專利名稱：基于模糊控制的非充分灌溉控制方法
技術領域：
本發明涉及農田水利工程領域及模糊控制應用領域，具體涉及一種基于模糊控制的非充分灌溉控制方法。
背景技術：
我國是世界上13個最缺水的國家之一，而且水資源的時空分布極為不勻。作為用水大戶的農業，其用水量占到總水量的62%，但用水效率極低，僅為0. 48，與發達國家 0. 7-0. 8的用水效率有著較大的差距。近年來，通過對作物水分虧缺的適應機制，作物有限缺水效應，干旱半干旱地區土壤水分特性，最優化理論等領域的深入研究，表明非充分灌溉作為一種新的灌溉制度，允許一定限度的減產，在水資源有限的條件下，建立合理的水量與產量關系模式，追求用水效率、產量和經濟效益三方面達到有效的最優化設計，是當前我國北方干旱半干旱地區最為實用的灌溉制度。非充分灌溉制度由于涉及大量公式運算，所需輸入參數非常多，而許多參數由于測量手段的原因，并不能獲取非常精確的數值，從而為非充分灌溉制度的應用造成了較大的困難。而如何使得非充分灌溉的理論應用到實際生產過程中，則是非充分灌溉技術研究的最終目標與意義所在。

發明內容
(一)要解決的技術問題本發明所要解決的技術問題是如何在當農田參數獲取不完整或不精確時，實現非充分灌溉控制。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于模糊控制的非充分灌溉控制方法， 包括如下步驟Sl 選定作物，并確定該作物的生長周期；S2 選擇農田區域，并獲取該農田區域的幾何參數；S3 實時獲取該農田區域的氣象參數；S4 根據所獲取的氣象參數，計算所述作物的參考蒸發蒸騰量ETtl ；S5:根據作物的生長周期及所述該農田區域的幾何參數，查表獲得基本作物系數 K。b、土壤蒸發系數Ke和水分脅迫系數Ks ；S6 根據雙作物系數法計算作物需水量ET。，其中ET。= (Kcb*Ks+Ke) ET0 ；S7 根據所述作物需水量ET。和當前土壤濕度θ得出灌水量m的值；S8 根據所述灌水量m的值，控制灌溉閥門的開閉或者發出灌溉預警。步驟S4中，按FAO Penman-Monteith公式計算所述作物對象的參考蒸發蒸騰量ET0。步驟S7具體為以作物需水量ET。和當前土壤濕度θ為輸入量，以灌水量m為輸出量，應用根據模糊控制理論中的模糊推理原則得出灌水量m的值。步驟S7具體包括S71、對作物需水量ET。進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取作物需水量ET。的變化域；其次，選取若干個ET。的模糊語言變量；最后，建立成員函數集，根據所述 ETc的變化域、模糊語言變量和成員函數集對ET。行模糊化處理；S72、對土壤濕度θ進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取土壤濕度θ 的變化域；其次，選取若干個θ的模糊語言變量；最后，建立成員函數集，根據所述θ的變化域、模糊語言變量和成員函數集對θ進行模糊化處理；S73、設計灌水量m的模糊語言變量；S74、應用Mamdani推理法，根據步驟S71、S72、S73的結果建立模糊推理規則表；S75、以作物需水量ET。和當前土壤濕度θ為輸入量，以灌水量m為輸出量，利用所述模糊推理規則表得出灌水量m的模糊語言變量，然后利用采用加權平均法對灌水量m的模糊語言變量進行解模糊處理，得到對灌水量m的值。步驟S75具體為首先，選取灌水量m的變化域；其次，建立成員函數集，采用加權平均法，根據所述m的變化域、模糊語言變量和成員函數集對m進行解模糊化處理，得出灌水量m的值。(三)有益效果本發明的有益效果在于本發明提供的基于模糊控制的非充分灌溉控制方法，應用模糊控制理論中的模糊推理原則，使得當農田參數獲取不完整或不精確的時候，也可以完成非充分灌溉控制。本發明還可以智能手機為實現平臺，體積小，攜帶方便，具有操作簡單，功能齊全，適應性強等優點，為其指導生產用水提供準確的信息與決策依據。。


