1.本發(fā)明屬于大數(shù)據(jù)及邊緣計算技術(shù)在農(nóng)田種植領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)相關(guān)系統(tǒng)及具體方法。

背景技術(shù)：

2.我國幅員遼闊，地大物博，但可耕地面積相對有限，對糧食產(chǎn)量有著較高的需求。然而，近些年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與騰飛，以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，廣大農(nóng)村地區(qū)在不斷被壓縮。與此同時，隨著大量人口涌入城市，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)人口老齡化問題不斷凸顯，難以確保充足的農(nóng)業(yè)勞動力。因此，如何提高土壤作物的水分智能管理，提高生產(chǎn)效率，成為了一項刻不容緩的任務(wù)。

3.此外，我國并不是一個水量非常充沛的國家，由于氣象條件及環(huán)境條件的限制，無法確保在每一個供水高峰期都能夠?qū)崿F(xiàn)土壤無差別持續(xù)供水。

4.為了解決上述問題，已發(fā)展出了節(jié)水型土壤水分智能控制系統(tǒng)及方法，但是現(xiàn)有技術(shù)廣泛存在以下幾方面問題：第一，土壤濕度測量手段單一，無法準(zhǔn)確反映出土壤內(nèi)部水分分布狀況；第二，濕度測量精度不夠，不但會影響作物長勢，還會導(dǎo)致水資源浪費；第三，灌溉裝置無法適應(yīng)靈活多變的實際環(huán)境，對水量的調(diào)控不夠方便；第四，缺少對既定灌溉計劃、參數(shù)的反饋與調(diào)節(jié)；第五，沒有針對不同地塊的地理條件開展差異化分區(qū)灌溉，無法實現(xiàn)全局最優(yōu)解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明重點針對上述種種不足，提供一種土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法。

6.本發(fā)明提供了一種土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括灌水裝置1、灌水控制閥2、流量計3、土壤濕度傳感器4、氣象傳感器5、灌水控制單元6以及邊緣計算服務(wù)器7；

7.其中，還包括多目視覺測繪裝置8，一方面用于測定地勢信息并根據(jù)既定規(guī)則對土壤進(jìn)行區(qū)域劃分，另一方面用于捕獲土壤作物長勢信息并反饋至灌水控制單元6。

8.優(yōu)選的，所述灌水控制單元6包括作物灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫、灌溉參數(shù)設(shè)定模塊、灌溉控制模塊、濕度傳感器接口、氣象傳感器接口、多目視覺測繪裝置接口、通信模塊；所述邊緣計算服務(wù)器7包括區(qū)域劃分模塊、長勢分析模塊。

9.優(yōu)選的，所述灌水裝置1包括噴灌設(shè)備11，所述噴灌設(shè)備11具體包括主體部111以及可進(jìn)入/伸出所述主體部的伸縮部112，所述主體部111沿長度方向等間隔分布有多個具有第一孔徑φ1的第一開孔113，所述伸縮部112沿長度方向等間隔分布有多個第二開孔114，所述多個第二開孔114的孔徑自所述伸縮部112靠近所述主體部111的一端向所述伸縮部112的自由端依次增大，且所述多個第二開孔114中最小孔徑為φ1。

10.優(yōu)選的，所述伸縮部112還能夠相對于所述主體部111旋轉(zhuǎn)，且所述伸縮部112的自由端設(shè)有密封蓋115，所述伸縮部112靠近所述主體部111的一端設(shè)有限位密封塞116。

11.優(yōu)選的，所述灌水裝置1還包括插入地下的滲灌設(shè)備12，所述滲灌設(shè)備12為圓柱

狀，在其側(cè)壁開設(shè)多組滲灌窗121，每組所述滲灌窗121包括長條狀滲灌口122以及位于所述長條狀滲灌口122下方的沿所述長條狀滲灌口122中軸線對稱的多個滲灌孔123；任意兩組所述滲灌窗121的中軸線不重合。

