本发明涉及一种计算机软硬件系统领域，具体涉及生态灌区智能高效管理系统。
背景技术：
：灌区一般是指有可靠水源和引、输、配水渠道系统和相应排水沟道的灌溉面积，是人类经济活动的产物，随社会经济的发展而发展。灌区是一个半人工的生态系统，它是依靠自然环境提供的光、热、土壤资源，加上人为选择的作物和安排的作物种植比例等人工调控手段而组成的一个具有很强的社会性质的开放式生态系统。灌区由于面积大、灌排水建筑物分布具有差异性、地势高低不一、作物类型多样等特点，造成了同一时间不同区域水肥状况可能存在较大的差异，这使得以定期巡查、灌水、施肥方式为主的人工管理模式耗费大量的人力，不能实现及时地按需供水施肥。此外不具备预见性的灌水、施肥，不利于减少因降水产生的田间排水，容易出现水田灌水后无法储蓄降雨，对外排水带走大量水、肥、药的现象，造成面源污染。技术实现要素：本发明正是针对以上技术问题，提供一种效益良好、运行可靠的生态灌区智能高效管理系统。本发明主要通过以下技术方案来实现。生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机、操作员，所述中心计算机部署在灌区管理中心，所述操作员通过智能人机交互系统对中心计算机进行控制，并在所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，所述中心计算机接受到来自水位/水分传感器、水质监测仪的数据，然后通过所述中心计算机上运行基于天气预报数据的作物需水量（et）预测程序、基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断系统、基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器安装在田间，所述水质监测仪安装在生态排水沟首末端。灌排水系统包括灌排水泵站、灌排水闸门、灌排水阀门。所述中心计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（et）预测程序中的天气预报信息从网络天气预报api接口自动导入并参与计算。所述水位/水分传感器、水质监测仪与中心计算机之间采用无线传输方式。所述中心计算机上水分亏缺诊断系统对作物冠层红外图像的获取、氮素亏缺诊断系统对作物冠层可见光图像的获取均可采用无人机或高空气球平台拍摄，也可采用智能手机拍摄，并经软件处理后与计算机共享数据。所述计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（et）预测程序、水分亏缺诊断系统、氮素亏缺诊断系统以长期种植经验得出的作物全生育期最适逐日田间水肥量范围为灌溉保障目标。所述计算机上运行的作物需水量（et）预测程序中的天气预报数据从网络天气预报api接口自动导入并参与计算，其算法为采用天气预报的信息代入修正的hargreaves方法、简化彭曼法、智能算法、时间序列法等模型，计算得到参考作物蒸发蒸腾量（et0）,根据et0乘以指定作物的作物系数（kc），最终得到作物需水量（et）。本发明通过利用监测田间水位、土壤水分传感器以及基于作物冠层红外图像的水分亏缺诊断技术，获取田间水分实时状况，结合具有预见性的作物需水量、降水量、田间渗漏量等参数，以长期观测得到的作物全生育期逐日最优田间水量范围为灌溉目标，控制灌水量，使田间水量落在最优田间水量范围的同时，尽量保持在较低水平，腾出较大的田间容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水资源，还通过基于作物冠层可见光图像的氮素亏缺诊断系统，可迅速分析得出拍摄区域内作物氮素亏缺状况，并根据亏缺程度进行适当施用氮肥。通过上述节水技术与合理的施肥管理，减少田间排水造成面源污染，实现高效、节省、减排的水肥管理模式。而对于无法蓄存的过量降水造成的田间排水，采取生态排水沟的工程措施，在排水沟中种植多种具有经济价值的水生蔬菜，投放有效净水微生物，使其相互组合，净化农田排出的富含化肥与农药的水体，通过排水沟首末的水质监测仪对生态排水沟的作用进行检测。附图说明附图中，图1是本发明结构示意图，其中：1—中心计算机，2—水位/水分传感器，3—水质监测仪，4—灌排水系统，5—作物需水量（et）预测程序，6—天气预报数据，7—水分亏缺诊断系统，8—作物冠层红外图像，9—氮素亏缺诊断系统，10—作物冠层可见光图像，11—智能人机交互系统，12—操作员。具体实施方式下面根据具体实施例，并结合附图对本发明作进一步说明。生态灌区智能高效管理系统，包括中心计算机1、操作员12，所述中心计算机1部署在灌区管理中心，所述操作员12通过智能人机交互系统11对中心计算机1进行控制，并在所述中心计算机1上运行基于天气预报数据6的作物需水量预测程序5、基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7、基于作物冠层可见光图像10的氮素亏缺诊断系统9，所述中心计算机1接受到来自水位/水分传感器2、水质监测仪3的数据，然后通过所述中心计算机1上运行基于天气预报数据6的作物需水量（et）预测程序5、基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7、基于作物冠层可见光图像10的氮素亏缺诊断系统9运算，得出作物需水量、作物需肥量，从而合理安排灌排水系统4运行步骤及投肥量，所述水位/水分传感器2安装在田间，所述水质监测仪3安装在生态排水沟首末端。