本發明涉及設施蔬菜灌溉技術，更具體地，涉及設施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統。
背景技術：
目前，設施蔬菜主推的高效節水灌溉方式為滴灌，但滴灌工程建設完成并投入使用后，農戶在灌溉過程中仍存在以下問題：(1)農民現狀灌水情況多數憑經驗，沒有科學的研究成果作為理論指導；(2)農民節水意識淡薄，灌水不節制，浪費水的現象仍然存在；(3)現有高效節水灌溉技術集成度不高，沒有及時有效的形成可復制推廣的高效節水灌溉模式；(4)灌水過程仍然需要人工來控制，費時費力。
另外，與其他的農作物相比，蔬菜對水的需求比較敏感，土壤中水分的多少對蔬菜的產量影響非常大，因此需要經常灌水以保持土壤中水分在一定的水平。其他農作物例如玉米—相比之下對水的需求較不敏感，在整個作物的生長期內定時定次數灌溉即可。因此，憑感覺或經驗灌水，或定時灌水，要么灌水量大于蔬菜需求量，造成浪費水的現象，要么灌水少于蔬菜需求量，造成蔬菜產量低，這均會導致水分生產效率低下。
因此，需要綜合考慮以上灌溉過程中存在的問題，研發出一種現代化的農業節水智能灌溉決策系統，實現灌溉信息的自動診斷、灌溉過程的智能控制、灌溉用水的精準計量等功能，同時達到省時省工、節約用水的目的。
技術實現要素：
針對現有高效節水灌溉技術集成度不高、適用性不強，科學的灌水方法尚未應用于生產，存在灌水時間及灌水量不適宜、未按作物的需求灌水等缺點，本發明提出了一種可復制可推廣的設施農業高效節水智能灌溉決策系統，用以指導現代農業節水灌溉。
為實現本發明的上述目的，采用以下技術方案：
一種設施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統，包括：
決策系統1；
中心控制系統2，與所述決策系統1聯通；
機井智能計量系統3，與所述中心控制系統2聯通；
灌溉系統4，與所述機井智能計量系統3聯通；
其中所述決策系統1用于監測設施蔬菜計劃濕潤層深度內的土壤水分含量，并且實時傳輸不同深度土壤含水量信息至所述中心控制系統2；
所述中心控制系統2用于根據所述土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發布灌水指令至所述機井智能計量系統3；
所述機井智能計量系統3接收到灌水指令后，開啟水泵及所述灌溉系統4，按照計算所得灌水量進行定量灌溉；
在灌溉了計算所得的灌水量之后，所述機井智能計量系統3停止供水，并且所述灌溉系統4關閉；
其中，所述中心控制系統2根據所計算出的土壤含水量是否低于預先設置的土壤計劃濕潤層深度內土壤適宜含水率下限值，來判斷作物是否需要灌溉，若低于所述土壤適宜含水率下限，則判定為需要灌溉；
所述中心控制系統2計算所述灌水量時，計算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
m為灌水量，單位為m3；
p為土壤濕潤比，單位為百分比；
θmax為土壤計劃濕潤層深度內土壤適宜含水率上限，為田間持水量的百分比；
θmin為土壤計劃濕潤層深度內土壤適宜含水率下限，為田間持水量的百分比；
h為土壤濕潤層深度，單位為m；
s為灌水區域的面積，單位為m2。
進一步地，所述中心控制系統2包括數據庫21、微處理器22、中控室23和手機客戶端24。
進一步地，所述機井智能計量系統3包括機井智能計量控制終端31、水泵32、流量計33和gprs通訊模塊34，所述gprs通訊模塊34與所述數據庫21連接，所述微處理器22與所述機井智能計量控制終端31連接。
進一步地，所述灌溉系統4包括電磁閥41和滴灌系統42，所述流量計33與所述電磁閥41連接。
進一步地，所述決策系統1包括多深度土壤水分傳感器11和gprs通訊模塊12，所述gprs通訊模塊12與所述數據庫21連接。
此外，所述設施蔬菜包括葉菜類蔬菜、果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜。
進一步地，所述葉菜類蔬菜的土壤適宜含水率下限可為田間持水量的65％-75％，所述果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜的土壤適宜含水率下限可為田間持水量的75％-85％。
進一步地，對于葉菜類蔬菜，土壤濕潤層深度h可為0.2m；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤濕潤層深度h可為0.3m。
進一步地，所述土壤適宜含水率上限可為田間持水量的95％-100％。
此外，所述土壤濕潤比p可取80％-90％，本領域技術人員可以根據需要來選擇適當的值。
本發明可實時監控設施蔬菜的根區土壤水分動態變化，掌握作物需水信息，監控灌溉用水情況，可有效提高灌溉水的利用效率，減少用工，降低管理成本，提高經濟效益。
附圖說明
圖1為本發明的設施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步描述。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“連接”應做廣義理解，例如可以是固定連接，也可以是可拆卸式連接，或一體式連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
參考圖1，提供了一種設施蔬菜膜下滴灌智能灌溉決策系統，可包括：
決策系統1；中心控制系統2，與決策系統1聯通；機井智能計量系統3，與中心控制系統2聯通；灌溉系統4，與機井智能計量系統3聯通；其中決策系統1用于監測設施蔬菜計劃濕潤層深度內的土壤水分含量，并且實時傳輸不同深度土壤含水量信息至中心控制系統2；中心控制系統2用于根據所述土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發布灌水指令至機井智能計量系統3；機井智能計量系統3接收到灌水指令后，開啟水泵及灌溉系統4，按照計算所得灌水量進行定量灌溉；在灌溉了計算所得的灌水量之后，機井智能計量系統3停止供水，并且灌溉系統4關閉。