12.優(yōu)選的，所述土壤濕度傳感器4設(shè)置于所述滲灌設(shè)備12的下方。

13.優(yōu)選的，還包括呈倒圓錐狀的土壤錘，具有相互嵌套的外殼及內(nèi)部容室，作為補充手段實現(xiàn)土壤濕度的定點測量。

14.同時，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

15.s1：通過所述多目視覺測繪裝置8測定地勢信息，并捕獲土壤作物長勢信息；

16.s2：所述邊緣計算服務(wù)器7根據(jù)所述多目視覺測繪裝置8反饋的信息設(shè)定土壤區(qū)域劃分規(guī)則，并確定作物品種、長勢、生長階段；

17.s3：通過所述多目視覺測繪裝置8對待灌溉土壤進(jìn)行動態(tài)區(qū)域劃分，每個區(qū)域包括地勢高度不同的多塊連續(xù)地塊；

18.s4：將多組不同長度的所述土壤濕度傳感器4布置到測量位置，通過諧振頻率偏移法測定土壤濕度；

19.s5：通過所述氣象傳感器5測定當(dāng)前大氣溫度、濕度、風(fēng)向以及氣壓，并預(yù)測未來48小時氣象狀況；

20.s6：所述灌水控制單元6根據(jù)所述邊緣計算服務(wù)器7反饋的分析結(jié)果、所述多目視覺測繪裝置8反饋的區(qū)劃情況、所述土壤濕度傳感器4以及所述氣象傳感器5反饋的感測結(jié)果，綜合灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)定灌溉參數(shù)；

21.s7：所述灌水控制單元6對同一區(qū)域的不同地塊設(shè)定不同的灌溉計劃；

22.s8：所述灌水控制單元6控制灌水裝置1按照灌溉參數(shù)及計劃對目標(biāo)地塊進(jìn)行灌溉；

23.s9：在灌溉停止后，經(jīng)過預(yù)定時間，再次測量土壤指定深度的濕度是否達(dá)到設(shè)定閾值；

24.s10：如果土壤指定深度的濕度未達(dá)到設(shè)定閾值，則根據(jù)當(dāng)前土壤指定深度的濕度信息制定二次灌溉計劃并進(jìn)行灌溉；

25.s11：完成灌溉后，將當(dāng)前土壤濕度信息、灌水量、灌水次數(shù)、灌水時間、作物長勢、當(dāng)前氣象狀況、過去48小時氣象狀況等信息反饋至灌溉模型數(shù)據(jù)庫，以對灌溉計劃進(jìn)行修正。

26.優(yōu)選的，上述步驟s4具體包括：

27.s41：將由兩個具有第一長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第一濕度傳感器組41與具有第一復(fù)合阻抗值的第一諧振電路并聯(lián)，形成第一測量回路，以測量土壤表層濕度；

28.s42：將由兩個具有第二長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第二濕度傳感器組42與具有第一復(fù)合阻抗值的第二諧振電路并聯(lián)，形成第二測量回路，以測量第一深度處的土壤濕度；

29.s43：將由兩個具有第三長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第三濕度傳感器組43與具有第一復(fù)合阻抗值的第三諧振電路并聯(lián)，形成第三測量回路，以測量第二深度處的土壤濕度；

30.s44：將由兩個具有第四長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第四濕度傳感器組44與具有第一復(fù)合阻抗值的第四諧振電路并聯(lián)，形成第四測量回路，以測量第三深度處的土壤濕度；

31.s45：通過振蕩器分別向第一測量回路、第二測量回路、第三測量回路以及第四測量回路提供第一交變電流，分別得到第一諧振頻率、第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率；

32.s46：將第一諧振頻率作為第一輸入端信號，分別將第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率作為第二輸入端信號，依次通過乘法器、低通濾波器、比較器，從而分別獲得土壤不同深度處的相對濕度。

33.優(yōu)選的，在上述步驟s7中，對于同一區(qū)域內(nèi)地勢較高的地塊設(shè)定灌水量為q1，灌水時間為t1，地勢中等的地塊設(shè)定灌水量為q2，灌水時間為t2，地勢較低的地塊設(shè)定灌水量為q3，灌水時間為t3，其中q1》q2》q3，t1》t2》t3。

