一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)的土壤墑情檢測(cè)系統(tǒng)包括熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊、拍照控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析裝置和無(wú)人機(jī)飛行裝置，其中所述拍照控制器、熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊安裝在無(wú)人機(jī)飛行裝置上；所述拍照控制器通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路與熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊相連；所述拍照控制器分別與地面控制裝置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置與數(shù)據(jù)分析裝置連接。本發(fā)明專利技術(shù)的方法和系統(tǒng)能夠制定科學(xué)灌溉方案提供科學(xué)依據(jù)。

Method and system for monitoring soil moisture content

The invention provides a method and a system for monitoring soil moisture content, belonging to the field of agricultural information technology. Soil moisture detection of thermal infrared camera system, GPS camera module, controller, data storage system and data analysis device and UAV flight device system of the invention, wherein the camera controller, thermal infrared camera system and GPS module is installed on the UAV flight device; the camera controller data link and thermal infrared camera system connected to the GPS module through the camera; the controller is respectively connected with the ground control device and data storage device; the data storage device and data analysis device. The method and the system of the invention can provide scientific basis for scientific irrigation programs.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)信息
，具體涉及一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
科學(xué)灌溉是農(nóng)業(yè)節(jié)水的一個(gè)重要部分，合理灌溉方案的制定是科學(xué)灌溉的前提，而作物缺水診斷是制定合理灌溉方案的依據(jù)。土壤水分狀況的監(jiān)測(cè)歷來(lái)受到人們的重視，特別是隨著水資源短缺狀況的加劇。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法包括取土烘干法、中子水分儀法、張力計(jì)方法等等，均是在點(diǎn)上的測(cè)量，存在較大的取樣誤差，無(wú)法獲知較大區(qū)域農(nóng)田土壤墑情的分布，難以輔助實(shí)現(xiàn)農(nóng)田的科學(xué)灌溉。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法。在農(nóng)田的能量平衡中，作物表面接收到的凈輻射轉(zhuǎn)換成土壤熱通量、顯熱通量和潛熱通量。其中，潛熱通量主要作用于作物蒸散和土壤蒸發(fā)，其數(shù)量大小與土壤水分狀況密切相關(guān)。如果土壤含水量增加，蒸散冷卻作用就大，作物觀測(cè)溫度就會(huì)降低，反之作物觀測(cè)溫度就會(huì)升高。基于上述原理，本專利技術(shù)提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：1)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行裝置上安裝的熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊對(duì)航線和拍照時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)；2)無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線進(jìn)行飛行，熱紅外相機(jī)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間進(jìn)行拍照，監(jiān)測(cè)氣象信息，并將無(wú)人機(jī)的飛行航線位置信息、拍照照片和氣象信息進(jìn)行存儲(chǔ)；3)對(duì)飛行航線位置信息、拍照照片信息和氣象信息進(jìn)行比對(duì)分析，獲取土壤墑情的信息。所述步驟3)中的比對(duì)分析采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：CWSI為作物水分脅迫指數(shù)，Tc為作物冠層溫度，Ta為空氣溫度，D1為最大冠層與空氣溫差，D2為冠層與空氣溫差的下限，即作物充分供水條件下冠層與氣溫的差值。所述步驟1)中拍照時(shí)間預(yù)設(shè)包括拍照開(kāi)始時(shí)間和拍照間隔時(shí)間的預(yù)設(shè)。所述氣象信息包括空氣溫度、濕度和氣壓。5、本專利技術(shù)還提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊、拍照控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析裝置和無(wú)人機(jī)飛行裝置，其中所述拍照控制器、熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊安裝在無(wú)人機(jī)飛行裝置上；所述拍照控制器通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路與熱紅外相機(jī)系統(tǒng)相連；所述熱紅外相機(jī)系統(tǒng)分別與GPS模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置與數(shù)據(jù)分析裝置連接。