[发明专利]一种南方大型灌区水稻实时需水量测算方法

权利要求书

1.一种南方大型灌区水稻实时需水量测算方法，其特征是，包括以下步骤:

1)田间水稻需水试验

①备好田间水稻需水试验所需用具:若干有底测桶及与其匹配的套筒、冠层温度测量仪、高精度电子台秤以及作物冠层分析仪；

②将套筒埋置于灌溉单元内的田间典型田块，种植有水稻的有底测桶放于套筒中，桶内水稻与灌溉单元内的水稻种植高度一致，同时生产管理方式也与灌溉单元内水稻一致；

③每日取出有底测桶，利用高精度电子台秤测定桶重，称重后将测桶放回原处，由相邻两天有底测桶的重量差换算成水稻实际日需水量；

④利用作物冠层分析仪和冠层温度测量仪分别获取对应有底测桶内水稻叶面积指数和冠层温度信息，对应时段空气温度、净太阳辐射量借助灌区自动农业气象测站获取；

2)水稻实时需水量估算模型

①通过典型田块水稻全生育期的田间试验，构建以太阳净辐射、冠气温差和叶面积指数为参数的水稻实时需水量估算模型，其结构为：

ET_m＝(aLAI+b)[cR_n-d(T_c-T_a)+e]；

式中：ET_m为水稻实时需水量模型计算值；LAI为叶面积指数；R_n为太阳净辐射，单位是[MJ/(m²·d)]；T_c为冠层温度；T_a为空气温度；T_c-T_a为冠气温差，单位为℃；a、b、c、d、e为经验系数；

②将上述水稻实时需水量估算模型通过误差分析判断是否对参数进行调整，以相对误差R_E为评判指标，当R_E≤10％时，即认为模型达到精度要求，可用于实时需水量估算；若精度不满足要求，继续进行田间水稻需水试验和参数率定，对模型进行修正直至精度满足要求；

3)无人机水稻信息采集

①在无人机上安装红外温度传感器、作物冠层分析仪，利用飞行控制器控制无人机在灌溉单元上按最小采样数进行均匀定网格点采集，再利用泰森多边形法计算灌溉单元内水稻冠层温度和叶面积指数的平均值；

②将得到的灌溉单元内水稻冠层温度和叶面积指数的平均值以及灌区自动农业气象测站获取的太阳净辐射代入满足精度要求的水稻实时需水量模型中，计算得出灌区水稻实时需水量；

步骤3)中，无人机最小采样数公式为：

n＝λ_α,f×σ²/Δ²；

式中：n为需要的采样数目；λ_α，f为t分布特征值，α为显著水平，取5％，f为自由度，f＝N-1，N为总体容量，λ_α，f可由α和f查t分布表得出；Δ为采样精度，Δ＝ku，u为均值，取相对误差k为5％；σ²为总体方差；

以步骤1)获取的冠气温差和叶面积指数为基础，采用最小采样数公式分别计算冠层温度和叶面积指数的采样数n₁、n₂，两者取较大值记为n，无人机在灌溉单元上按最小采样数n进行均匀定网格设置采样点；

步骤3)中，所述的利用泰森多边形法描述灌溉单元内水稻冠层温度和叶面积指数的平均值，具体做法是：

根据各个采样点的水稻冠层温度、叶面积指数和GPS定位信息，先用直线连接相邻采样点，构成n-2个三角形，再作每个三角形各边的垂直平分线，将灌溉单元划分成n个多边形，每一个多边形内均含有一个采样点，以多边形面积为权重推求灌溉单元的平均水稻冠层温度和叶面积指数；

所得水稻冠层温度平均值公式为：

所得叶面积指数平均值公式为：

式中：为冠层温度平值，单位℃；为叶面积指数均值；F为灌溉单元面积，单位为亩；f_i为第i个采样点所在多边形面积，单位为亩；T_ci为第i个采样点的冠层温度信息，单位为℃；LAI_i为第i个采样点的叶面积指数信息；n为多边形数i。