基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法及系统与流程

本发明实施例涉及农业灌溉技术领域，更具体地，涉及基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法及系统。

背景技术：

作物在生长过程时会受到各种各样的环境胁迫，比如病虫害胁迫、土壤盐胁迫、水分胁迫等等，各种环境胁迫会造成作物的冠层温度上升，而其中水分胁迫是最为常见的胁迫，冠层温度也因此经常作为作物水分亏缺的指标。目前常用的作物的冠层温度测定方式为非接触式的红外测温仪。基于冠层温度描述作物水分亏缺的指标中最经典的是作物水分胁迫指数(cropwaterstressindex，cwsi)，其表达式如下所示：

其中，tc表示待测作物的冠层温度，ta表示相同时刻的大气温度，(tc-ta)表示冠层温度与大气温度的差值，即冠气温差；(tc-ta)n表示(tc-ta)的下限，(tc-ta)u表示(tc-ta)的上限，根据空气饱和水汽压差计算得到，以上温度参数的单位均为℃，定义冠气温差与空气饱和水汽压差呈线性关系，线性关系的表达式如下所示：

(tc-ta)n＝a+b·vpd

(tc-ta)u＝a+b·vpg

vpd表示空气饱和水汽压差，单位为kpa，vpg表示温度为ta时的空气饱和水汽压差与温度为ta+a时的空气饱和水汽压差之间的差值，单位为kpa。a与b分别表示纵坐标与横坐标的截距。

cwsi作为一个经典的水分胁迫衡量指标，其具体含义为当值为0时，作物不存在水分胁迫，当值为1时，水分胁迫达到最大。但是cwsi的计算过程较为复杂，需要根据大量的数据作出冠气温差与vpd的经验拟合曲线。而且，利用该方法实际计算过程中还可能出现水分胁迫指标大于1或者小于0时的情况出现，此时的结果并不合理。

因此，现急需提出新的指标，与cwsi进行水分亏缺诊断达到相当的效果，但是计算方法更简单。

技术实现要素：

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，包括：

分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物和所述待测作物处于同一生长气候环境；

基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异；

基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统，包括：冠层温度获取模块、水分胁迫指数计算模块和诊断模块。其中，

冠层温度获取模块用于分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物和所述待测作物处于同一生长气候环境；

水分胁迫指数计算模块用于基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异；

诊断模块用于基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，

所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行第一方面提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法。

本发明实施例提供的一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法及系统，以无水分亏缺作物作为标准，将无水分亏缺作物的第一冠层温度作为参考冠层温度，确定待测作物的第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异；然后通过第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异确定出水分胁迫指数，通过水分胁迫指数对待测作物的水分胁迫程度进行诊断。本发明实施例中提供的诊断方法可以对待测作物的水分胁迫程度进行量化，使诊断结果更加真实准确。而且本发明实施例中提供的诊断方法计算过程简单方便，可以实现快速诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法中的wdi与cwsi的线性关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，包括：

s1，分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物和所述待测作物处于同一生长气候环境；

s2，基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异；

s3，基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

具体地，由于作物产生水分胁迫时冠层温度会升高，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法中，首先分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度。需要说明的是，第一冠层温度和第二冠层温度的单位均为摄氏度(℃)，在获取第一冠层温度和第二冠层温度时需要同时获取，以避免大时间差引起的第一冠层温度的变化。这里的无水分亏缺作物和待测作物处于同一生长气候环境，且二者的作物种类相同、种植密度相同，以避免生长气候环境以及作物种类带来的误差。其中，生长气候环境具体可以包括大气温度、空气湿度等。此时，造成无水分亏缺作物和待测作物之间的水分胁迫程度的差异是由除生长气候环境外的作物实际生长环境引起的。无水分亏缺作物是考虑作物实际生长环境状况和地理气候条件下健康生长的无水亏缺的作物。