下面結合附圖更詳細地說明各個組成部分。
決策系統1可包括多深度土壤水分傳感器11和gprs通訊模塊12。多深度土壤水分傳感器11例如可以為插針式土壤水分傳感器、導管式水分儀等。本領域技術人員基于本發明的教導，可以根據待測量的土壤以及待灌溉的作物來選擇適當傳感器，并適當布置多深度土壤水分傳感器11的數量、深度和位置。多深度土壤水分傳感器11用于監測設施蔬菜計劃濕潤層深度內的土壤水分含量，gprs通訊模塊12可以接收水分傳感器11的感測數據，即土壤中含水量信息，并將數據傳輸給中心控制系統2。
中心控制系統2可包括數據庫21、微處理器22、中控室23和手機客戶端24，用于根據土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，發布灌水指令至機井智能計量系統3。其中決策系統1的gprs通訊模塊12與數據庫21連接。中控室23例如可以為臺式電腦終端、筆記本電腦終端等，可根據實際應用來設置。數據庫21用來接收gprs通訊模塊12發送的水分傳感器11的感測數據。微處理器22調用數據庫21中的水分傳感器11的感測數據，即土壤含水量信息，判斷蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，則計算灌水量，并將灌水量信息發送至中控室23和手機客戶端24。中控室23或手機客戶端24可以自動地或由工作人員手動地將灌水指令發送至機井智能計量控制終端31。
其中中心控制系統2根據土壤含水量是否低于預先設置的土壤適宜含水率下限值，來判斷作物是否需要灌溉，若低于所述土壤適宜含水率下限，則判定為需要灌溉。
中心控制系統2計算所述灌水量時，計算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
其中m為灌水量，單位為m3；p為土壤濕潤比，是指濕潤土體體積與整個計劃濕潤層土體的比值，單位為百分比，可取80％-90％，因滴灌帶雙行布置，優選取90％；θmax為土壤計劃濕潤層深度內土壤適宜含水率上限，為田間持水量的百分比；θmin為土壤計劃濕潤層深度內土壤適宜含水率下限，為田間持水量的百分比；h為土壤濕潤層深度，單位為m；s為灌水區域的面積，單位為m2。
其中田間持水量為在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發，經過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩定的土壤水含量(土水勢或土壤水吸力達到一定數值)，是大多數植物可利用的土壤水上限。被認為是土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數，常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標。
機井智能計量系統3可包括機井智能計量控制終端31、水泵32、流量計33和gprs通訊模塊34，其中gprs通訊模塊34與數據庫21連接，微處理器22與機井智能計量控制終端31連接。機井智能計量控制終端31例如可以為機井智能控制器、機井灌溉控制器等，可以根據實際情況來布置。機井智能計量控制終端31接收到中控室23或手機客戶端24發送的灌水指令后開啟水泵32，經流量計33計量用水量。gprs通訊模塊34用于實時傳輸用水信息至數據庫21。
灌溉系統4可包括電磁閥41和滴灌系統42，機井智能計量系統3的流量計33與電磁閥41連接。可以根據土壤、地形以及待灌溉的作物來布置滴灌系統42，此為本領域中的公知技術，不再贅述。當機井智能計量控制終端31接收到中控室23或手機客戶端24發送的灌水指令后開啟水泵32時，機井智能計量控制終端31同時開啟電磁閥41，滴灌系統42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
當機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結束時間、灌水歷時、灌水量等。
此外，設施蔬菜包括葉菜類蔬菜、果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜；葉菜類蔬菜的土壤適宜含水率下限為田間持水量的65％-75％，果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜的土壤適宜含水率下限為田間持水量的75％-85％；對于葉菜類蔬菜，土壤濕潤層深度h為0.2m；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤濕潤層深度h為0.3m；土壤適宜含水率上限為田間持水量的95％-100％。
在本發明中，土壤適宜含水率上限可取田間持水量的95％-100％，能更好的滿足蔬菜的生長；對于葉菜類蔬菜，土壤適宜含水率下限為田間持水量的65％-75％，對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，土壤適宜含水率下限為田間持水量的75％-85％；可有效提高作物的水分利用效率及作物生長品質，指導設施蔬菜節水灌溉。
實施例1
以種植苦苣為例：
首先，實時監測種植苦苣的土壤的含水量，此步驟可以由多深度土壤水分傳感器11將土壤含水量信息傳送給微處理器22，由微處理器22進行判斷。
當土壤含水量低于苦苣的土壤適宜含水率下限θmin(田間持水量的65％-75％)時，微處理器22認定為苦苣需要灌溉。
