本发明涉及设施蔬菜灌溉技术，更具体地，涉及设施蔬菜膜下滴灌智能灌溉决策系统。
背景技术：
目前，设施蔬菜主推的高效节水灌溉方式为滴灌，但滴灌工程建设完成并投入使用后，农户在灌溉过程中仍存在以下问题：(1)农民现状灌水情况多数凭经验，没有科学的研究成果作为理论指导；(2)农民节水意识淡薄，灌水不节制，浪费水的现象仍然存在；(3)现有高效节水灌溉技术集成度不高，没有及时有效的形成可复制推广的高效节水灌溉模式；(4)灌水过程仍然需要人工来控制，费时费力。
另外，与其他的农作物相比，蔬菜对水的需求比较敏感，土壤中水分的多少对蔬菜的产量影响非常大，因此需要经常灌水以保持土壤中水分在一定的水平。其他农作物例如玉米—相比之下对水的需求较不敏感，在整个作物的生长期内定时定次数灌溉即可。因此，凭感觉或经验灌水，或定时灌水，要么灌水量大于蔬菜需求量，造成浪费水的现象，要么灌水少于蔬菜需求量，造成蔬菜产量低，这均会导致水分生产效率低下。
因此，需要综合考虑以上灌溉过程中存在的问题，研发出一种现代化的农业节水智能灌溉决策系统，实现灌溉信息的自动诊断、灌溉过程的智能控制、灌溉用水的精准计量等功能，同时达到省时省工、节约用水的目的。
技术实现要素：
针对现有高效节水灌溉技术集成度不高、适用性不强，科学的灌水方法尚未应用于生产，存在灌水时间及灌水量不适宜、未按作物的需求灌水等缺点，本发明提出了一种可复制可推广的设施农业高效节水智能灌溉决策系统，用以指导现代农业节水灌溉。
为实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：
一种设施蔬菜膜下滴灌智能灌溉决策系统，包括：
决策系统1；
中心控制系统2，与所述决策系统1联通；
机井智能计量系统3，与所述中心控制系统2联通；
灌溉系统4，与所述机井智能计量系统3联通；
其中所述决策系统1用于监测设施蔬菜计划湿润层深度内的土壤水分含量，并且实时传输不同深度土壤含水量信息至所述中心控制系统2；
所述中心控制系统2用于根据所述土壤含水量信息，判断蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，则计算灌水量，发布灌水指令至所述机井智能计量系统3；
所述机井智能计量系统3接收到灌水指令后，开启水泵及所述灌溉系统4，按照计算所得灌水量进行定量灌溉；
在灌溉了计算所得的灌水量之后，所述机井智能计量系统3停止供水，并且所述灌溉系统4关闭；
其中，所述中心控制系统2根据所计算出的土壤含水量是否低于预先设置的土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限值，来判断作物是否需要灌溉，若低于所述土壤适宜含水率下限，则判定为需要灌溉；
所述中心控制系统2计算所述灌水量时，计算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
m为灌水量，单位为m3；
p为土壤湿润比，单位为百分比；
θmax为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率上限，为田间持水量的百分比；
θmin为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限，为田间持水量的百分比；
h为土壤湿润层深度，单位为m；
s为灌水区域的面积，单位为m2。
进一步地，所述中心控制系统2包括数据库21、微处理器22、中控室23和手机客户端24。
进一步地，所述机井智能计量系统3包括机井智能计量控制终端31、水泵32、流量计33和gprs通讯模块34，所述gprs通讯模块34与所述数据库21连接，所述微处理器22与所述机井智能计量控制终端31连接。
进一步地，所述灌溉系统4包括电磁阀41和滴灌系统42，所述流量计33与所述电磁阀41连接。
进一步地，所述决策系统1包括多深度土壤水分传感器11和gprs通讯模块12，所述gprs通讯模块12与所述数据库21连接。
此外，所述设施蔬菜包括叶菜类蔬菜、果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜。
进一步地，所述叶菜类蔬菜的土壤适宜含水率下限可为田间持水量的65％-75％，所述果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜的土壤适宜含水率下限可为田间持水量的75％-85％。
进一步地，对于叶菜类蔬菜，土壤湿润层深度h可为0.2m；对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜，土壤湿润层深度h可为0.3m。
进一步地，所述土壤适宜含水率上限可为田间持水量的95％-100％。
此外，所述土壤湿润比p可取80％-90％，本领域技术人员可以根据需要来选择适当的值。
本发明可实时监控设施蔬菜的根区土壤水分动态变化，掌握作物需水信息，监控灌溉用水情况，可有效提高灌溉水的利用效率，减少用工，降低管理成本，提高经济效益。
附图说明
图1为本发明的设施蔬菜膜下滴灌智能灌溉决策系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1，提供了一种设施蔬菜膜下滴灌智能灌溉决策系统，可包括：
决策系统1；中心控制系统2，与决策系统1联通；机井智能计量系统3，与中心控制系统2联通；灌溉系统4，与机井智能计量系统3联通；其中决策系统1用于监测设施蔬菜计划湿润层深度内的土壤水分含量，并且实时传输不同深度土壤含水量信息至中心控制系统2；中心控制系统2用于根据所述土壤含水量信息，判断蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，则计算灌水量，发布灌水指令至机井智能计量系统3；机井智能计量系统3接收到灌水指令后，开启水泵及灌溉系统4，按照计算所得灌水量进行定量灌溉；在灌溉了计算所得的灌水量之后，机井智能计量系统3停止供水，并且灌溉系统4关闭。