圖1是作物需水量ET。的隸屬函數圖集；圖2是土壤濕度θ的隸屬函數圖集；圖3是灌水量m的隸屬函數圖集；圖4是本發明的方法流程圖；圖fe和圖恥是灌水量m的計算方式圖解。
具體實施例方式下面對于本發明所提出的一種基于成組物體混合的圖像合成方法，結合附圖和實施例詳細說明。如圖1 4所示，本發明的一種基于模糊控制的非充分灌溉控制方法，包括如下步驟Sl 選定作物，并確定該作物的生長周期；本實施例中，作物為春小麥，小麥生長周期為100天；
S2:選擇農田區域，并獲取該農田區域的幾何參數，包括緯度、海拔高度、土壤類型等參數；在本實施例中，區域緯度為北緯40度，海拔高度為1000米，土壤類型為沙質壤土 ；S3 實時獲取該農田區域的氣象參數，包括空氣溫度、空氣濕度、風速、凈輻射、降雨量、土壤濕度。在該農田安裝有農田小型氣象站，可以獲取空氣溫度、空氣濕度、風速、凈輻射、降雨量等實時氣象數據與歷史數據；安裝有土壤水分傳感器，可獲取土壤濕度等土壤參數；S4 根據所獲取的氣象參數，按FAO Penman-Monteith公式計算所述作物的參考蒸發蒸騰量ETtl;S5:根據作物的生長周期及所述農田所處區域的緯度、海拔高度、土壤類型，查表 (為FA0-56中給出的不同作物系數參考值表)獲得基本作物系數K。b、土壤蒸發系數&和水分脅迫系數Ks;S6 根據雙作物系數法計算作物需水量ET。，其中ET。= (Kcb*Ks+Ke) ET0 ；S7 根據所述作物需水量ET。和當前土壤濕度θ得出灌水量m的值；S卩，以作物需水量ET。和當前土壤濕度θ為輸入量，以灌水量m為輸出量，應用根據模糊控制理論中的模糊推理原則得出灌水量m的值。具體步驟如下S71、對作物需水量ET。進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取作物需水量ET。的變化域為=ETc={0,0. 1，0. 2，0. 3，0. 4，0. 5，0. 6，0. 7， 0.8,0.9,1.0}；其次，選取4個ET。的模糊語言變量分別為不需要(ZO)、稍微需要(NS)、比較需要(NM)和極需要(NB)；最后，建立成員函數集，組成該成員函數集的隸屬函數選擇為三角函數和梯形函數，如圖1所示。根據所述ET。的變化域、模糊語言變量和成員函數集對 ET。行模糊化處理。例如作物需水量ET。= 0. 3，參照圖1中虛線所示，其模糊化后的隸屬度 (稍微需要的隸屬度和比較需要的隸屬度分別)可以表述為Pns(ETC) =0.5, Unm(ETC)= 0. 5，即表示，當ET。= 0. 1時，作物需水量有0. 5的可能是屬于稍微需要(NS)，有0. 5的可能是屬于比較需要(NM)。S72、對土壤濕度θ進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取土壤濕度θ 的變化域為θ = {0,0. 1,0. 2,0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,
0.8,0.9,1.0}；其次，θ的模糊語言變量選取6個，分別為非常干(ΝΒ)、較干⑴Μ)、稍干 (NS)、稍濕(PS)、較濕(PM)和非常濕(PB)；最后，建立成員函數集，組成該成員函數集的隸屬函數選擇為三角函數和梯形函數，如圖2所示，用于對土壤濕度θ進行模糊化處理。 例如土壤濕度θ =0.25，參照圖2虛線所示，其模糊化后的較濕的隸屬度可以表述為 μ ΡΜ( θ ) = 1，即表示，當θ = 0. 25時，土壤濕度是屬于較濕(PM)的狀態。S73、設計灌水量m的模糊語言變量；灌水量m的模糊語言變量選取4個，分別為不灌(ZO)、小量灌溉(NS)、中量灌溉(NM)、大量灌溉(NB)；S74、應用Mamdani推理法，根據步驟S71、S72、S73的結果建立模糊推理規則表，如表1所示。表 權利要求
