本發明涉及智能灌溉控制領域，特別涉及一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法及系統。
背景技術：
1、現有作物灌溉控制技術主要采用基質重量或含水率閾值進行觸發式控制，或基于光合有效輻射、空氣溫度、空氣飽和水汽壓差等環境因子估算蒸騰量并確定灌溉量。上述方法通常采用固定時間步長或固定預測時間窗口進行蒸騰計算，未根據作物冠層結構變化對蒸騰能力的影響進行動態調整，導致在作物快速生長或生理衰退階段，蒸騰預測結果與實際水分消耗之間存在時間尺度不匹配的問題，從而影響灌溉控制的準確性。
2、此外，部分技術雖引入葉面積指數參與蒸騰估算，但多將其作為靜態輸入參數使用，未利用葉面積指數變化率反映作物生長動態，亦未建立基于水分收支平衡的預測誤差閉環修正機制，使得蒸騰需求模型參數在長期運行過程中難以根據實際水分消耗情況進行在線調整，容易產生預測累計誤差，進而導致灌溉量與實際蒸騰需求之間存在系統性偏差。
技術實現思路
1、本發明目的是：提供一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法及系統，以解決現有技術中蒸騰需求預測時間尺度固定、難以反映作物冠層生理動態變化，且缺乏基于水分收支平衡的預測誤差閉環修正機制，導致蒸騰預測結果與實際水分消耗不匹配、灌溉控制精度易產生累計偏差的技術問題。
2、本發明的技術方案是：一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，包括：
3、按照預設采樣頻率采集作物冠層圖像并計算有效光合葉面積指數，計算有效光合葉面積指數在預設時間窗口內的變化率；
4、根據所述變化率切換預測模式；所述預測模式包括第一預測模式和第二預測模式；
5、獲取預設時間窗口內的蒸騰驅動因子序列，將所述蒸騰驅動因子序列、有效光合葉面積指數序列以及預測時間窗口長度輸入蒸騰需求模型，得到預測時間窗口內的蒸騰需求量；
6、根據作物當前水分狀態信息計算灌溉需求量與水分裕度，基于水分裕度及預設的裕度安全閾值判斷是否開啟灌溉；
7、灌溉啟動后，以預設頻率采集作物的進液速率、排液速率以及二者比值，當累積灌溉量達到灌溉需求量或所述比值降低至預設飽和閾值時，停止灌溉，基于水分收支情況推算蒸騰消耗量，并計算所述蒸騰消耗量與預測的蒸騰需求量的偏差，當偏差滿足修正條件時，對蒸騰需求模型的參數進行自適應修正。
8、優選的，所述根據所述變化率切換預測模式的方法為：
9、當變化率的絕對值連續n個時間窗口大于預設變化率閾值時，切換至所述第二預測模式；
10、當變化率的絕對值連續n個時間窗口處于預設穩定區間內時，切換至所述第一預測模式；
11、所述預設變化率閾值大于預設穩定區間的上限。
12、優選的，所述第一預測模式采用預設的固定預測時間窗口，所述第二預測模式采用動態預測時間窗口。
13、優選的，所述動態預測時間窗口長度的確定方法為：
14、基于連續n個時間窗口的變化率進行生長階段識別；所述生長階段包括快速生長期和衰退期；
15、當連續n個時間窗口的變化率為正值時，判定為快速生長期，預測時間窗口長度基于所述固定預測時間窗口、第一調節系數以及有效光合葉面積指數的變化率確定；
16、當連續n個時間窗口的變化率為負值時，判定為衰退期，預測時間窗口長度基于所述固定預測時間窗口、第二調節系數以及有效光合葉面積指數的變化率確定。
17、優選的，所述動態預測時間窗口長度設置有預設上限值和下限值，當計算得到的動態預測時間窗口長度大于所述上限值時，取所述上限值作為預測時間窗口長度；當小于所述下限值時，取所述下限值作為預測時間窗口長度。
18、優選的，所述蒸騰驅動因子至少包括光合有效輻射、空氣溫度及空氣飽和水汽壓差中的至少一種。
19、優選的，所述根據作物當前水分狀態信息計算灌溉需求量與水分裕度的方法為：水分狀態信息包括基質重量、當前重量與灌溉飽和重量，根據當前重量與基質重量之間的差值得到當前可供水量，對比所述預測時間窗口內的蒸騰需求量與當前可供水量，得到灌溉需求量；
20、所述水分裕度為當前可供水量與預測時間窗口內蒸騰需求量之間的差值。
21、優選的，基于水分收支情況推算蒸騰消耗量的方法為：
