[发明专利]基于土壤作物互作模型的智能水肥装备及其优化调控方法

权利要求书

1.一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，包括供水蓄水系统、过滤系统和配肥输出系统，其特征在于，所述供水蓄水系统(1)与过滤系统(2)相连接，所述过滤系统(2)与配肥输出系统(3)相连接，所述供水蓄水系统(1)、过滤系统(2)与配肥输出系统(3)分别与智能控制柜(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述供水蓄水系统(1)包括进水水泵(11)、蓄水池(12)和出水水泵(13)，所述进水水泵(11)与进水管(14)一端连接，所述进水管(14)的另一端从蓄水池(12)的上端接入，所述蓄水池(12)的下端连接出水管(15)，所述出水管(15)上设置有出水水泵(13)。

3.根据权利要求2所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述过滤系统(2)包括沙石过滤器(21)、排污水管(22)和过滤器出水管(23)，所述出水管(15)从沙石过滤器(21)顶端接入，所述出水管(15)靠近沙石过滤器(21)的一端设置有排污水管(22)，所述过滤器出水管(23)从沙石过滤器(21)下端引出。

4.根据权利要求3所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述配肥输出系统(3)包括配肥进水管(31)、配肥桶(32)和配肥出水管(33)，所述过滤器出水管(23)从配肥桶(32)的底端接入，所述过滤器出水管(23)的出水口延伸至配肥桶(32)内部的圆心处，所述配肥出水管(33)设置在与配肥进水管(31)相对位置的配肥桶(32)上，所述配肥桶(32)上端设置有肥料输送机构(34)。

5.根据权利要求3所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述过滤器出水管(23)上设置有叠片过滤器(231)，所述叠片过滤器(231)上连接有排污管(232)，所述排污管(232)与叠片过滤器(231)之间设有排污电磁阀(233)，所述排污电磁阀(233)与智能控制柜(4)相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述叠片过滤器(231)与沙石过滤器(21)之间的过滤器出水管(23)上设置有压力表(234)。

7.根据权利要求4所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述肥料输送机构(34)与智能控制柜(4)相连接，所述肥料输送机构(34)包括转盘(341)、环形重力传感器(342)、角度电机(343)和肥料储存桶(344)，所述转盘(341)设置在配肥桶(32)的桶口处，所述环形重力传感器(342)设置在转盘(341)的下方，所述肥料储存桶(344)设置在转盘(341)的上方，所述角度电机(343)与转盘(341)之间驱动连接。

8.根据权利要求4或7所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述配肥出水管(33)与配肥水泵(5)输入端相连接，所述配肥水泵(5)的输出端与配肥出水管(33)向连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备，其特征在于：所述过滤器出水管(23)靠近配肥桶(32)的一侧额外设置一段与配肥出水管(33)相连通的调节水管(51)，所述调节水管(51)与配肥桶(32)并联连接。

10.一种基于土壤作物互作模型的智能水肥装备的优化调控方法，包括以下步骤：

1)通过结合土壤水分、热、养分运移的过程采用偏微分方程的动力学模型得出土壤过程模型；

2)以PS123模型为基础，改其作物生长发育进程、干物质生产、干物质分配及光温条件下作物产量PS1的模拟，通过对叶面积指数、根系吸水的模拟，得到了水分限制下的作物产量PS2；通过对作物需肥量、土壤供肥量及作物实际吸肥量的模拟，得到了水肥限制下的作物产量PS3；

3)将以上所述步骤1的模型与所述步骤2的模型从作物－土壤的交互关系进行整合，得到土壤－作物互作系统模型；

4)以灌水、施肥总量为决策变量，作物生物量、水分和养分利用效率为优化目标，按照作物关键生长发育期，在土壤-作物互作系统过程模型的基础上，建立多目标的动态规划模型，构成了土壤-作物互作与优化调控模型，并以模型中作物生物量、水分利用效率及氮肥利用效率为目标，三者共同衡量灌水、施肥的优劣；

5)通过对作物水分胁迫系数和养分胁迫系数的模拟计算，可获得作物全生育期最佳的灌水、施肥时间及用量；

6)进水水泵(11)将水输送入蓄水池(12)，当水位高度达到一定值后，进水水泵(11)关闭，出水水泵(13)打开，蓄水池(12)中的水通过蓄水池出水管和水泵出水管到达过滤系统(2)；

7)沙石过滤器(21)中的沙石过滤器进水阀打开，此时沙石过滤器(21)实现对输入水的过滤作用，经过粗过滤，粗过滤水通过叠片过滤器进水管，叠片过滤器进水阀打开，排污电池阀关闭，粗过滤水到达叠片过滤器(231)，通过二次过滤实现对水的精细处理到达叠片过滤器出水管；

8)配肥进水阀打开，精过滤水到达配肥桶(32)内，根据所述步骤1-5做出智能决策，肥料输送机构(34)进行调配，再由配肥水泵(5)输出目标作物。