[发明专利]设施农业智能水肥一体化控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了设施农业智能水肥一体化控制系统及控制方法，控制系统包括种植层模块、控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块四层架构；所述控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块、种植层模块电连接；包括以下步骤：确定精准混肥控制算法；确定土壤植物大气指标间动态相关关系，建立最优水肥调控模式数学模型；研究设计设施农业水肥一体化系统，本发明能够提高灌溉用水利用系数以及肥料的有效利用率，减少资源浪费、生态退化和环境污染，保证农业可持续发展，实现高产、优质、高效、生态、安全现代农业发展。

技术领域

本发明涉及设施农业技术领域，尤其涉及一种设施农业智能水肥一体化控制系统及控制方法。

背景技术

水肥一体化属于高效节水省肥农业新技术，主要根据土壤特性和作物生长规律，利用灌溉设备同时把水分和养分均匀、准确、适时定量地供应给作物。现有技术中在对水肥与作物产量品质关系、水肥调控系统装备、水肥过程控制技术等方面还存在着不适应现代设施农业发展的问题，影响了水肥一体化技术的推广使用，同时我国农业生产中过量灌溉施肥导致水肥资源浪费、土壤酸化和水体环境污染问题突出，也影响到农业可持续发展和粮食安全生产。

水肥与作物产量的关系十分复杂，除了灌水量和施肥量等因素外，土壤的理化特性、作物品种、生长环境条件、地域差异都会影响作物的品质和产量。现有技术中的机理模型从作物内在机理角度出发建立水肥与作物产量的关系模型，有的从作物生长的动力学原理出发，考虑水、肥、光、热对作物生长的影响，存在的问题是模型精度一般；有的从水分和氮素的投入与作物生长的内在关系出发，建立一个水分-氮素生产函数动态产量的机理模型，存在的问题是模型仅考虑了氮素的影响，且忽略了地域、气象、作物品种等差异，精确度差，不适合技术的实际推广和引用，其应用十分有限。

另外，虽然设施农业相比大田农业种植环境可控性更高，但在实际应用中，模型精度依然受到地域性、时效性等因素的影响，造成模型失配，不能够准确反映实际的种植环境的条件，因此在模型研究方面还需进一步探索。

现有技术中的水肥调控系统信息化、智能化、自动化程度较低，导致水肥过程浓度控制及水肥过程pH控制精度低，不适应设施农业的发展需要。目前国内常用的施肥装置主要有压差式施肥罐、文丘里施肥器，从功能类型上划分为定量施肥装置、比例施肥装置。压差施肥罐是一种定量施肥装置，其缺点是不能实现浓度控制，只能用于土壤保肥能力较强的场合；文丘里施肥器结构简单，成本低，但是文丘里施肥器的缺点是水头损失较大，且其混肥浓度不易实现自动调控。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述不足；提供一种设施农业智能水肥一体化控制系统。本发明以模糊理论为基础，采用智能优化等方法，解明土壤植物大气(SPA)指标间动态相关关系，建立最优水肥调控模式数学模型，能够提高灌溉水肥与作物产量品质间的关系的精度，解决现有技术中存在的在不确定的环境中会出现模型失配问题影响控制效果的问题，能够提高灌溉用水利用系数以及肥料的有效利用率，减少资源浪费、生态退化和环境污染，保证农业可持续发展，通过本发明的水肥一体化实现高产、优质、高效、生态、安全现代农业发展。

本发明还提供一种设施农业智能水肥一体化控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种设施农业智能水肥一体机控制系统，包括种植层模块、控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块四层架构；所述控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块、种植层模块电连接；

本地管理层模块包括本地监控站、本地WEB服务器、本地数据库服务器，本地WEB服务器、本地数据库服务器分别与本地监控站电连接，本地WEB服务器同时与远程客户端交互，生产管理人员操作本地监控站，远程客户端由有园区管理人员操作；