СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ОРОШЕНИЕМ ПОСЕВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

2
2
1. Способ дифференцированного управления орошением посевов, включающий в себя измерение влажности почвы и метеорологических показателей за период, предшествующий очередному поливу, математические модели запасов почвенной влаги и определение поливных норм на основе математических моделей, отличающийся тем, что математическую модель динамики запаса почвенной влаги расширяют за счет включения в нее величины общей биомассы и сырой массы растений и дополняют моделью связи параметров биомассы растений с их оптическими показателями отражения, при этом параметры этих моделей оценивают предварительно, по данным дистанционного зондирования посевов и пробам, отбираемым с 10-12 тестовых площадок площадью 15-20 м, расположенных рядом с основным полем, кроме того, разбивают весь интервал вегетации культуры на равные промежутки времени между поливами, площадь поля разбивают на элементарные участки площадью 5-10 м, при этом предварительно, в начале каждого заданного интервала времени между поливами, посредством данных авиационного дистанционного зондирования и используемых математических моделей оценивают параметры биомассы и влагозапаса в почве на всех элементарных участках поля, по полученным оценкам для 20-25 элементарных участков посредством математической модели динамки биомассы и влагозапаса в почве определяют оптимальную среднюю норму полива и нормы поливов для отдельных элементарных участков, обеспечивающих достижение заданной относительной влажности биомассы посева в конце заданного интервала времени, для выбранных 20-25 элементарных участков определяют отклонения начальных значений параметров биомассы и влагозапаса в почве и норм полива от средних значений по данным участкам, и на основании этих отклонений оценивают параметры линейной модели корректирующего регулятора норм полива, используемого для всех элементарных участков поля, в реальном времени на всех элементарных участках поля, попадающих в зону технологического захвата дождевальной машины, определяют в начале интервала времени между поливами отклонения параметров биомассы и влагозапаса почвы от средних значений, по этим отклонениям посредством корректирующего регулятора норм полива вырабатывают поправки к средней норме полива, и откорректированные нормы полива принимают в качестве заданий локальным регуляторам норм полива устройства для орошения, посредством которых включают и отключают оросительные форсунки с одновременным перемещением устройства для орошения на каждую очередную линию элементарных участков, попадающих в зону технологического захвата дождевальной машины, где операции способа для реального времени повторяют, а по истечении текущего интервала времени между поливами повторяют все операции способа для очередного полива.
2. Устройство для дифференцированного управления орошением посевов, включающее в себя блок автоматизированного управления многоопорной дождевальной машиной фронтального действия точного полива с установленными на тележках с электроприводом трубопроводами правого и левого крыльев машины с оросительными форсунками, входы блока автоматизированного управления соединены с задатчиком нормы полива, а выходы блока управления соединены с электрогидрозадвижкой, при этом измеритель влажности, установленный на орошаемом участке поля, подключен к системе управления поливом через приемник системы ГЛОНАСС, выход которого через блок анализа сигналов соединен с микропроцессорным блоком управления, отличающееся тем, что в него введен мультиспектральный прибор дистанционного зондирования, базирующийся на беспилотном летательном аппарате, а также многоканальный блок формирования оптимальных норм полива и блок управления движением дождевальной машины, кроме того, оросительные форсунки дождевальной машины оборудованы управляемыми запорными клапанами, расходомерами и локальными регуляторами норм полива, при этом расходомеры воды подключены к входам локальных регуляторов норм полива, управляющие выходы которых подключены к исполнительным механизмам управляемых запорных клапанов, а сигнальные выходы к блоку управления движением дождевальной машины, причем блок формирования оптимальных норм полива содержит базу данных оптических показателей отражения посева, блок идентификации математических моделей, блок оценивания состояния посева и водозапаса