Способ дифференциального регулирования подачи воды для широкозахватных дождевальных машин на основе нормализованного разностного водного индекса
METHOD FOR DIFFERENTIAL CONTROL OF WATER SUPPLY FOR WIDE-GRASPING SPRINKLERS BASED ON NORMALIZED DIFFERENTIAL WATER INDEX

Изобретение относится к области сельского хозяйства и мелиорации и может быть использовано для дистанционного орошения сельскохозяйственных культур.
Существует способ орошения, описанный в патенте №2492632 [2]. Данное изобретение относится к мелиорации и используется для орошения парниковых и других сельскохозяйственных культур. Способ орошения осуществляется автоматически периодическими напусками воды. Вода образуется в результате конденсации пара в напорном бачке. Часть времени бачок наполняется до требуемого уровня, а затем открывается и срабатывает. В качестве увлажнителя используется перфорированная трубка с отверстиями. Трубка установлена вертикально в месте корнеобитаемой массы растения, и вода в нее поступает из капельниц. Капельницы закреплены на распределительном трубопроводе. Напорный бачок прикреплен к радиатору охлаждения для отопления помещения парника с одновременным охлаждением и конденсацией пара. Обеспечивается повышение эффективности орошения с одновременной очисткой воды от солей и отоплением помещений парников.
Недостатками данного способа орошения является то, что при поливе используется внутрипочвенный ороситель, что невыгодно применять на больших территориях. Также невозможно определить влажность почвы и отрегулировать необходимое количество воды для полива сухой почвы.
Известен способ полива водой, описанный в патенте №1748741 [1].
Данное изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при поливах по бороздам и полосам. Цель данного изобретения - повышение надежности технологического процесса и сокращение подачи воды. Для осуществления способа используют трубопровод с водовыпусками и гидрантами, подключенными к водоподводящей сети. На гидрантах установлены запорные элементы, управляемые через линию от пульта. В процессе полива, поочередно открывая запорные элементы, производят пуск воды в трубопровод, при этом время пуска на пульте задается из расчета добегания потока воды не менее чем до половины длины трубопровода. Такая подача воды препятствует образованию осадка и позволяет производить импульсную водоподачу из водовыпусков. К недостаткам данного способа относится его невозможность использования для дождевальных машин, а также для орошения обширных территорий. Данное изобретение не может отслеживать увлажненность участков почвы для дальнейшего полива.
Способ или метод полива водой аналогичный предложенному найти не удалось.
Измерение влажности почвы с помощью индекса NDWI необходимо для регулирования подачи воды на дождевателе, позволяющее уменьшить ее расход, снизить затраты энергии на перекачивание жидкости. Также этот метод сохраняет дополнительные объемы жидкости в оросительных системах, что особенно актуально в засушливых районах.
Широкозахватные дождевальные машины имеют секционированную конструкцию, на каждой секции установлены несколько дождевателей. Использование традиционной схемы построения позволяет подвести к каждому распыляющему устройству отдельный канал управления положением регулирующего нормально-открытого клапана. Это позволит в ходе проведения орошения подходить раздельно к поливу каждого участка путем изменения расхода. Данный подход не дает избыточного расхода воды на влажные участки, при том, что сухие участки получают достаточное количество влаги.
Данный способ с использованием видимого и ближнего инфракрасного диапазона является достаточно дешевым по аппаратному оформлению вариантом. Невысокая стоимость всех элементов оправдывает использование методики в сельском хозяйстве.
Технический результат - расширение функциональных возможностей.
Регулирование оросительной системы для управления мелиоративными режимами орошаемых земель в оптимальных пределах происходит с помощью способа дифференциального регулирования подачи воды на основе измерения увлажненности почвы.
Технический результат достигается тем, что в способе дифференциального регулирования подачи воды для широкозахватных дождевальных машин на основе NDWI измеряют влажность почвы в полевых условиях непрерывно и автономно, определяют необходимое количество воды для полива, для этого измеряют индекс NDWI с применением яркости пикселей линии ближней инфракрасной области спектра, а также яркости пикселей линии зеленой области спектра, измерение влажности производят с помощью снимков спектральной камеры с дифракционной насадкой, установленной на опорной штанге дождевальной машины, затем изображения обрабатывают ЭВМ, после чего происходит регулирование нормально-открытых клапанов дождевателей, позволяющее определять оптимальный расход воды для полива почвы.
Для измерения индекса NDWI в полевых условиях предполагается использование спектральной камеры с насадкой, установленной на высокой штанге. Она соединяется с дождевальной машиной таким образом, чтобы в поле зрения попадал участок впереди хода машины по всей ширине рабочего поля. Полоса обзора камеры условно разделяется на участки, соответствующие ширине покрытия каждого отдельного дождевателя.
Для каждого участка отдельно проводится расчет водного индекса. До начала работы проводится нормировка индексов на основе двух модельных участков: максимально сухого и максимально мокрого. Данные участки могут быть подготовлены искусственно с учетом норм полива для обрабатываемых культур. Все значения индексов, получаемых по расчету, нормируются в пределах от 0 для сухих участков до 1 для мокрых.
Изменение подачи воды на отдельную секцию осуществляется путем формирования управляющего сигнала на устройство, установленного на подводящем патрубке. Для участков с минимальным значением индекса устанавливается положение полностью открытого клапана, с максимальным - полностью закрытого. Промежуточные положения устанавливаются пропорционально.
В качестве информации для формирования управляющего сигнала для контролирующего клапана устройства предлагается использовать нормализованный разностный водный индекс (Normalized difference water index - NDWI). В методиках дистанционного зондирования Земли он вычисляется по формуле:
где NIR - яркость пикселей линии ближней инфракрасной области спектра, Green - яркость пикселей линии зеленой области спектра.