34.優(yōu)選的，在上述步驟s7中，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸縮部112伸出所述主體部111；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸縮部112進(jìn)入所述主體部111，所述第一開孔113與所述第二開孔114相對；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸縮部112進(jìn)入所述主體部111，所述第一開孔113與所述第二開孔114相背。

35.優(yōu)選的，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11和所述滲灌設(shè)備12同時工作；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述噴灌設(shè)備11工作；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述滲灌設(shè)備12工作。

36.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法進(jìn)行升級改造，其一，針對同一區(qū)域設(shè)置至少兩種濕度傳感器，分別用在灌溉的不同階段，其中至少一種濕度傳感器能夠測量不同深度處的土壤濕度；其二，使用諧振頻率偏移法結(jié)合傳統(tǒng)的石膏平衡法提高濕度測量精度；其三，同時提供噴灌設(shè)備以及滲灌設(shè)備，并對噴灌設(shè)備以及滲灌設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以適應(yīng)靈活多變的需求；其四，設(shè)置模型數(shù)據(jù)庫、資料數(shù)據(jù)庫，根據(jù)歷史情況、當(dāng)前情況及未來預(yù)計情況優(yōu)化灌溉計劃；其五，綜合考慮地勢信息、作物長勢情況、水分遷移趨勢等對待灌溉土壤進(jìn)行動態(tài)區(qū)域劃分；通過上述方式能夠節(jié)約水源、提高灌溉效果。

附圖說明

37.圖1為本發(fā)明土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖；

38.圖2為本發(fā)明灌水控制單元及邊緣計算服務(wù)器架構(gòu)圖；

39.圖3為本發(fā)明噴灌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；

40.圖4為本發(fā)明滲灌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；

41.圖5為本發(fā)明土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)方法流程圖。

42.附圖標(biāo)記說明：灌水裝置1、灌水控制閥2、流量計3、土壤濕度傳感器4、氣象傳感器5、灌水控制單元6、邊緣計算服務(wù)器7、多目視覺測繪裝置8、噴灌設(shè)備11、主體部111、伸縮部112、第一開孔113、第二開孔114、密封蓋115、限位密封塞116、滲灌設(shè)備12、滲灌窗121、長條狀滲灌口122、滲灌孔123、第一濕度傳感器組41、第二濕度傳感器組42、第三濕度傳感器組43、第四濕度傳感器組44、集成電路部45。

具體實施方式

43.以下說明的技術(shù)可進(jìn)行多種變換，并可具有多種實施例，在此結(jié)合附圖以特定實

施例進(jìn)行詳細(xì)說明。然而，這并不意味著將下文描述的技術(shù)限制于特定實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離下文所描述的技術(shù)的精神和技術(shù)范圍的情況下，本發(fā)明包括所有類似的修改、等同及替代。

44.如圖1-4所示，本發(fā)明提供了一種土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括灌水裝置1、灌水控制閥2、流量計3、土壤濕度傳感器4、氣象傳感器5、灌水控制單元6以及邊緣計算服務(wù)器7；

45.其中，還包括多目視覺測繪裝置8，一方面用于測定地勢信息并根據(jù)既定規(guī)則對土壤進(jìn)行區(qū)域劃分，另一方面用于捕獲土壤作物長勢信息并反饋至灌水控制單元6。

46.土壤管理集約化、農(nóng)業(yè)種植自動化，都對智能控制系統(tǒng)的算力提出了較高要求，且不同地域的土壤往往具有獨特的特點。邊緣計算服務(wù)器的引入，能夠快速、妥善處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并提高土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)的科學(xué)性。

47.地勢信息、氣象條件、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型以及作物的長勢情況，都將作為土壤區(qū)域劃分的依據(jù)，且隨著作物長勢的差異變化，作物根部對土壤內(nèi)部的改造，所述既定規(guī)則可以發(fā)生變化，且可對區(qū)域劃分進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