進(jìn)一步的，所述拍照控制器、熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊通過(guò)帶有減震配件的平臺(tái)安裝在無(wú)人機(jī)飛行裝置上。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)分析裝置為具有數(shù)據(jù)處理能力的電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步的，所述無(wú)人機(jī)飛行裝置上還設(shè)有與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接的氣象監(jiān)測(cè)裝置。所述氣象監(jiān)測(cè)裝置包括溫度計(jì)、濕度計(jì)和氣壓計(jì)等。在航拍時(shí)，利用數(shù)據(jù)線將控制器與計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)軟件設(shè)定熱紅外相機(jī)拍照的開(kāi)始時(shí)間、間隔時(shí)間。無(wú)人機(jī)按照設(shè)定的航拍路線進(jìn)行自動(dòng)或人工控制飛行。拍照控制系統(tǒng)按照設(shè)定的間隔時(shí)間控制熱紅外相機(jī)的拍照，同時(shí)采集GPS模塊中經(jīng)緯度位置信息，將熱紅外照片及位置信息存貯到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，整個(gè)拍照過(guò)程按照參數(shù)設(shè)定自動(dòng)完成。航拍結(jié)束后，利用USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的照片及相關(guān)數(shù)據(jù)文件下載到電腦進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。本專利技術(shù)的有益效果為：本專利技術(shù)將熱紅外相機(jī)搭載在無(wú)人機(jī)上，同時(shí)裝配GPS模塊，采用航線定制和熱紅外相機(jī)定時(shí)間隔拍照的方法，獲取作物的冠層溫度照片并記錄拍照點(diǎn)的經(jīng)緯度，同時(shí)記錄航拍時(shí)期的空氣溫度。后期處理中獲得作物的冠層溫度、經(jīng)緯度、空氣溫度及其他氣象數(shù)據(jù)，利用這些參數(shù)可以計(jì)算每個(gè)拍照點(diǎn)的作物水分脅迫指數(shù)，從而獲知整個(gè)航拍區(qū)域內(nèi)農(nóng)田各點(diǎn)的作物干旱狀況，為農(nóng)田精準(zhǔn)灌溉提供參考。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)一種土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為利用本專利技術(shù)的土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拍得的關(guān)于土壤墑情的照片具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)說(shuō)明。以下說(shuō)明是對(duì)本專利技術(shù)專利技術(shù)構(gòu)思的解釋，不用于限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。在農(nóng)田的能量平衡中，作物表面接收到的凈輻射轉(zhuǎn)換成土壤熱通量、顯熱通量和潛熱通量。其中，潛熱通量主要作用于作物蒸散和土壤蒸發(fā)，其數(shù)量大小與土壤水分狀況密切相關(guān)。如果土壤含水量增加，蒸散冷卻作用就大，作物觀測(cè)溫度就會(huì)降低，反之作物觀測(cè)溫度就會(huì)升高。實(shí)施例1基于上述原理，本實(shí)施例提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：1)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行裝置上安裝的熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊對(duì)航線和拍照時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)；2)無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線進(jìn)行飛行，熱紅外相機(jī)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間進(jìn)行拍照，監(jiān)測(cè)氣象信息，并將無(wú)人機(jī)的飛行航線位置信息、拍照照片和氣象信息進(jìn)行存儲(chǔ)；3)對(duì)飛行航線位置信息、拍照照片信息和氣象信息進(jìn)行比對(duì)分析，獲取土壤墑情的信息。所述步驟3)中的比對(duì)分析采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：CWSI為作物水分脅迫指數(shù)，Tc為作物冠層溫度，Ta為空氣溫度，D1為最大冠層與空氣溫差(一般設(shè)定其上限為2℃)，D2為冠層與空氣溫差的下限，即作物充分供水條件下冠層與氣溫的差值。D2可通過(guò)拍照時(shí)空氣的飽和水汽壓差計(jì)算：D2＝1.4234-0.001837VPD其中VPD為飽和水汽壓差。所述步驟1)中拍照時(shí)間預(yù)設(shè)包括拍照開(kāi)始時(shí)間和拍照間隔時(shí)間的預(yù)設(shè)。所述氣象信息包括空氣溫度、濕度和氣壓。本實(shí)施例將熱紅外相機(jī)搭載在無(wú)人機(jī)上，同時(shí)裝配GPS模塊，采用航線定制和熱紅外相機(jī)定時(shí)間隔拍照的方法，獲取作物的冠層溫度照片并記錄拍照點(diǎn)的經(jīng)緯度，同時(shí)記錄航拍時(shí)的空氣溫度。后期處理中獲得作物的冠層溫度、經(jīng)緯度、空氣溫度及其他氣象數(shù)據(jù)，利用這些參數(shù)可以計(jì)算每個(gè)拍照電的作物水分脅迫指數(shù)，從而獲知整個(gè)航拍區(qū)域內(nèi)農(nóng)田各點(diǎn)的作物干旱狀況，為農(nóng)田精準(zhǔn)灌溉提供參考。本實(shí)施例中所用無(wú)人機(jī)為專利號(hào)為ZL201620477741.3所保護(hù)的無(wú)人機(jī)，能夠保證航拍的成圖效果，從而能夠準(zhǔn)確計(jì)算出土壤墑情情況。