почвы, блок оптимизации норм полива, блок локальной коррекции норм полива, блок формирования заданий локальным регуляторам норм полива, приемник системы глобального позиционирования ГЛОНАСС, блок хранения данных о реальном состоянии посева и почвенной среды, при этом к входу базы данных оптических показателей отражения посева подключен мультиспектральный прибор дистанционного зондирования и приемник системы глобального позиционирования ГЛОНАСС, выход базы данных оптических показателей отражения посева соединен с входом блока идентификации математических моделей, входом блока оценивания состояния посева и водозапаса почвы, входом блока локальной коррекции норм полива и входом блока управления движением дождевальной машины, к входу блока идентификации математических моделей также подключен блок хранения данных о фактическом состоянии посева и почвенной среды, выход блока идентификации математических моделей соединен с входами блока оценивания состояния биомассы и водозапаса почвы и блока оптимизации норм полива, выход блока оценивания состояния посева и водозапаса почвы соединен в входами блока оптимизации норм полива, блока локальной коррекции норм полива и блока формирования заданий локальных регуляторов норм полива, выход блока оптимизации норм полива соединен с входами блока локальной коррекции норм полива и блока формирования задний локальным регуляторам норм полива, выход блока локальной коррекции норм полива соединен с входом блока формирования заданий локальным регуляторам норм полива, выходы которых соединены с задающими входами локальных регуляторов норм полива.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что математическая модель динамики влагозапаса почвы и параметров биомассы в среднем по полю имеет следующий вид:
1
2
3
1
2
3
2
3
1
2
3
11
33
1
3
11
33
2
2
2
2
а
а
где: X вектор параметров состояния модели, компонентами которого являются: х, x, х- соответственно, общая и сырая надземная масса растений, влагозапас почвы, кг/м; F - вектор метеоусловий, компонентами которого являются: f - среднесуточная температура воздушной среды, °С; f - среднесуточный уровень радиации, Вт/(м⋅час); f - среднесуточный уровень осадков, мм (кг/м); u(t) интенсивность полива, кг/м;  - вектор случайных помех в модели с компонентами: ζ1(t), ζ(t) ζ(t), имеющими нулевое среднее и дисперсии d, d, d;  - динамическая матрица модели,  - матрица-столбец передачи управления в модели,  - матрица передачи внешних возмущений в модели, -; b-b; с-с - оцениваемые параметры модели.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модель оптических показателей отражения имеет следующий вид:
где Y - вектор оптических показателей отражения с компонентами:
1м
2м
у - оптический показатель, полученный по первому каналу измерения (в видео диапазоне); у - оптический показатель, полученный по второму каналу измерения (в инфракрасном диапазоне); W(P,X) - вектор-функция модели, имеющая следующий вид:
11
27
1
2
р-р - параметры оптической системы измерений, оцениваемые по экспериментальным данным; ε(t), ε(t) - случайные помехи в модели зондирующего измерителя, имеющие нулевое среднее и дисперсии , .
5. Способ по пп. 1, 3, 4, отличающийся тем, что алгоритм оценивания состояния посева и дозапаса почвы по данным дистанционного зондирования на основании моделей (1), (2) имеет следующий вид:
где  - оценка вектора состояния посевов и водозапаса почвы,  - матрица дисперсий помех в модели состояния посевов и водозапаса почвы,  - матрица ошибок измерения, Р - матрица ошибок оценивания  - матрица частных производных вектор-функции модели измерений по вектору состояния модели состояния посевов и водозапаса почвы.
6. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что локальную коррекцию норм полива по площади поля производят по модели корректирующего регулятора следующего вида
j
j
где: Δu(T,z,h) - поправка на норму полива для любого элементарного участка поля с координатами (z,h),  - средняя по площади поля оценка начальных условий состояния посева и водозапаса почвы в начале j-ого интервала полива,  - оценка начальных условий состояния посева и водозапаса почвы для любого элементарного участка поля с координатами (z,h), К - матрица параметров модели.
7. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что критерий оптимизации норм полива имеет следующий вид:
j
где  - заданное значение относительной влажности биомассы посева, T - моменты времени проведения j-ого полива.