48.其中，所述灌水控制單元6包括作物灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫、灌溉參數(shù)設(shè)定模塊、灌溉控制模塊、濕度傳感器接口、氣象傳感器接口、多目視覺測繪裝置接口、通信模塊；所述邊緣計算服務(wù)器7包括區(qū)域劃分模塊、長勢分析模塊。

49.其中，所述灌水裝置1包括噴灌設(shè)備11，所述噴灌設(shè)備11具體包括主體部111以及可進(jìn)入/伸出所述主體部的伸縮部112，所述主體部111沿長度方向等間隔分布有多個具有第一孔徑φ1的第一開孔113，所述伸縮部112沿長度方向等間隔分布有多個第二開孔114，所述多個第二開孔114的孔徑自所述伸縮部112靠近所述主體部111的一端向所述伸縮部112的自由端依次增大，且所述多個第二開孔114中最小孔徑為φ1。

50.其中，所述伸縮部112還能夠相對于所述主體部111旋轉(zhuǎn)，且所述伸縮部112的自由端設(shè)有密封蓋115，所述伸縮部112靠近所述主體部111的一端設(shè)有限位密封塞116。

51.一般而言，沿遠(yuǎn)離供水端的方向水壓遞減，為了確保噴灌水量的均勻性，伸縮部的多個第二開孔孔徑依次遞增。然而，在伸縮部伸出主體部時，為了確保流經(jīng)主體部進(jìn)入伸縮部的水具有足夠的水壓，主體部的多個第一開孔孔徑不宜過大，且為了確保在伸縮部與主體部交接處水壓的平穩(wěn)過渡，設(shè)定多個第二開孔中最小孔徑為與多個第一開孔孔徑相同。

52.另外，通過調(diào)節(jié)伸縮部相對于主體部的伸出長度，以及第二開孔與第一開孔的重合程度，能夠在系統(tǒng)末端靈活調(diào)節(jié)出水量以及噴灌范圍，不必在供水端調(diào)整水壓、水量，從而減輕了供水端負(fù)擔(dān)，降低了頭端控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。

53.其中，所述灌水裝置1還包括插入地下的滲灌設(shè)備12，所述滲灌設(shè)備12為圓柱狀，在其側(cè)壁開設(shè)多組滲灌窗121，每組所述滲灌窗121包括長條狀滲灌口122以及位于所述長條狀滲灌口122下方的沿所述長條狀滲灌口122中軸線對稱的多個滲灌孔123；任意兩組所述滲灌窗121的中軸線不重合。

54.從滲灌孔中流出的水水壓較大，能夠起到疏松土壤的作用，便于位于滲灌孔上方的長條狀滲灌口流出的水分充分沉降。另外，為了保證足夠的滲透壓，充分滲灌周邊區(qū)域，并盡量減少水源損耗，設(shè)置任意兩組滲灌窗的中軸線不重合。

55.其中，所述土壤濕度傳感器4設(shè)置于所述滲灌設(shè)備12的下方。

56.土壤濕度傳感器包括第一到第四傳感器組41～44，由不同長度的探針對構(gòu)成，并

經(jīng)由集成電路部45附接至滲灌設(shè)備的底端。

57.其中，還包括呈倒圓錐狀的土錘，具有相互嵌套的外殼及內(nèi)部容室，作為補充手段實現(xiàn)土壤濕度的定點測量。

58.具體而言，首先將土錘的外殼插入待測點，然后在內(nèi)部容室內(nèi)填充標(biāo)準(zhǔn)濕度土壤，將內(nèi)部容室插入外殼，在內(nèi)部容室內(nèi)的土壤與外部土壤達(dá)到水分平衡后，通過測量土錘的重量，結(jié)合回歸方程，得出待測點濕度。其中，外殼用于避免土壤中動物、植物根系以及空穴對水分遷移的影響。外殼由陶瓷材料制成，內(nèi)部容室由石膏或高嶺土烤制制成。