下面结合附图更详细地说明各个组成部分。
决策系统1可包括多深度土壤水分传感器11和gprs通讯模块12。多深度土壤水分传感器11例如可以为插针式土壤水分传感器、导管式水分仪等。本领域技术人员基于本发明的教导，可以根据待测量的土壤以及待灌溉的作物来选择适当传感器，并适当布置多深度土壤水分传感器11的数量、深度和位置。多深度土壤水分传感器11用于监测设施蔬菜计划湿润层深度内的土壤水分含量，gprs通讯模块12可以接收水分传感器11的感测数据，即土壤中含水量信息，并将数据传输给中心控制系统2。
中心控制系统2可包括数据库21、微处理器22、中控室23和手机客户端24，用于根据土壤含水量信息，判断蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，则计算灌水量，发布灌水指令至机井智能计量系统3。其中决策系统1的gprs通讯模块12与数据库21连接。中控室23例如可以为台式电脑终端、笔记本电脑终端等，可根据实际应用来设置。数据库21用来接收gprs通讯模块12发送的水分传感器11的感测数据。微处理器22调用数据库21中的水分传感器11的感测数据，即土壤含水量信息，判断蔬菜是否需要灌溉，若需灌溉，则计算灌水量，并将灌水量信息发送至中控室23和手机客户端24。中控室23或手机客户端24可以自动地或由工作人员手动地将灌水指令发送至机井智能计量控制终端31。
其中中心控制系统2根据土壤含水量是否低于预先设置的土壤适宜含水率下限值，来判断作物是否需要灌溉，若低于所述土壤适宜含水率下限，则判定为需要灌溉。
中心控制系统2计算所述灌水量时，计算模式如下：
m＝p×(θmax-θmin)×h×s
其中m为灌水量，单位为m3；p为土壤湿润比，是指湿润土体体积与整个计划湿润层土体的比值，单位为百分比，可取80％-90％，因滴灌带双行布置，优选取90％；θmax为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率上限，为田间持水量的百分比；θmin为土壤计划湿润层深度内土壤适宜含水率下限，为田间持水量的百分比；h为土壤湿润层深度，单位为m；s为灌水区域的面积，单位为m2。
其中田间持水量为在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量(土水势或土壤水吸力达到一定数值)，是大多数植物可利用的土壤水上限。被认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高的土壤水含量，且被认为是一个常数，常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标。
机井智能计量系统3可包括机井智能计量控制终端31、水泵32、流量计33和gprs通讯模块34，其中gprs通讯模块34与数据库21连接，微处理器22与机井智能计量控制终端31连接。机井智能计量控制终端31例如可以为机井智能控制器、机井灌溉控制器等，可以根据实际情况来布置。机井智能计量控制终端31接收到中控室23或手机客户端24发送的灌水指令后开启水泵32，经流量计33计量用水量。gprs通讯模块34用于实时传输用水信息至数据库21。
灌溉系统4可包括电磁阀41和滴灌系统42，机井智能计量系统3的流量计33与电磁阀41连接。可以根据土壤、地形以及待灌溉的作物来布置滴灌系统42，此为本领域中的公知技术，不再赘述。当机井智能计量控制终端31接收到中控室23或手机客户端24发送的灌水指令后开启水泵32时，机井智能计量控制终端31同时开启电磁阀41，滴灌系统42开始灌溉。
在灌溉了微处理器22所计算出的灌水量之后，机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41，停止灌溉。
当机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41时，微处理器22自动记录每次灌水的信息，包括灌水开始时间、结束时间、灌水历时、灌水量等。
此外，设施蔬菜包括叶菜类蔬菜、果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜；叶菜类蔬菜的土壤适宜含水率下限为田间持水量的65％-75％，果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜的土壤适宜含水率下限为田间持水量的75％-85％；对于叶菜类蔬菜，土壤湿润层深度h为0.2m；对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜，土壤湿润层深度h为0.3m；土壤适宜含水率上限为田间持水量的95％-100％。
在本发明中，土壤适宜含水率上限可取田间持水量的95％-100％，能更好的满足蔬菜的生长；对于叶菜类蔬菜，土壤适宜含水率下限为田间持水量的65％-75％，对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜，土壤适宜含水率下限为田间持水量的75％-85％；可有效提高作物的水分利用效率及作物生长品质，指导设施蔬菜节水灌溉。
实施例1
以种植苦苣为例：
首先，实时监测种植苦苣的土壤的含水量，此步骤可以由多深度土壤水分传感器11将土壤含水量信息传送给微处理器22，由微处理器22进行判断。
当土壤含水量低于苦苣的土壤适宜含水率下限θmin(田间持水量的65％-75％)时，微处理器22认定为苦苣需要灌溉。
