[发明专利]基于遥感数据反演的灌区稻田智能灌排决策方法和系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种基于遥感数据反演的灌区稻田智能灌排决策方法和系统，尤其涉及一种利用遥感数据反演实现灌区稻田水位精准控制以及减少灌区稻田农业面源污染流失的智能灌排决策方法及系统。该方法属于面源污染防控技术领域。

【背景技术】

水稻是中国主要的粮食作物之一，占粮食总产量的40％左右。由于水稻的生理特性，整个生长阶段需要大量的灌溉用水。稻田耗水量大，但水分利用率较低。据统计，我国水稻的种植面积约为全国粮食种植总面积的28％，但其耗水量占农业总用水量的65％以上，是全国总用水量的54％左右。而施入稻田的化肥及农药等污染物会随稻田径流或田间排水进入附近水体造成了严重的农业面源污染。稻田的灌排水不及时、水分利用率低以及随田间排水的面源污染流失问题，已经成为限制灌区农业可持续发展的重要因素。因此针对稻田需水特征及面源污染流失特征，开展灌区稻田精准水位控制，这对提高稻田水资源利用率和减少面源污染具有重要的理论和现实意义。

在传统的稻田管理过程中，农民凭经验进行田间灌排作业，使得稻田的灌排水量不精确也不及时，既浪费了地下水又影响了水稻的正常生长。为了更方便和准确进行稻田灌排管理，可以在田间布置各种传感器，通过无线接收方式收集田间土壤墒情，形成稻田的自动灌排水决策支持系统(如专利申请公布号为CN102726273A，一种作物根区土壤水分监测与智能灌溉决策方法；专利申请公布号为CN202722193U，稻田节水灌溉决策支持系统)。虽然这种方法可以较为精确的控制稻田水位，但各种传感器的布置不仅会扰动水稻的生长生态环境，而且还会消耗大量人力和财力，不适合大面积灌区稻田的水位精准控制。

遥感技术是根据电磁波理论，从人造卫星、飞机或其他飞行器上的各种传感器对目标所辐射和反射的电磁波信息进行收集、处理和成像，从而进行探测和识别的一种综合技术。农业遥感技术能够通过快速准确地收集与分析农业生产的相关信息，定时、定量、定位进行科学的农业管理，是实现精准农业的重要手段。在农田土壤水分监测与灌溉预报方面，遥感技术被广泛用来对区域的土壤水分和旱情进行监测，用来形成智能灌溉决策方法，如孟治国等(专利申请公布号CN106018439A)公开了微波遥感土壤水分监测系统及其监测方法，王桥等(专利申请公布号CN102252973A)公开了一种土壤含水量遥感监测方法，蔡甲冰等(专利申请公布号CN104123444A)公开了基于区域墒情监测和遥感数据的实时灌溉预报系统及方法。

不同于其他农田，除了保证稻田的土壤水分充足外，还需在稻田的生长阶段控制田面水位。目前，现有的专利，一方面通过获取遥感数据分析灌区的土壤墒情，进行灌溉决策，但缺乏对稻田田面水位的数据分析；另一方面，通过布置在农田的各种传感器(土壤温湿 传感器、土壤水位传感器等)，进行灌排智能决策分析。本发明将在灌区尺度使用遥感技术，根据农田水分平衡方程，通过分析稻田水位、蒸散发量、稻田土壤湿度及气象信息等，形成灌区尺度的稻田智能灌排决策方法和系统，实现灌区稻田水位的精准控制，同时减少稻田面源污染的排放。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于遥感数据反演的灌区稻田智能灌排决策方法和系统。其能够结合遥感数据计算灌区稻田的灌排水量，旨在解决灌区稻田水资源浪费严重、大面积稻田精准水位控制难及灌排决策智能化水平低的问题。

为实现本发明的目的而提供的一种基于遥感数据反演的灌区稻田智能灌排决策方法，所述方法，包括下列步骤：

步骤一，遥感数据获取，从Terra和Qqua卫星遥感平台上获取MODIS遥感数据产品、从国产气象卫星风云系列平台获取气象数据产品以及利用无人机载红外测距传感器获取稻田水位数据产品；

步骤二，遥感数据反演，基于获取的多源遥感数据产品对灌区水稻的关键生育时期识别、稻田蒸散发量、植物截留量、稻田土壤湿度、气象信息以及田面水位等要素信息进行反演及提取；

步骤三，灌排决策分析，由遥感数据产品反演获得的水稻关键生育时期、土壤水分及稻田田面水位等信息与设定的稻田需求水位进行比较，低于稻田需求水位时进行灌溉，高于稻田田面水位时进行排水。

所述步骤一中的MODIS遥感数据产品，选取由MODIS陆地工作组提供的经过严格处理的MODIS陆地产品数据，该产品数据可以通过MODIS陆地工作组的产品处理和分发中心(LPDAAC)(http://LPDAAC.usgs.gov)免费获取；