区域的自动灌溉的制作方法

1.本发明涉及一种用于区域的自动灌溉的灌溉方法以及灌溉系 统。本发明此外涉及一种计算机程序产品。


背景技术：

2.充足的水分供应是植物生命和生长的基本要求。在此需要着重 注意的是，水的供应不足和供过于求对植物都是不利的。通常，草 坪或植物是人工浇水的，或者是通过人工启动的装置来浇水的。因 此，正确的时间点和正确的水量必须由人类用户根据具体情况分别 确定。这可能一方面造成植物的供水不是最佳的。另外，原则上希 望，能够尽可能用自动化流程代替手动活动。


技术实现要素：

3.在此背景下，本发明的目的是给出一种用于区域灌溉的改进方 案，根据该方案可以自动进行灌溉，尤其以适合情况的水量。
4.该目的通过独立权利要求的相应主题实现。有利的扩展构造和 优选的实施形式是从属权利要求的主题。
5.改进的方案基于将自动获取的、与地点相关的天气数据馈入蒸 发模型的想法，从而确定自动灌溉区域的用水需求。
6.根据所述改进的方案给出一种用于自动浇灌区域的灌溉方法。 在此，尤其借助计算系统确定所述区域的地点并且尤其借助计算系 统自动获取所述地点的天气数据。借助计算系统使用预给的蒸发模 型根据所述天气数据来确定所述区域的用水需求。尤其借助施水装 置依照所求取的用水需求来自动灌溉所述区域。
7.尤其在预给的时间段内获取天气数据并且尤其将其存储在例 如计算系统的存储单元内，所述预给的时间段也可以是一个弹性的 时间段。在此，所述天气数据尤其不是将来时间段的天气预报数据， 而是分别关于当前的时间点或时间段的天气数据，在所述时间点或 时间段上获取天气数据。在此，计算机系统可以例如从服务器计算 机或其他数据库，例经由互联网连接，从气象站、私人或商业供应 商处获得天气数据。
8.天气数据随后被计算系统用作蒸发模型的输入，也就是说，将 其作为输入馈入到蒸发模型内。蒸发模型的输出则对应于区域的用 水需求或数值，由该数值可以直接求取所述区域的用水需求。所述 蒸发模型例如可以是经验模型，其可以根据天气数据估计在哪个时 间段内每单位面积蒸发的多少水量，因此关于灌溉应相应补充的水 量。
9.天气数据例如可以包含关于雨量或降水量、风速、风向、气温 的信息和/或可能的地点的其他天气相关的参数。在此，天气数据 特别适用于地理区域，其中，地点位于这个区域内，所以它们从这 个意义上说，可以理解为该地点的天气数据。
10.所述计算系统可以包含一个或多个，也可能是在空间上分布的 计算单元。例如，所述计算系统可以包括服务器计算单元和一个或 多个终端，例如台式计算机或移动电子
终端，例如笔记本、平板电 脑、手机、智能手机或智能手表，这些终端可以与服务器计算单元 通信，特别是无线通信。在此，这种终端除其他外可以用作用户界 面或包含用户界面。用户界面可以包含一个或多个硬件组件和一个 或多个软件组件，例如用于移动电子设备等的计算机程序形式的或 应用程序的形式的软件组件。
11.所述计算系统可以根据求取的用水需求尤其操控施水装置，以 依照所求取的用水需求来自动灌溉区域。在此，灌溉尤其依照求取 的用水需求，鉴于要施加的水量和施加水的时间点或时间段来进 行。因此，求取的用水需求尤其可以包含关于所需水量的信息，并 且还可以包含关于要施加水量的相应时间点或时间段的信息。
12.通过考虑与地点相关的天气数据来确定该地区的用水需求和 相应的灌溉，可以实现该区域的自动灌溉。蒸发模型的使用能够实 现，以用于对应植物的量或在最佳时间施加水，从而尤其避免了水 的过度供应和供应不足。
13.由此大大减少了手动灌溉步骤的需要。