接著由微處理器22通過計劃濕潤層內土壤含水量與適宜含水率上限的差距，計算灌水量，使用上文所述計算模式進行計算。
對于苦苣這種葉菜類蔬菜，h取0.2m，在某一試驗區內，p取90％，田間持水量為30％，θmax取田間持水量的100％，θmin取田間持水量的比例如下表(1)所示。
接著，微處理器22將灌水量信息傳輸至中控室23及手機客戶端24。
中控室23或手機客戶端24將灌水指令發送至機井智能計量控制終端31。
機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經滴灌系統42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
其中，當機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經滴灌系統42開始灌溉時，由gprs通訊模塊34實時傳輸用水信息至數據庫21；
當機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結束時間、灌水歷時、灌水量等。
經過試驗，得出苦苣的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
實施例2
以與實施例1同樣的方法種植白菜，得出相應的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
實施例3
以與實施例1同樣的方法種植娃娃菜，得出相應的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
實施例4
以種植櫻桃西紅柿為例：
首先，實時計算種植植櫻桃西紅柿的土壤的含水量，此步驟可以由多深度土壤水分傳感器11將土壤含水量信息傳送給微處理器22，由微處理器22進行判斷。
當土壤含水量低于植櫻桃西紅柿的土壤適宜含水率下限θmin(田間持水量的75％-85％)時，微處理器22認定為植櫻桃西紅柿需要灌溉。
接著由微處理器22通過計劃濕潤層內土壤含水量與適宜含水率上限的差距，計算灌水量，使用上文所述計算模式進行計算。
對于櫻桃西紅柿這種果菜類蔬菜，h取0.3m，在某一試驗區內，p取90％，田間持水量為30％，θmax取田間持水量的100％，θmin取田間持水量的比例如下表(1)所示。
接著，微處理器22將灌水量信息傳輸至中控室23及手機客戶端24。
中控室23或手機客戶端24將灌水指令發送至機井智能計量控制終端31。
機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經滴灌系統42開始灌溉。
在灌溉了微處理器22所計算出的灌水量之后，機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41，停止灌溉。
其中，當機井智能計量控制終端31接收到灌水指令后開啟水泵32，經流量計33計量用水量，同時開啟電磁閥41，經滴灌系統42開始灌溉時，由gprs通訊模塊34實時傳輸用水信息至數據庫21；
當機井智能計量控制終端31自動關閉水泵32及電磁閥41時，微處理器22自動記錄每次灌水的信息，包括灌水開始時間、結束時間、灌水歷時、灌水量等。
經過試驗，得出櫻桃西紅柿的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
實施例5
以與實施例4同樣的方法種植青椒，得出相應的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
實施例6
以與實施例4同樣的方法種植西葫蘆，得出相應的產量及水分生產效率對比表如下表(1)所示。
表(1)
由上表可以看出，采用實時監控的灌溉方法，結果如下：
當灌水下限為75％時，苦苣產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高；
當灌水下限為70％時，白菜產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高；
當灌水下限為70％時，娃娃菜產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高；
當灌水下限為75％時，櫻桃西紅柿產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高；
當灌水下限為85％時，青椒產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高；
當灌水下限為80％時，西葫蘆產量最高，耗水量最少，水分生產效率最高。
對于葉菜類蔬菜，當灌水下限位于65％-75％這個范圍之外時，產量和水分生產效率均下降；對于果菜類蔬菜及瓜果類蔬菜，當灌水下限位于75％-85％這個范圍之外時，產量和水分生產效率也均下降。
本發明能夠根據作物的生長習性及耗水規律適時適量的完成作物需水量灌溉，實現灌溉信息的自動診斷、灌溉過程的智能控制、灌溉用水的精準計量等功能，達到省時省工、節約用水的目的，同時還能保證設施蔬菜的優質高產。
本發明還可實時監控設施蔬菜的土壤水分動態變化，掌握作物灌水信息，監控灌溉用水情況，可有效提高灌溉水的利用效率，減少用工，降低管理成本，提高經濟效益。
上述對實施例的描述是為了便于該技術領域的普通技術人員能夠理解和應用本案技術，熟悉本領域技術的人員顯然可輕易對這些實例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本案不限于以上實施例，本領域的技術人員根據本案的揭示，對于本案做出的改進和修改，例如，對于個別流程步驟所采用的方式、工具等方面的更換，若沒有產生超出本案之外的有益效果，則都應該在本案的保護范圍內。