本實(shí)施例的方法將無(wú)人機(jī)航拍、熱紅外獲取冠層溫度、GPS位置跟蹤以及作物冠氣溫差診斷農(nóng)田土壤水分狀況等技術(shù)綜合創(chuàng)新利用，形成了一套便捷的農(nóng)田灌溉指導(dǎo)系統(tǒng)，解決了目前農(nóng)田墑情診斷的技術(shù)難題。實(shí)施例26、本專利技術(shù)還提供一種土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊、拍照控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析裝置和無(wú)人機(jī)飛行裝置，其中所述拍照控制器、熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊安裝在無(wú)人機(jī)飛行裝置上；所述拍照控制器通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路與熱紅外相機(jī)系統(tǒng)相連；所述熱紅外相機(jī)系統(tǒng)分別與GPS模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置與數(shù)據(jù)分析裝置連接。進(jìn)一步的，所述拍照控制器、熱紅外相機(jī)系統(tǒng)和GPS模塊通過(guò)帶有減震配件的平臺(tái)安裝在無(wú)人機(jī)飛行裝置上。進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)分析裝置為具有數(shù)據(jù)處理能力的電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步的，所述無(wú)人機(jī)飛行裝置上還設(shè)有與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置連接的氣象監(jiān)測(cè)裝置。所述氣象監(jiān)測(cè)裝置包括溫度計(jì)、濕度計(jì)等。在航拍時(shí)，利用數(shù)據(jù)線將控制器與計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)軟件設(shè)定熱紅外相機(jī)拍照的開(kāi)始時(shí)間、間隔時(shí)間。無(wú)人機(jī)按照設(shè)定的航拍路線進(jìn)行自動(dòng)或人工控制飛行。拍照控制系統(tǒng)按照設(shè)定的間隔時(shí)間控制熱紅外相機(jī)的拍照，同時(shí)采集GPS模塊中經(jīng)緯度位置信息，將熱紅外照片及位置信息存貯到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，整個(gè)拍照過(guò)程按照參數(shù)設(shè)定自動(dòng)完成。航拍結(jié)束后，利用USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的照片及相關(guān)數(shù)據(jù)文件下載到電腦進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。后期熱紅外照片數(shù)據(jù)分析時(shí)，利用軟件根據(jù)熱紅外相機(jī)的相關(guān)參數(shù)自動(dòng)提取照片的溫度信息，結(jié)合GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)獲得各個(gè)采用點(diǎn)冠層溫度。與航拍時(shí)記錄的氣象數(shù)據(jù)一起通過(guò)CWSI計(jì)算公式計(jì)算獲得作物水分脅迫指數(shù)，通過(guò)地理信息系統(tǒng)軟件(如Arcmap本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：1)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行裝置上安裝的熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊對(duì)航線和拍照時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)；2)無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線進(jìn)行飛行，熱紅外相機(jī)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間進(jìn)行拍照，監(jiān)測(cè)氣象信息，并將無(wú)人機(jī)的飛行航線位置信息、拍照照片和氣象信息進(jìn)行存儲(chǔ)；3)對(duì)飛行航線位置信息、拍照照片信息和氣象信息進(jìn)行比對(duì)分析，獲取土壤墑情的信息。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種土壤墑情監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：1)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行裝置上安裝的熱紅外相機(jī)系統(tǒng)、GPS模塊對(duì)航線和拍照時(shí)間進(jìn)行預(yù)設(shè)；2)無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線進(jìn)行飛行，熱紅外相機(jī)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間進(jìn)行拍照，監(jiān)測(cè)氣象信息，并將無(wú)人機(jī)的飛行航線位置信息、拍照照片和氣象信息進(jìn)行存儲(chǔ)；3)對(duì)飛行航線位置信息、拍照照片信息和氣象信息進(jìn)行比對(duì)分析，獲取土壤墑情的信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3)中的比對(duì)分析采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：CWSI為作物水分脅迫指數(shù)，Tc為作物冠層溫度，Ta為空氣溫度，D1為最大冠層與空氣溫差，D2為冠層與空氣溫差的下限，即作物充分供水條件下冠層與氣溫的差值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步驟1)中拍照時(shí)間預(yù)設(shè)包括拍照開(kāi)始時(shí)間和拍照間隔時(shí)間的預(yù)設(shè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李紅軍，劉立秋，楊帆，馬亞民，李磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：石家莊高新區(qū)天遙航空設(shè)備科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河北,13