14.一旦相应地安装了施水装置，则灌溉可以例如以完全自动化的 方式进行，而无需其它的手动互动。在施水装置的其他设计形式中， 可能必要时需要鉴于其位置对施水装置的水分配装置，特别是草坪 喷水器等的位置，作出调整，以便能够灌溉整个区域。但是，这根 据配水装置的具体设计来决定。在不改变位置的情况下浇灌整个区 域也可以是适用的。
15.通过借助蒸发模型考虑天气数据，考虑了对蒸发或用水需求的 重要影响因素。然而，蒸发模型也可以考虑其他输入量，以便使用 水需求的预测更加准确和可靠。
16.根据改进方案的方法的另一个优点是不需要借助传感器测量 地点相关参数，例如地面中的水分、地点处的温度等。由此降低了 方法和所用灌溉系统的复杂性，节省了成本，并减少了灌溉系统的 维护工作。
17.根据灌溉方法的至少一个实施形式，自动启动水泵以自动灌溉 区域，特别是借助计算系统或以由计算系统操控的方式，以便依照 求取的用水需求来在区域上施加水。
18.尤其，将水泵启动一个或多个灌溉时间段，直到已经依照求取 的用水需求施加了水量。之后自动停用水泵，特别是以由计算系统 操控的方式。
19.在此，水泵特别是将水从储水器、水管或供水接口输送到水分 配装置，然后该水分配装置将水分配到区域上。
20.例如，可以自动地，特别是借助于计算系统，对求取的用水需 求进行周期性或重复的评估，以便确定依照求取的用水需求的水量 是否大于预给极限值。只有当水量大于极限值时，才能例如采取通 过启动水泵进行灌溉。由此可以避免水泵的不必要的启动和停用。 此外，由此也可以补偿蒸发模型中的不确定性。
21.除了启动和停用水泵之外或作为替代，也能够根据求取的用水 需求来调整水泵的泵功率，从而取决于求取的用水需求单位时间内 向区域施加更多的水量或更少的水量。
22.取决于水分配装置的设计形式，以水泵的合适的泵功率持续地 施加水可能是有利的，或完全启动和停止水泵是有利的。
23.根据至少一个实施形式，水泵的泵功率的自动启动和/或调整 借助于计算系统经由所述计算系统和水泵之间的至少部分无线通 信连接来执行。
24.所述通信连接至少部分无线地设计尤其可以这样地被理解：计 算系统具有用于
无线通信的通信接口并且施水装置也具有用于无 线通信的通信接口。在此，水泵本身可以具有通信接口，从而在计 算系统和水泵之间实现了完全无线的通信连接，或者施水装置的其 它组件可以具有通信接口。施水装置和水泵之间的接口之间的通信 也可以无线或有线地进行。
25.通信连接或通信连接的无线部分可以例如根据gsm标准、基 于gsm标准的标准、edge、umts、hsdpa、lte或其他移动无 线电标准来实现。通信也可以例如基于lte-m或ltecat-m1等 进行。通信也可以根据窄带物联网标准，nb-iot(英语：“narrowband internet of things”)或其他标准低功耗广域网，lpwan(英语：
ꢀ“
low power wide area network”)进行。
26.至少部分无线的通信连接能够实现水泵定位的灵活性。
27.根据至少一个实施形式，在灌溉方法的自动灌溉阶段期间或者 在灌溉系统、尤其施水装置、例如水泵的自动灌溉模式期间执行对 区域的自动灌溉步骤执行天气数据的自动获取、用水需求的确定的 步骤并且执行所述区域的自动灌溉的步骤。
28.根据至少一个实施形式，在自动灌溉阶段之前是手动灌溉阶 段。在手动灌溉阶段期间，借助所述计算系统自动确定所述区域的 理论用水需求并且确定尤其在手动灌溉阶段期间在所述区域上的 手动施加水量。在手动灌溉阶段期间，借助计算系统基于理论用水 需求和手动施加水量来生成或调整所述蒸发模型。