然后，根据无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，计算水分胁迫指数。需要说明的是，本发明实施例中计算得到的水分胁迫指数与现有技术中的水分胁迫指数并不相同，本发明实施例中的水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异。本发明实施例中以无水分亏缺作物作为标准，采用无水分亏缺作物的第一冠层温度作为参考冠层温度，确定第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异，通过第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异确定出水分胁迫指数(waterdeficitindex，wdi)，通过水分胁迫指数表征无水分亏缺作物与待测作物之间水分胁迫的差异。本发明实施例中的水分胁迫指数实际上是一个用于诊断作物水分胁迫程度的指标。

最后，根据计算得到的水分胁迫指数，对待测作物的水分胁迫程度进行诊断，即本发明实施例中通过水分胁迫指数确定待测作物相对于无水分亏缺作物来说的水分胁迫程度。待测作物的水分胁迫程度即待测作物的缺水程度，水分胁迫程度可以包括无水分胁迫和有水分胁迫；有水分胁迫又可以包括水分胁迫的强弱。无水分胁迫说明待测作物不缺水，即待测作物的含水量大于等于无水分亏缺作物的含水量；有水分胁迫说明待测作物缺水，即待测作物的含水量小于无水分亏缺作物的含水量。水分胁迫越强，说明待测作物缺水越严重。

本发明实施例中提供的一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，以无水分亏缺作物作为标准，将无水分亏缺作物的第一冠层温度作为参考冠层温度，确定待测作物的第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异；然后通过第二冠层温度与第一冠层温度之间的差异确定出水分胁迫指数，通过水分胁迫指数对待测作物的水分胁迫程度进行诊断。本发明实施例中提供的诊断方法可以对待测作物的水分胁迫程度进行量化，使诊断结果更加真实准确。而且本发明实施例中提供的诊断方法计算过程简单方便，可以实现快速诊断。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，所述基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，具体包括：

基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，通过如下公式计算所述水分胁迫指数：

其中，wdi为所述水分胁迫指数，tc表示所述第二冠层温度，tnsc表示所述第一冠层温度，所述第一冠层温度和所述第二冠层温度的单位均为℃。

具体地，本发明实施例中采用上述公式(1)计算水分胁迫指数，公式简单易于计算。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，所述基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断，具体包括：

若判断获知所述水分胁迫指数为0，则确定所述待测作物不存在水分胁迫；

若判断获知所述水分胁迫指数大于0，则确定所述待测作物存在水分胁迫，且所述水分胁迫指数越大，所述待测作物的水分胁迫程度越严重。

具体地，在采用wdi对待测作物的水分胁迫程度进行诊断时，wdi的取值范围为0-1。将wdi的取值限定在0-1，可以防止wdi的范围变幅大，可以更方便且明确的表征作物亏水程度。

当tc-tnsc的结果出现负值时，即待测作物的第二冠层温度小于无水分亏缺作物的第一冠层温度，此时表示待测作物不存在水分胁迫，此时wdi的值为0。当tc与tnsc相等时，wdi的值也为0。当wdi的取值为0时，表示待测作物不存在水分胁迫。当tc-tnsc的结果出现正值时，即待测作物的第二冠层温度大于无水分亏缺作物的第一冠层温度，此时表示待测作物存在水分胁迫，此时wdi的取值为大于0小于等于1；而wdi的取值越大，说明待测作物受水分胁迫程度越大，但wdi的取值不会超过1。因此上式可以做到量化待测作物的水分胁迫程度。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，所述分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，具体包括：

采用非接触式温度测量装置进行同时测量，分别获取所述第一冠层温度和所述第二冠层温度。

具体地，本发明实施例中采用非接触式温度测量装置进行温度测量，非接触式温度测量装置具体可以是非接触式温度传感器，例如可以采用红外测温传感器进行温度测量，不会对作物产生影响，而且成本较低。温度测量时，可以采用两个非接触式温度测量装置同时对第一冠层温度和第二冠层温度进行测量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中可以在晴朗无云天气的中午时段(例如11时至14时)进行温度测量，这是因为此时间段内作物的蒸腾作用最强，作物最易发生水分亏缺，冠层温度最能反映出作物的水分状况，如此可以较准确的确定出水分胁迫指数。