所述灌排水系统4包括灌排水泵站、灌排水闸门、灌排水阀门。所述中心计算机1上运行的基于天气预报的作物需水量（et）预测程序5中的天气预报信息从网络天气预报api接口自动导入并参与计算。所述水位/水分传感器2、水质监测仪3与中心计算机1之间采用无线传输方式。所述中心计算机1上水分亏缺诊断系统7对作物冠层红外图像8的获取、氮素亏缺诊断系统9对作物冠层可见光图像10的获取均可采用无人机或高空气球平台拍摄，并将图片处理得到的水、氮亏缺诊断成果在灌区地形图上显示，当灌区面积较小时，采用智能手机拍摄，并用手机上安装软件进行处理，再与中心计算机1共享数据。所述计算机上运行的基于天气预报的作物需水量（et）预测程序5、水分亏缺诊断系统7、氮素亏缺诊断系统9以长期种植经验得出的作物全生育期最适逐日田间水肥量范围为灌溉保障目标。所述计算机上运行的作物需水量（et）预测程序5中的天气预报数据6从网络天气预报api接口自动导入并参与计算，其算法为采用天气预报的信息代入修正的hargreaves方法、简化彭曼法、智能算法、时间序列法等模型，计算得到参考作物蒸发蒸腾量（et0）,根据et0乘以指定作物的作物系数（kc），最终得到作物需水量（et）。实施例1：根据作物长期种植经验，能提供其全生育期内的最优逐日田间水层（或土壤含水率）范围，或根据一些作物生理现状监测手段，能预测未来一段时间作物的逐日需水量。基于天气预报数据6的作物需水量预测能推算未来5到15天（具体天数取决于天气预报预测天数）内灌区通过作物蒸腾与棵间蒸发损失的水量，天气预报数据6同时包含了对降水量的预测，而田间渗漏量可以通过田间水位（水分）进行推测，也可根据经验得出。将作物的最优逐日田间水层（或土壤含水率）范围作为保障目标，利用监测田间的水位\水分传感器2以及基于作物冠层红外图像8的水分亏缺诊断系统7，获取田间水分实时状况，结合具有预见性的参考作物需水量、降水量、田间渗漏量等参数，以长期观测得到的作物全生育期逐日最优田间水量范围为灌溉目标，控制人工灌水量，使田间水量落在最优田间水量范围的同时，尽量保持在较低水平，腾出较大的田间容水量，以蓄存降雨，充分利用了降水资源，减少田间排水造成面源污染，实现高效、节省、减排的水肥管理。例1：水稻某生育阶段最适田间水深是0-60mm范围，目前田间水位30mm，水深低于10mm就开始灌水，常规灌溉管理方式是田间水位低于10mm开始定额灌溉30mm。下面通过15天的高效智能灌溉方式与常规灌溉方式进行比较。其中初识水层为当日早晨水位传感器22观测水位，单位mm；每日渗漏量为以往长期观测得出，单位mm；作物需水量（et）通过运行在中心计算机11上的的基于天气预报的参考作物需水量预测软件计算得出，单位mm；降雨量来源于天气预报数据6，单位mm；灌溉量、排水量分别为第二天开始前灌水与排水总量，单位mm。表1高效智能灌溉方式最适水深（mm）日序数初始水层（mm）每日渗漏（mm）et（mm）未来降水（mm）灌溉量（mm）排水量（mm）0-60130660000-60218650000-60376402000-60417630000-60586401500-60613660000-60716340000-60832660000-60920670000-601076540000-6011366230000-601258640000-601348650000-601437630000-60152866000表2常规灌溉方式最适水深（mm）日序数初始水层（mm）每日渗漏（mm）etc（mm）未来降水（mm）灌溉量（mm）排水量（mm）0-60130660000-60218650000-60376403000-60427630000-60518640000-60686603000-607266340000-60857660000-60945670000-6010326540000-6011616230010-6012826400220-601350650000-601439630000-60153066000通过比较，发现本发明所述生态灌区智能高效管理系统的灌溉方式可以对未来15天内田间水量进行推算，并制定灌水量较少、充分利用天然降雨的灌溉指导，使灌水量为35mm，排水量为0mm；而常规灌溉方式只能根据判断当日田间水状况决定是否灌溉，容易产生灌水后立即降雨的现象，导致增加了灌溉量，田间还产生排水，使灌水量增加至60mm，排水量增加至23mm。对于无法控制的降水，如降水量超过田间最大蓄水量的情况，为了保障植物的正常生长，则必须进行排水，通过生态排水沟的净化处理，可通过生态沟首末的水质检测仪3监控净化效果。中心计算机1每天初始自动使用水位/水分传感器2读取以此田间水分状况，并自动获取天气预报数据6逐日预测未来15天et、降水量、渗漏量，并根据操作员12预置的作物最优田间水分范围，预估逐日灌溉量与排水量，展示给操作员12。操作员12可设置为托管模式，则灌排控制由中心计算机1自行完成；操作员12可设置为手动模式，则按操作员12规定的量进行灌排，中心计算机1根据操作员12手动灌排量重新更新第二日基础数据。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12