29.通过考虑手动施加到区域的水量以生成或调整蒸发模型，能够 补偿系统相关的误差，从而可以更准确地求取所求取的需水量，从 而还能够更精确地和更有针对性地进行灌溉。
30.一方面借助蒸发模型或初始蒸发模型根据天气数据确定的水 蒸发也可以取决于其他条件，即，例如区域的土壤性质、区域的植 被或区域上存在的植物类型。蒸发也可以取决于诸如房屋等物体对 区域的遮蔽。
31.另外，天气数据只能以有限的精度或有限的空间分辨率来获 取，因此也许不会考虑或不会完全考虑地方上非常局部显着的天气 现象或天气条件。通过将理论用水需求与人工施加的水量进行比 较，可以部分或完全弥补这些不准确之处。
32.此外，实际用水需水还可能取决于地区土壤中的初始含水量， 而气象数据无法或只能部分表明这一点。这种不确定性也可以通过 将其与手动施加的水量的比较来补偿。
33.另一方面，通过将其与手动施加的水量进行比较，即使只有有 限数量的天气数据可用于该地点，也可以实现对用水需求的足够准 确的预测。
34.因此，手动灌溉阶段可以被视为接下来的自动灌溉阶段的学习 阶段或校准阶段。还可以在之后的校准时间段内重复所述借助于手 动施加的水量与理论用水需求的比较进行的校准，以考虑随时间变 化的参数，例如植被、土壤中的基本水分或待灌溉的区域面积。
35.在手动灌溉阶段期间，用户可以例如依靠经验值或数据库或区 域上的植物的特定情况或特定条件，以这样的方式控制手动施加的 水量，使得它符合该区域的最理想的灌溉。
36.根据至少一个实施形式，基于通过计算系统、例如如经由用户 界面的相应的用户输入来确定收到施加的水量。在其它实施形式中 或者附加地，可以借助水泵，尤其借助水泵的流量传感器或者借助 施水装置的流量传感器自动获取手动施水量，并且将其例如无
线地 发送到计算系统。
37.根据至少一个实施形式，在手动灌溉阶段期间获取和存储地点 的其它天气数据。根据所述其它天气数据、尤其作为输入的其它天 气数据借助计算系统使用预给的初始蒸发模型确定理论用水需求。 根据据理论用水需求与手动施加的水量的偏差特别是借助计算系 统自动调整初始蒸发模型，以生成蒸发模型。
38.关于根据预给的初始蒸发模型确定理论用水需求以及关于获 取其它的气象数据，参考上述对基于蒸发模型确定用水需求和对获 取天气数据的说明。
39.特别地，可以对其他天气数据进行统计学预处理或评估，并且 可以基于经过统计预处理或评估的其他天气数据确定理论用水需 求。例如，可以基于其他天气数据确定平均蒸发速率，并可以基于 该平均蒸发率确定理论用水需求。由此可以更稳健地确定理论用水 需求，并且可以进一步优化灌溉。
40.例如可以改变初始蒸发模型的参数，以调整初始蒸发模型。替 代地或补充地，还可以在初始蒸发模型的之前或之后添加一个或多 个计算步骤，以获得蒸发模型。例如，在简单情况下，可以将初始 蒸发模型的输出乘以系数，该系数取决于理论用水需求与手动施加 的水量的偏差，以获得蒸发模型的相应的被校正的输出。
41.这样的实施形式允许根据外部条件或者还有用户行为的变化 而灵活且动态地调整当前蒸发模型。
42.根据至少一个实施例，特别是在自动浇水阶段期间，该位置的 天气预报数据被自动记录并且特别是被存储。根据天气预报数据， 根据具体需水量对区域进行自动灌溉。
43.根据至少一个实施形式，尤其在自动灌溉阶段期间，自动获取 并且尤其存储地点的天气预测数据。依照根据所述天气预测数据所 求取的用水需求执行区域的自动灌溉。
44.在此，天气预报数据可以包含如也包含在天气数据中的信息。 在此，天气预报数据涉及预限定的未来时间段。通过考虑天气预报 数据，如果在预限定的未来时期内预计会有相应数量的降水，则例 如可以避免或减少自动施加水。由此可以节省能源和水，并防止水 供应过剩。