接着由微处理器22通过计划湿润层内土壤含水量与适宜含水率上限的差距，计算灌水量，使用上文所述计算模式进行计算。
对于苦苣这种叶菜类蔬菜，h取0.2m，在某一试验区内，p取90％，田间持水量为30％，θmax取田间持水量的100％，θmin取田间持水量的比例如下表(1)所示。
接着，微处理器22将灌水量信息传输至中控室23及手机客户端24。
中控室23或手机客户端24将灌水指令发送至机井智能计量控制终端31。
机井智能计量控制终端31接收到灌水指令后开启水泵32，经流量计33计量用水量，同时开启电磁阀41，经滴灌系统42开始灌溉。
在灌溉了微处理器22所计算出的灌水量之后，机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41，停止灌溉。
其中，当机井智能计量控制终端31接收到灌水指令后开启水泵32，经流量计33计量用水量，同时开启电磁阀41，经滴灌系统42开始灌溉时，由gprs通讯模块34实时传输用水信息至数据库21；
当机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41时，微处理器22自动记录每次灌水的信息，包括灌水开始时间、结束时间、灌水历时、灌水量等。
经过试验，得出苦苣的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
实施例2
以与实施例1同样的方法种植白菜，得出相应的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
实施例3
以与实施例1同样的方法种植娃娃菜，得出相应的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
实施例4
以种植樱桃西红柿为例：
首先，实时计算种植植樱桃西红柿的土壤的含水量，此步骤可以由多深度土壤水分传感器11将土壤含水量信息传送给微处理器22，由微处理器22进行判断。
当土壤含水量低于植樱桃西红柿的土壤适宜含水率下限θmin(田间持水量的75％-85％)时，微处理器22认定为植樱桃西红柿需要灌溉。
接着由微处理器22通过计划湿润层内土壤含水量与适宜含水率上限的差距，计算灌水量，使用上文所述计算模式进行计算。
对于樱桃西红柿这种果菜类蔬菜，h取0.3m，在某一试验区内，p取90％，田间持水量为30％，θmax取田间持水量的100％，θmin取田间持水量的比例如下表(1)所示。
接着，微处理器22将灌水量信息传输至中控室23及手机客户端24。
中控室23或手机客户端24将灌水指令发送至机井智能计量控制终端31。
机井智能计量控制终端31接收到灌水指令后开启水泵32，经流量计33计量用水量，同时开启电磁阀41，经滴灌系统42开始灌溉。
在灌溉了微处理器22所计算出的灌水量之后，机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41，停止灌溉。
其中，当机井智能计量控制终端31接收到灌水指令后开启水泵32，经流量计33计量用水量，同时开启电磁阀41，经滴灌系统42开始灌溉时，由gprs通讯模块34实时传输用水信息至数据库21；
当机井智能计量控制终端31自动关闭水泵32及电磁阀41时，微处理器22自动记录每次灌水的信息，包括灌水开始时间、结束时间、灌水历时、灌水量等。
经过试验，得出樱桃西红柿的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
实施例5
以与实施例4同样的方法种植青椒，得出相应的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
实施例6
以与实施例4同样的方法种植西葫芦，得出相应的产量及水分生产效率对比表如下表(1)所示。
表(1)
由上表可以看出，采用实时监控的灌溉方法，结果如下：
当灌水下限为75％时，苦苣产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高；
当灌水下限为70％时，白菜产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高；
当灌水下限为70％时，娃娃菜产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高；
当灌水下限为75％时，樱桃西红柿产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高；
当灌水下限为85％时，青椒产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高；
当灌水下限为80％时，西葫芦产量最高，耗水量最少，水分生产效率最高。
对于叶菜类蔬菜，当灌水下限位于65％-75％这个范围之外时，产量和水分生产效率均下降；对于果菜类蔬菜及瓜果类蔬菜，当灌水下限位于75％-85％这个范围之外时，产量和水分生产效率也均下降。
本发明能够根据作物的生长习性及耗水规律适时适量的完成作物需水量灌溉，实现灌溉信息的自动诊断、灌溉过程的智能控制、灌溉用水的精准计量等功能，达到省时省工、节约用水的目的，同时还能保证设施蔬菜的优质高产。
本发明还可实时监控设施蔬菜的土壤水分动态变化，掌握作物灌水信息，监控灌溉用水情况，可有效提高灌溉水的利用效率，减少用工，降低管理成本，提高经济效益。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改，例如，对于个别流程步骤所采用的方式、工具等方面的更换，若没有产生超出本案之外的有益效果，则都应该在本案的保护范围内。