22、在預測時間窗口對應的實際時間段內，統計累計灌溉量和累計排液量，記錄所述實際時間段對應的作物重量的變化量，根據累計灌溉量、累計排液量和作物重量的變化量，計算灌溉周期內的蒸騰消耗量。
23、另一方面，本申請還公開了一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控系統，包括：
24、葉面積指數模塊，用于采集預設時間窗口內作物冠層圖像并計算有效光合葉面積指數及其變化率；
25、蒸騰需求預測模塊，用于根據所述變化率確定預測模式，在所述預測模式下，獲取所述預設時間窗口內的蒸騰驅動因子序列，將所述蒸騰驅動因子序列、有效光合葉面積指數序列以及預測時間窗口長度輸入蒸騰需求模型，得到預測時間窗口內的蒸騰需求量；
26、水分狀態監測模塊，用于監測作物的水分狀態信息，包括基質重量、作物重量、灌溉飽和重量、進液速率與排液速率；
27、決策模塊，根據作物當前水分狀態信息計算灌溉需求量與水分裕度，基于水分裕度及預設的裕度安全閾值判斷是否開啟灌溉，當開啟灌溉后，以預設頻率采集作物的進液速率、排液速率以及二者比值，當累積灌溉量達到灌溉需求量或所述比值降低至預設飽和閾值時，停止灌溉；
28、模型修正模塊，用于基于水分收支情況推算蒸騰消耗量與預測的蒸騰需求量的偏差，當偏差滿足修正條件時，自適應修正蒸騰需求模型參數。
29、與現有技術相比，本發明的優點是：
30、（1）本發明基于有效光合葉面積指數及其變化率自適應確定蒸騰預測時間窗口，使蒸騰需求預測的時間尺度與作物冠層生理動態變化相匹配，在作物快速生長期提高預測響應靈敏度，在生長穩定期保持預測穩定性，從時間維度上消除固定預測時間窗口帶來的滯后或過度預測問題，提高蒸騰需求預測與實際水分消耗之間的匹配程度。
31、（2）本發明通過在預測時間窗口對應的時間區間內建立基于累計灌溉量、排液量及重量變化的水分收支平衡關系，推算實際蒸騰消耗量，并將其與預測蒸騰需求量進行比較，實現蒸騰需求模型的閉環誤差修正，使模型參數能夠隨作物生理狀態及環境條件變化進行在線調整，避免模型長期運行產生累計偏差。
32、（3）通過將生理動態驅動的前饋預測機制與水分平衡反饋修正機制相結合，構建連續運行的自適應灌溉控制結構，使灌溉決策由單一閾值響應轉變為預測、驗證到修正的閉環控制模式，提高灌溉量與實際蒸騰需求之間的匹配程度。
1.一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述根據所述變化率切換預測模式的方法為：
3.根據權利要求1所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述第一預測模式采用預設的固定預測時間窗口，所述第二預測模式采用動態預測時間窗口。
4.根據權利要求3所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述動態預測時間窗口長度的確定方法為：
5.根據權利要求4所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述動態預測時間窗口長度設置有預設上限值和下限值，當計算得到的動態預測時間窗口長度大于所述上限值時，取所述上限值作為預測時間窗口長度；當小于所述下限值時，取所述下限值作為預測時間窗口長度。
6.根據權利要求1所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述蒸騰驅動因子至少包括光合有效輻射、空氣溫度及空氣飽和水汽壓差中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，所述根據作物當前水分狀態信息計算灌溉需求量與水分裕度的方法為：水分狀態信息包括基質重量、當前重量與灌溉飽和重量，根據當前重量與基質重量之間的差值得到當前可供水量，對比所述預測時間窗口內的蒸騰需求量與當前可供水量，得到灌溉需求量；
8.根據權利要求1所述的一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控方法，其特征在于，基于水分收支情況推算蒸騰消耗量的方法為：
9.一種基于有效光合葉面積指數的作物灌溉調控系統，其特征在于，包括：