45.根据至少一个实施形式，借助用户界面获取关于区域的地点的 用户输入和/或施水装置、尤其水泵和/或水分布装置的地点，以确 定区域的地点。
46.如果用户界面被设计为移动电子终端、例如智能手机的一部 分，则用户可以例如前往区域的地点并通过自动或手动位置确定来 获取该地点的位置坐标。
47.根据至少一种实施形式，借助全球导航卫星系统的接收器单 元、gnss获取关于水施加、水泵和/或水分配装置的地点的地点数 据，以便确定地区地点。
48.在此，所述用户界面或者用于gnss的接收器单元可以尤其与 用于传输地点或用户输入的计算系统耦合。
49.通过借助接收器单元获取地点数据可以使所述方法进一步自 动化，从而提高用户的舒适度。
50.根据至少一个实施形式，借助无线电接收器，例如计算系统、 用户界面、移动电子终端设备或者水泵的无线电接收器，来获取无 线电网络小区的小区地点数据，以确定所述区域的地点。
51.根据一种改进的方案还给出用于自动灌溉区域的灌溉系统。所 述灌溉系统具有
计算系统和施水装置。所述计算系统设置用于确定 地区的地点，自动获取并且尤其存储该地点的天气数据，并且使用 预给的蒸发模型根据所述天气数据来确定所述区域的用水需求。所 述施水装置设置用于，被所述计算系统操控地，依照所求取的用水 需求来自动灌溉所述区域。
52.尤其，计算系统可以基于所求取的用水需求生成一个或多个控 制信号并将其传输到施水装置，并且所述施水装置可以基于所述一 个或多个控制信号向区域施加水，以依照所求取的用水需求来灌溉 它。
53.尤其，施水装置于是具有用于与计算系统通信的通信接口。计 算系统也具有用于与施水装置进行通信的通信接口。
54.计算系统可以例如具有另外的通信接口，以便例如从外部服务 器计算机系统例如经由互联网连接获取天气数据。
55.根据灌溉系统的至少一种实施形式，施水装置具有可自动控制 的、尤其可远程控制的水泵，以依照求取的用水需求来自动灌溉区 域。
56.根据至少一种实施形式，计算系统设置用于，根据所求取的用 水需求将至少一个控制信号发送到所述施水装置，并且所述施水装 置设置用于，根据所述至少一个控制信号来启动所述水泵，以便依 照所求取的用水需求将水施加到所述区域上。
57.根据至少一种实施形式，所述水泵具有用于与所述计算系统无 线通信的通信接口，该通信接口设置用于，接收来自所述计算系统 的至少一个控制信号。
58.根据至少一种实施形式，所述施水装置具有与所述水泵连接的 或可与之连接的水分配装置，以便尤其依照所求取的用水需求将水 施加到所述区域上。
59.尤其，水泵可以以这样的方式与水分配装置连接，使得可以经 由连接件将水运输到水分配装置，所述水尤其可以通过泵从储水器 获得。
60.根据至少一种实施形式，水分配装置包含一根或多根滴水软 管、一个或多个草坪喷水器、一个或多个喷水设施和/或一个或多 个喷雨系统或其他适合给该区域灌溉的设备。
61.根据至少一种实施形式，计算系统经由用于获取关于区域地点 的用户输入的用户界面。
62.根据至少一种实施形式，所述施水装置具有用于gnss的接收 器单元，其设置用于，获取所述施水装置、尤其水泵的地点数据， 以确定区域的地点。
63.根据改进的方案的灌溉系统的其它实施形式直接遵循根据改 进方案的灌溉方法的各种设计形式，反之亦然。
64.尤其，灌溉系统可以设置用于，执行根据改进方案的灌溉方法 或者它执行这样的方法。