59.如圖5所示，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

60.s1：通過所述多目視覺測繪裝置8測定地勢信息，并捕獲土壤作物長勢信息；

61.s2：所述邊緣計算服務(wù)器7根據(jù)所述多目視覺測繪裝置8反饋的信息設(shè)定土壤區(qū)域劃分規(guī)則，并確定作物品種、長勢、生長階段；

62.s3：通過所述多目視覺測繪裝置8對待灌溉土壤進(jìn)行動態(tài)區(qū)域劃分，每個區(qū)域包括地勢高度不同的多塊連續(xù)地塊；

63.灌溉到土壤中的水分會沿著地勢由高到低遷移，因此即使相鄰地塊有著相同的氣象條件以及土質(zhì)條件，其蓄水能力也不盡相同。按照地勢對土壤區(qū)域進(jìn)行劃分，有助于最大限度的利用水資源，減少浪費。例如，高地勢地塊a在灌溉后，經(jīng)過一定的時間間隔，有3％的水分會遷移到中地勢地塊b1，0.5％的水分會遷移到中地勢地塊b2，中地勢地塊b1在灌溉后，經(jīng)過一定的時間間隔，有1％的水分會遷移到低地勢地塊c1，4％的水分會遷移到低地勢地塊c2，則可將地塊a、b1、c2劃分為同一區(qū)域。

64.另外，即使是相鄰地塊，作物長勢有時也不盡相同，隨著作物的生長，其根系會對土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不可忽視的影響。土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變、根系密度等都會對水分在土壤中的遷移造成影響。例如，經(jīng)過一段時間，高地勢地塊a在灌溉后，有1％的水分會遷移到中地勢地塊b1，2.5％的水分會遷移到中地勢地塊b2，則將地塊a、b1的區(qū)域組合動態(tài)調(diào)整為a、b2。

65.s4：將多組不同長度的所述土壤濕度傳感器4布置到測量位置，通過諧振頻率偏移法測定土壤濕度；

66.s5：通過所述氣象傳感器5測定當(dāng)前大氣溫度、濕度、風(fēng)向以及氣壓，并預(yù)測未來48小時氣象狀況；

67.s6：所述灌水控制單元6根據(jù)所述邊緣計算服務(wù)器7反饋的分析結(jié)果、所述多目視覺測繪裝置8反饋的區(qū)劃情況、所述土壤濕度傳感器4以及所述氣象傳感器5反饋的感測結(jié)果，綜合灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)定灌溉參數(shù)；

68.s7：所述灌水控制單元6對同一區(qū)域的不同地塊設(shè)定不同的灌溉計劃；

69.更進(jìn)一步的，為了給土壤區(qū)域的動態(tài)調(diào)整提供依據(jù)，不同區(qū)域分別在不同的時段進(jìn)行灌溉，各時段間設(shè)置固定的時間間隔，這樣能夠給水分在土壤中的遷移提供足夠的時間，從而更好地測定土壤濕度以及水分遷移趨勢。固定的時間間隔由本領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)經(jīng)驗而定。

70.s8：所述灌水控制單元6控制灌水裝置1按照灌溉參數(shù)及計劃對目標(biāo)地塊進(jìn)行灌溉；

71.s9：在灌溉停止后，經(jīng)過預(yù)定時間，再次測量土壤指定深度的濕度是否達(dá)到設(shè)定閾值；

72.預(yù)定時間由本領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)經(jīng)驗而定。土壤濕度的再次測量通過土錘完成，一是由于此時土壤經(jīng)過灌溉已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)臐穸龋值倪w移現(xiàn)象更為顯著，已經(jīng)滿足測量精度，二是可節(jié)約系統(tǒng)功耗，三是可實現(xiàn)指定位置的濕度測量，操作更為靈活。

73.s10：如果土壤指定深度的濕度未達(dá)到設(shè)定閾值，則根據(jù)當(dāng)前土壤指定深度的濕度信息制定二次灌溉計劃并進(jìn)行灌溉；

74.設(shè)定閾值由本領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)經(jīng)驗而定。二次灌溉計劃可通過滲灌設(shè)備定點進(jìn)行。