1.一種基于模糊控制的非充分灌溉控制方法，其特征在于，包括如下步驟51選定作物，并確定該作物的生長周期；52選擇農田區域，并獲取該農田區域的幾何參數；53實時獲取該農田區域的氣象參數；54根據所獲取的氣象參數，計算所述作物的參考蒸發蒸騰量ETtl ；55根據作物的生長周期及所述該農田區域的幾何參數，查表獲得基本作物系數K。b、 土壤蒸發系數Ke和水分脅迫系數Ks ；56根據雙作物系數法計算作物需水量ET。，其中ET。= (Kcb*Ks+Ke)ET0 ；S7:根據所述作物需水量ET。和當前土壤濕度θ得出灌水量m的值；S8 根據所述灌水量m的值，控制灌溉閥門的開閉或者發出灌溉預警。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中，按FAOPenman-Monteith公式計算所述作物對象的參考蒸發蒸騰量ETtlt5
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S7具體為以作物需水量ET。和當前土壤濕度θ為輸入量，以灌水量m為輸出量，應用根據模糊控制理論中的模糊推理原則得出灌水量m的值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S7具體包括571、對作物需水量ET。進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取作物需水量 ETc的變化域；其次，選取若干個ET。的模糊語言變量；最后，建立成員函數集，根據所述ET。 的變化域、模糊語言變量和成員函數集對ET。行模糊化處理；572、對土壤濕度θ進行歸一化、模糊化處理，具體方式為首先，選取土壤濕度θ的變化域；其次，選取若干個θ的模糊語言變量；最后，建立成員函數集，根據所述θ的變化域、模糊語言變量和成員函數集對θ進行模糊化處理；573、設計灌水量m的模糊語言變量；574、應用Mamdani推理法，根據步驟S71、S72、S73的結果建立模糊推理規則表；575、以作物需水量ET。和當前土壤濕度θ為輸入量，以灌水量m為輸出量，利用所述模糊推理規則表得出灌水量m的模糊語言變量，然后利用采用加權平均法對灌水量m的模糊語言變量進行解模糊處理，得到對灌水量m的值。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S75具體為首先，選取灌水量m的變化域；其次，建立成員函數集，采用加權平均法，根據所述m的變化域、模糊語言變量和成員函數集對m進行解模糊化處理，得出灌水量m的值。
全文摘要
本發明涉及農田水利工程領域及模糊控制應用領域。公開了一種基于模糊控制的非充分灌溉控制方法，包括S1選定作物，并確定該作物的生長周期；S2選擇農田區域，并獲取該農田區域的幾何參數；S3實時獲取該農田區域的氣象參數；S4根據所獲取的氣象參數，計算所述作物的參考蒸發蒸騰量ET0；S5根據作物的生長周期及所述該農田區域的幾何參數，獲得基本作物系數Kcb、土壤蒸發系數Ke和水分脅迫系數Ks；S6根據雙作物系數法計算作物需水量ETc；S7根據所述作物需水量ETc和當前土壤濕度θ得出灌水量m的值；S8根據所述灌水量m的值，控制灌溉閥門的開閉或者發出灌溉預警。本發明在當農田參數獲取不完整或不精確時，實現了非充分灌溉控制。
文檔編號G05B13/00GK102402185SQ20111034447
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者孫宇瑞, 宋雅瓊, 康紹忠, 林劍輝, 王鳳新, 米晶芳 申請人:中國農業大學, 北京林業大學