[发明专利]一种基于无人机成像的大型灌区旱作物灌水质量评价方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机成像的大型灌区旱作物灌水质量评价方法，步骤包括：(1)采用无人机监测灌区大范围内“不同田块”作物灌溉前后的水分状况，根据作物水分状况与土壤水分含量θ，单位％，来估算土壤灌溉前的土壤水分含量θ_前和灌溉后的土壤水分含量θ_后值；(2)根据灌溉前后土壤水分含量差值计算净灌水深度h，得到灌区h的空间分布特征；(3)评价灌区灌水均匀性与作物需水满足程度。本发明具有高效、可靠、易操作、节约成本等优点，能够精准评价大型灌区灌水质量，为灌区灌溉效果评价与科学管理提供决策依据。

技术领域

本发明涉及农业灌溉工程与作物灌水质量评价方法,具体涉及一种基于无人机成像的大型灌区旱作物灌水质量评价方法。

背景技术

中国是一个农业大国，而农业的发展离不开水的作用。受水资源总量的制约，农业用水状况也面临着巨大的问题。大型灌区作为粮食和其它农产品的主要输出场所，通过几十年的发展和改进已经基本解决了农业用水危机和灌溉水利用效率低下的问题，但仍存在着耕地大平小不平、灌水不够均匀、灌溉定额过大等问题。因此，制定科学的灌溉评价方法来指导大型灌区精准灌溉、提高灌溉水利用效率和水分生产率是解决农业用水危机和维持农业可持续发展的必然选择。

目前，关于大型灌区灌水质量的评价方法的研究主要集中在不同因素控制下灌水质量的比较、灌水质量评价模型的优化、不同水分监测方法下灌水质量的效果对比等方面。其中关于农田作物水分状态的监测方法主要包括基于土壤水分(或水势)和作物生理生长指标监测两大类，也有极个别学者通过气象指标进行监测。基于作物本身对水分下降反应的指标通常被认为能够更好地体现作物水分亏缺状况，应用也较为广泛，但通常需要借助特定的监测设备，且只能提供较小区域的相关数据信息。另外，考虑到这些指标在田间存在一定的空间变异性，在大型灌区应用仍存在一定困难。Jackson和Idso等人通过对冠层温差上下限反差进行理论解释提出了作物水分胁迫指数的理论和经验模式。红外热成像和地面数据分析技术的快速发展，使获取更大范围的冠层温度，进而估算水分亏缺指标的分布成为可能。而借助水分亏缺指标与土壤水分含量的关系估算灌溉前后水分含量，从而计算灌区净灌水深度的分布特征也得以实现。这对于解决大型灌区灌水不均匀、灌水效率低等问题提供了一种评估手段。对于灌区灌溉效果评价与科学管理提供了一种决策依据。

发明内容

发明目的：针对大型灌区存在的灌溉技术问题，本发明提供了一种基于无人机成像的能够评价灌区灌水均匀性与作物需水满足程度的大型灌区旱作物灌水质量评价方法。

技术方案：一种基于无人机成像的大型灌区旱作物灌水质量评价方法，包括如下步骤：

(1)采用无人机监测灌区大范围内不同田块作物灌溉前后的水分状况，根据作物水分状况与土壤水分含量θ，单位％，来估算土壤灌溉前的土壤水分含量θ_前和灌溉后的土壤水分含量θ_后值；

(2)根据灌溉前后土壤水分含量差值计算净灌水深度h，得到灌区h的空间分布特征；

(3)评价灌区灌水均匀性与作物需水满足程度，为灌溉效果评价与科学管理提供决策依据。

步骤(1)中，所述灌区大范围内不同田块作物灌溉前后水分状况采用作物水分亏缺指数CWSI来表征，具体采用作物冠层温度分布，并结合充分蒸发面的参考温度和空气温度计算；

所述作物水分亏缺指数CWSI计算公式为：

CWSI＝(TC-TW)/(TD-TW)

式中，TC为冠层温度，单位为℃；TW为地面充分蒸发参考面温度，单位为℃；TD为作物气孔完全关闭时的叶片温度，TD＝TA+5，单位为℃，TA为田间空气温度，单位为℃，5是建立叶片温度和空气温度的经验常数。