75.s11：完成灌溉后，將當(dāng)前土壤濕度信息、灌水量、灌水次數(shù)、灌水時間、作物長勢、當(dāng)前氣象狀況、過去48小時氣象狀況等信息反饋至灌溉模型數(shù)據(jù)庫，以對灌溉計劃進(jìn)行修正。

76.過去一段時間的氣象狀況、作物長勢、本次灌溉情況、當(dāng)前氣象狀況等都會對本次灌溉效果產(chǎn)生影響，通過對這些因素進(jìn)行統(tǒng)計分析，不斷修正灌溉模型，能夠有效提高土壤濕度調(diào)節(jié)效果。

77.其中，上述步驟s4具體包括：

78.s41：將由兩個具有第一長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第一濕度傳感器組41與具有第一復(fù)合阻抗值的第一諧振電路并聯(lián)，形成第一測量回路，以測量土壤表層濕度；

79.s42：將由兩個具有第二長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第二濕度傳感器組42與具有第一復(fù)合阻抗值的第二諧振電路并聯(lián)，形成第二測量回路，以測量第一深度處的土壤濕度；

80.s43：將由兩個具有第三長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第三濕度傳感器組43與具有第一復(fù)合阻抗值的第三諧振電路并聯(lián)，形成第三測量回路，以測量第二深度處的土壤濕度；

81.s44：將由兩個具有第四長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第四濕度傳感器組44與具有第一復(fù)合阻抗值的第四諧振電路并聯(lián)，形成第四測量回路，以測量第三深度處的土壤濕度；

82.s45：通過振蕩器分別向第一測量回路、第二測量回路、第三測量回路以及第四測量回路提供第一交變電流，分別得到第一諧振頻率、第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率；

83.s46：將第一諧振頻率作為第一輸入端信號，分別將第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率作為第二輸入端信號，依次通過乘法器、低通濾波器、比較器，從而分別獲得土壤不同深度處的相對濕度。

84.在分別獲得土壤不同深度處的相對濕度后，通過振蕩器分別向第一測量回路、第二測量回路、第三測量回路以及第四測量回路中的至少兩個提供第二交變電流，根據(jù)得到的多個諧振頻率間的差值計算任意兩個對應(yīng)位置處相對濕度的差值，以對步驟s4中測定的濕度值進(jìn)行驗證。

85.其中，在上述步驟s7中，對于同一區(qū)域內(nèi)地勢較高的地塊設(shè)定灌水量為q1，灌水時間為t1，地勢中等的地塊設(shè)定灌水量為q2，灌水時間為t2，地勢較低的地塊設(shè)定灌水量為q3，灌水時間為t3，其中q1》q2》q3，t1》t2》t3。

86.對同一區(qū)域的不同地塊的灌溉可同時進(jìn)行或同時結(jié)束，也可分別在不同時段進(jìn)行，各時段間設(shè)置固定的時間間隔。固定的時間間隔由本領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)經(jīng)驗而定。

87.其中，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸

縮部112伸出所述主體部111；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸縮部112進(jìn)入所述主體部111，所述第一開孔113與所述第二開孔114相對；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11的所述伸縮部112進(jìn)入所述主體部111，所述第一開孔113與所述第二開孔114相背。

88.其中，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備11和所述滲灌設(shè)備12同時工作；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述噴灌設(shè)備11工作；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述滲灌設(shè)備12工作。

89.水分不僅會在土壤內(nèi)部進(jìn)行遷移，也會在土壤表層進(jìn)行遷移，總體趨勢都是由高到低，因此，如果地勢較低的地塊能夠匯聚足夠的水流，則無須再進(jìn)行噴灌。

