定了农业结构及作物种类,也决定了种植制度和栽培措施.充分合理的利用土壤水资源,是农业生产活动中的重要一环.通过调整种植制度、采用作物品种与土壤水资源分配相吻合等措施,充分利用土壤水资源进行农业生产,尤其是对于水资源短缺的区域,通过调整农业结构,精确确定灌溉定额,可以减少地下水的抽取,提高节水效益,促进水资源的可持续利用.     

农作物调亏灌溉技术研究--评《调亏灌溉对旱稻生长的影响》

我国是一个水资源紧缺的国家,各个行业用水矛盾日益凸显,其中农业用水量占据了全国用水量的70%左右。在用水形势严峻的环境下发展节水农业是实现水资源可持续利用的重要措施。其中,调亏灌溉就是节水灌溉技术之一,其通过科学的灌溉制度控制农作物的灌溉用水,刺激作物根系补偿生长功能,以达到提升农作物产量、品质、节约灌溉用水的目的。《调亏灌溉对旱稻生长的影响》一书是针对调亏灌溉技术进行研究的著作,该书主要内容包括绪论、调亏灌溉的理论基础、调亏灌溉对旱稻种子萌发及幼苗的影响、调亏灌溉对巴西陆稻IAPAR9根及根冠比的影响、调亏灌溉对巴西陆稻IAPAR9生理的影响、调亏灌溉对巴西陆稻IAPAR9氮磷钾含量的影响等.     

国内外农田节水灌溉新技术

我国是一个发展中的农业大国,也是水资源严重短缺的国家,人均水资源占有量排在世界第109位,仅为世界平均水平的1/4。同时我国又是用水大户,其中农业用水量约占国民经济总用水量的80%以上,但有效利用率却只有30%～40%。如何提高水资源利用率,解决农业用水短缺一直是人们共同关心的问题。目前,我国正在大力实施节水灌溉,国内外先进的农田节水灌溉新技术为实现这一宏伟工程提供了技术支撑,对研究农业节水工作有所启迪。1.精确灌溉农业精确灌溉技术是以大田耕作为基础,按照作物生长过程的需水要求,使用现代化的监测手段,对作物的每个生育阶段以…     

粮食安全视域下农业水价改革空间研究

为实现农业水资源节约与保障粮食安全双重目标,提供农业水价改革优化策略.基于2020年河北省4个小麦典型产区农户调研数据,利用标准彭曼公式测算小麦正常生长节水空间,进而基于农业灌溉用水需求价格弹性计算恰好满足小麦正常生长需水量的农业水价,在粮食安全视域下探讨农业水价调整空间.研究结果表明:针对小麦生产,当前农业水价可逐步上涨至0.546元/m3,不同地区由于资源禀赋的差异使得水价上涨空间存在差异;单位面积小麦种植成本和节水技术应用成本与农业灌溉用水量呈现显著正相关关系.建议农业水价定价要因地制宜,充分考虑地区环境差异、作物种类差异、资源禀赋差异等因素;农业水价适度提升的同时,通过实施节水奖励与用水补贴兼顾保障农民收益与粮食生产的双重作用.     

滇中高原区农业灌溉研究

滇中是云南省的农业经济核心区,城市发展大量挤占农业用水,水资源紧缺和不合理用水加剧农业灌溉供需矛盾,从需要与可能综合分析提出滇中的农业灌溉发展趋势,以及相应的灌溉需水量和节水水平。并分析了滇中地区的农业灌溉需水规律,达到支撑滇中调水工程水资源合理配置的目的。     

基于多源遥感数据的黄岛区农业用水量动态监测系统研究

本研究利用多源遥感数据的农业生态环境信息快速提取技术,开发基于多源遥感数据的黄岛区农业用水量动态监测系统,进行农作物的长势及灌溉需水量、用水量的动态监测,为黄岛区农业生产和区域用水总量监测工作提供及时准确的监测与评估信息,为落实最严格的水资源管理制度,提高黄岛区农业灌溉用水效率提供技术支持.     

绿地精准灌溉控制系统设计与最优灌溉量分析

为了提高绿地精准灌溉控制系统中两点法测量土壤墒情的测量精度,通过对土壤水分传感器一体化的研究,设计了双层复合土壤水分传感器,相比于传统的两个传感器策略,使用该复合型土壤水分传感器测量结果更加精确,且降低了能耗。为了获得绿地作物的最优灌溉量,确保灌溉水不浪费且能满足作物正常生长的需求,以高羊茅为例,通过实验,在综合分析高羊茅生长需求、土壤墒情和部分气象资料的基础上,得出适合于高羊茅的最优灌溉量为12 mm。     

柳园口灌区作物ET_0变化及节水灌溉模式研究

为了研究黄河下游灌区作物需水量变化规律,以柳园口灌区为例,采用国际上通用的Penman公式,分析研究主要参考作物的需水量变化情况,并结合引黄河水流量与含沙量的变化特点,探讨了灌区节水灌溉模式。研究表明:柳园口灌区ET_0呈近年来处于稳定态势,整体略有下降,主要农作物受生长季节和生育周期的限制,棉花生育期需水量大于小麦,小麦的需水量大于玉米。结合黄河来水来沙分布情况,引导灌区适时使用引黄灌溉和井灌的灌溉模式,充分发挥有限水资源的最大效益。     

旱田节水灌溉智能监控系统的研究

针对旱田灌溉规模的不断扩大,水资源供需矛盾的日益加深,为减少水资源的浪费、提高水的利用率,设计基于单片机的旱田节水灌溉智能监控系统。本系统采用计算机技术、嵌入式微处理器技术、无线传感器技术和智能控制技术相结合,通过在田间部署无线传感器节点,对土壤墒情进行实时监测,同时也为实现田间作物生长所需要的水分提供灌溉依据,对作物进行有效的灌溉控制。系统可以很好地实现对田间土壤墒情的监测和对作物生长时期所需要的水分进行自动灌溉控制,提高灌溉用水的利用率和灌溉效率。     

基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统(英）

在精细农业相关应用和理论研究基础上,自行设计用于监测农田水分含量和水层高度的无线传感器,构建农田水分无线传感器网络体系结构,设计基于水分无线传感器网络的智能节水灌溉控制系统,通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策,由灌溉控制系统实施定量灌溉。实际应用表明,该系统体现出可行性和高效性,有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。     

基于作物ET_p的智能灌溉控制系统实现方式

常用的时序灌溉控制器,可以通过灌水调节比例的设定,将其变成智能的灌溉控制器系统。灌水调节比例可根据现场作物的实际需水量计算后得到。根据联合国粮农组织(FAO)推荐的参考作物蒸腾量ET0、作物生长阶段的作物需水综合系数Kc,通过计算公式(2)得到作物的实时的需水量ETp。通过这个实时的需水量对应要求的灌水时间T′r与控制器上原来设定作物需水量的灌水时间Tr对比计算出调整的比例p,来实现智能化灌溉,完成灌溉控制系统的改造。这是一种智能化灌溉控制系统的实现方式。     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。