综上所述，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法，在仅仅测量两个冠层温度的情况下实现对作物进行水分胁迫的诊断，所需的传感器较少。计算方面，仅需一次减法和一次除法便可以得到衡量结果，计算过程较为简单，易于诊断同时能很好的量化作物的水分胁迫程度，可操作性较强，便于实际生产中的应用。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中选取某地处于生长阶段后期的玉米作物，根据玉米作物需水量的不同百分比进行灌溉，得到样本作物。样本作物中包括无水分亏缺样本作物以及待测样本作物，无水分亏缺样本作物通过充分灌溉得到，待测样本作物通过亏缺灌溉得到。通过样本作物对本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法进行验证。验证日期可以选取20天(筛除了多云及雨天)的中午时段(即11时至14时)，根据无水分亏缺样本作物以及待测样本作物的冠层温度计算待测样本作物的水分胁迫指数，以表征待测样本作物的亏水状况。以经典的cwsi为基准，分析本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法中的wdi与cwsi的相关性和决定系数。如图2所示为本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法中的wdi与cwsi的线性关系示意图，横坐标为cwsi，纵坐标为wdi。通过样本作物计算得到的wdi以及cwsi可绘制出散点图，如图2中的黑点所示。将散点图进行拟合，得到wdi和cwsi之间的线性方程为：wdi＝0.1895cwsi+0.0202，如图2中的虚线所示，其决定系数为：r²＝0.8609。

从图2中可以知晓，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法中采用的wdi与经典的cwsi具有较好的一致性，因此采用本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法可以较好地反映作物水分胁迫状况，可作为一种诊断作物水分亏缺的新方法。而且，由于wdi和cwsi拟合得到的决定系数较高，表明本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断方法得到的诊断结果具有较高的准确性。

如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统，包括：冠层温度获取模块31、水分胁迫指数计算模块32和诊断模块33。其中，

冠层温度获取模块31用于分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物与所述待测作物处于同一环境中；

水分胁迫指数计算模块32用于基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述第一冠层温度和所述第二冠层温度之间的差异；

诊断模块33用于基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

具体地，本发明实施例中提供的基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统中各模块的作用与上述方法类实施例中各步骤的操作过程是一一对应的，实现的效果也是一致的，本发明实施例中在此不作具体限定。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统中，所述水分胁迫指数计算模块具体用于：

基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，通过如下公式计算所述水分胁迫指数：

其中，wdi为所述水分胁迫指数，tc表示所述第二冠层温度，tnsc表示所述第一冠层温度，所述第一冠层温度和所述第二冠层温度的单位均为℃。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于冠层温度的作物水分胁迫诊断系统中，所述诊断模块具体用于：

若判断获知所述水分胁迫指数为0，则确定所述待测作物不存在水分胁迫；

若判断获知所述水分胁迫指数大于0，则确定所述待测作物存在水分胁迫，且所述水分胁迫指数越大，所述待测作物的水分胁迫程度越严重。

如图4所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种电子设备，包括：处理器(processor)401、存储器(memory)402、通信接口(communicationsinterface)403和总线404；其中，

所述处理器401、存储器402、通信接口403通过总线404完成相互间的通信。所述存储器402存储有可被所述处理器401执行的程序指令，处理器401用于调用存储器402中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：s1，分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物和所述待测作物处于同一生长气候环境；s2，基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异；s3，基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

存储器402中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：s1，分别获取无水分亏缺作物的第一冠层温度和待测作物的第二冠层温度，所述无水分亏缺作物和所述待测作物处于同一生长气候环境；s2，基于所述第一冠层温度和所述第二冠层温度，计算水分胁迫指数，所述水分胁迫指数用于表征所述无水分亏缺作物和所述待测作物之间水分胁迫的差异；s3，基于所述水分胁迫指数，对所述待测作物的水分胁迫程度进行诊断。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。