90.雖然上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不以本發(fā)明專利范圍為限制，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它變化和修改，仍包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括灌水裝置(1)、灌水控制閥(2)、流量計(3)、土壤濕度傳感器(4)、氣象傳感器(5)、灌水控制單元(6)以及邊緣計算服務(wù)器(7)；其特征在于，還包括多目視覺測繪裝置(8)，一方面用于測定地勢信息并根據(jù)既定規(guī)則對土壤進(jìn)行區(qū)域劃分，另一方面用于捕獲土壤作物長勢信息并反饋至灌水控制單元(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述灌水控制單元(6)包括作物灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫、灌溉參數(shù)設(shè)定模塊、灌溉控制模塊、濕度傳感器接口、氣象傳感器接口、多目視覺測繪裝置接口、通信模塊；所述邊緣計算服務(wù)器(7)包括區(qū)域劃分模塊、長勢分析模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述灌水裝置(1)包括噴灌設(shè)備(11)，所述噴灌設(shè)備(11)具體包括主體部(111)以及可進(jìn)入/伸出所述主體部的伸縮部(112)，所述主體部(111)沿長度方向等間隔分布有多個具有第一孔徑φ1的第一開孔(113)，所述伸縮部(112)沿長度方向等間隔分布有多個第二開孔(114)，所述多個第二開孔(114)的孔徑自所述伸縮部(112)靠近所述主體部(111)的一端向所述伸縮部(112)的自由端依次增大，且所述多個第二開孔(114)中最小孔徑為φ1。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述伸縮部(112)還能夠相對于所述主體部(111)旋轉(zhuǎn)，且所述伸縮部(112)的自由端設(shè)有密封蓋(115)，所述伸縮部(112)靠近所述主體部(111)的一端設(shè)有限位密封塞(116)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述灌水裝置(1)還包括插入地下的滲灌設(shè)備(12)，所述滲灌設(shè)備(12)為圓柱狀，在其側(cè)壁開設(shè)多組滲灌窗(121)，每組所述滲灌窗(121)包括長條狀滲灌口(122)以及位于所述長條狀滲灌口(122)下方的沿所述長條狀滲灌口(122)中軸線對稱的多個滲灌孔(123)；任意兩組所述滲灌窗(121)的中軸線不重合。6.一種應(yīng)用于如權(quán)利要求1-5任意一項所述的土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濕度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：s1：通過所述多目視覺測繪裝置(8)測定地勢信息，并捕獲土壤作物長勢信息；s2：所述邊緣計算服務(wù)器(7)根據(jù)所述多目視覺測繪裝置(8)反饋的信息設(shè)定土壤區(qū)域劃分規(guī)則，并確定作物品種、長勢、生長階段；s3：通過所述多目視覺測繪裝置(8)對待灌溉土壤進(jìn)行動態(tài)區(qū)域劃分，每個區(qū)域包括地勢高度不同的多塊連續(xù)地塊；s4：將多組不同長度的所述土壤濕度傳感器(4)布置到測量位置，通過諧振頻率偏移法測定土壤濕度；s5：通過所述氣象傳感器(5)測定當(dāng)前大氣溫度、濕度、風(fēng)向以及氣壓，并預(yù)測未來48小時氣象狀況；s6：所述灌水控制單元(6)根據(jù)所述邊緣計算服務(wù)器(7)反饋的分析結(jié)果、所述多目視覺測繪裝置(8)反饋的區(qū)劃情況、所述土壤濕度傳感器(4)以及所述氣象傳感器(5)反饋的感測結(jié)果，綜合灌溉模型數(shù)據(jù)庫、作物歷史長勢資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)定灌溉參數(shù)；s7：所述灌水控制單元(6)對同一區(qū)域的不同地塊設(shè)定不同的灌溉計劃；s8：所述灌水控制單元(6)控制灌水裝置(1)按照灌溉參數(shù)及計劃對目標(biāo)地塊進(jìn)行灌溉；

s9：在灌溉停止后，經(jīng)過預(yù)定時間，再次測量土壤指定深度的濕度是否達(dá)到設(shè)定閾值；s10：如果土壤指定深度的濕度未達(dá)到設(shè)定閾值，則根據(jù)當(dāng)前土壤指定深度的濕度信息制定二次灌溉計劃并進(jìn)行灌溉；s11：完成灌溉后，將當(dāng)前土壤濕度信息、灌水量、灌水次數(shù)、灌水時間、作物長勢、當(dāng)前氣象狀況、過去48小時氣象狀況等信息反饋至灌溉模型數(shù)據(jù)庫，以對灌溉計劃進(jìn)行修正。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濕度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，上述步驟s4具體包括：s41：將由兩個具有第一長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第一濕度傳感器組(41)與具有第一復(fù)合阻抗值的第一諧振電路并聯(lián)，形成第一測量回路，以測量土壤表層濕度；s42：將由兩個具有第二長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第二濕度傳感器組(42)與具有第一復(fù)合阻抗值的第二諧振電路并聯(lián)，形成第二測量回路，以測量第一深度處的土壤濕度；s43：將由兩個具有第三長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第三濕度傳感器組(43)與具有第一復(fù)合阻抗值的第三諧振電路并聯(lián)，形成第三測量回路，以測量第二深度處的土壤濕度；s44：將由兩個具有第四長度的探針?biāo)鶚?gòu)成的第四濕度傳感器組(44)與具有第一復(fù)合阻抗值的第四諧振電路并聯(lián)，形成第四測量回路，以測量第三深度處的土壤濕度；s45：通過振蕩器分別向第一測量回路、第二測量回路、第三測量回路以及第四測量回路提供第一交變電流，分別得到第一諧振頻率、第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率；s46：將第一諧振頻率作為第一輸入端信號，分別將第二諧振頻率、第三諧振頻率以及第四諧振頻率作為第二輸入端信號，依次通過乘法器、低通濾波器、比較器，從而分別獲得土壤不同深度處的相對濕度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在上述步驟s7中，對于同一區(qū)域內(nèi)地勢較高的地塊設(shè)定灌水量為q1，灌水時間為t1，地勢中等的地塊設(shè)定灌水量為q2，灌水時間為t2，地勢較低的地塊設(shè)定灌水量為q3，灌水時間為t3，其中q1>q2>q3，t1>t2>t3。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濕度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備(11)的所述伸縮部(112)伸出所述主體部(111)；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備(11)的所述伸縮部(112)進(jìn)入所述主體部(111)，所述第一開孔(113)與所述第二開孔(114)相對；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備(11)的所述伸縮部(112)進(jìn)入所述主體部(111)，所述第一開孔(113)與所述第二開孔(114)相背。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濕度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在上述步驟s7中，對地勢較高的地塊進(jìn)行灌溉時，所述噴灌設(shè)備(11)和所述滲灌設(shè)備(12)同時工作；對地勢中等的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述噴灌設(shè)備(11)工作；對地勢較低的地塊進(jìn)行灌溉時，僅所述滲灌設(shè)備(12)工作。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種土壤修復(fù)濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，針對同一區(qū)域設(shè)置至少兩種濕度傳感器，分別用在灌溉的不同階段，其中至少一種濕度傳感器能夠測量不同深度處的土壤濕度；使用諧振頻率偏移法結(jié)合傳統(tǒng)的石膏平衡法提高濕度測量精度；提供噴灌設(shè)備以及滲灌設(shè)備，并對噴灌設(shè)備以及滲灌設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以適應(yīng)靈活多變的需求；設(shè)置模型數(shù)據(jù)庫、資料數(shù)據(jù)庫，根據(jù)歷史情況、當(dāng)前情況及未來預(yù)計情況優(yōu)化灌溉計劃；綜合考慮地勢信息、作物長勢情況、水分遷移趨勢等對待灌溉土壤進(jìn)行動態(tài)區(qū)域劃分；通過上述方式能夠節(jié)約水源、提高灌溉效果。提高灌溉效果。提高灌溉效果。

技術(shù)研發(fā)人員：潘國權(quán) 畢軍 李冰 馬志盼 陳怡 劉雪蓮 徐菲 唐揚 王靖

受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.01.19

技術(shù)公布日：2022/4/15