65.根据改进的方案还给出一种计算机程序产品，其包含至少一个 计算机程序或由至少一个计算机程序组成。所述至少一个计算机程 序具有命令，所述命令根据改进的方案在运行时通过灌溉系统的计 算系统促使灌溉系统，执行根据改进的方案的灌溉方法。
66.根据至少一种实施形式，所述至少一个计算机程序包含两个或 更多个计算机程序，它例如分别在计算系统的不同计算单元上运 行。
67.根据所述改进的方案，还给出可机读的存储介质，根据所述改 进的方案计算机程
序产品存储在该可机读的存储介质上，也就是 说，至少一个计算机程序存储在该可机读的存储介质上。
68.上面在说明书中提到的特征和特征的组合，以及接下来在附图 说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征的组合，不仅 可以在各个给出的组合中使用，还可以在其它的组合中使用，而不 脱离本发明的范围。下面的实施方案和特征组合也应视为是公开 的：其不具有最初制定的独立权利要求的所有特征并且/或者其超 出或不同于权利要求的后序参考文献中列出的特征组合。
附图说明
69.在下文中，借助附图描述改进方案的实施例。为此，在单个图 1中示意性地示出了根据改进的方案的灌溉系统的示例性实施形 式。
具体实施方式
70.在该图1中所示的灌溉系统1的示例性实施形式具有施水装置 5、6，特别是水泵5。灌溉系统1还具有计算系统2、3、4。
71.计算系统2、3、4可以包含例如服务器计算单元2，其可以具 有例如存储单元3。计算系统2、3、4还可以具有终端4，特别是 移动终端，例如移动电话或智能手机，或者用于在终端4上运行的 软件应用程序。
72.终端4还可以用作灌溉系统1的用户的用户界面，借助该用户 界面，用户可以与服务器计算单元2和/或灌溉系统1的施水装置5、 6交换数据。在替代的实施形式中，计算系统2、3、4仅具有一个 计算单元，该计算单元接管服务器计算单元2和终端4的任务。
73.水泵5包括马达11和为了控制马达11而与它连接的控制单元 8。水泵5还具有通信接口9，借助所述通信接口水泵5能够与服 务器计算单元2无线通信。
74.可选地，水泵5还可以具有gnss接收器10，例如gps接收 器，用于确定水泵5的地点数据。此外，施水装置5、6可以是水 分配装置6，特别是草坪喷水器等，以便借助水泵5将例如由储水 器7提供的水施加到待灌溉的区域上。
75.在灌溉系统1运行时，确定待灌溉区域的地点。这可以例如通 过用户输入到终端4中来实现，所述终端可以将相应的信息传输到 服务器计算单元2。替代地或附加地，水泵5的地点可以借助于 gnss接收器10来确定，其方式是，经由gnss查出地点并且经 由水泵5的通信接口9将其直接传输到服务器计算单元2，或者间 接地经由终端4将其传输到服务器计算单元2。
76.灌溉系统1，特别是水泵5，可以以自动灌溉模式运行。例如， 可以借助于终端4将水泵5设置到自动灌溉模式。在自动灌溉模式 下，借助于服务器计算单元2例如经由另外的服务器设备12、例 如互联网连接自动获取该区域的地点的天气数据。天气数据可以例 如包含关于当前雨量、风速、风向、温度的信息，还可能包含与水 泵5所在地点处的天气状况有关的其他参数。
77.借助于服务器计算单元2，将天气数据例如馈入到蒸发模型中， 该蒸发模型被存储在存储单元3中。蒸发模型可以根据天气数据估 计水泵5的地点处的每单位面积的蒸发度，并借此估计用于该区域 的当前用水需求。然后，服务器计算单元2或终端4可以将相应
的 控制命令传送到水泵5，以便自动启动它或调节马达11的泵功率， 以便经由储水器7和水分配装置6依照由蒸发模型确定的用水需求 来将水施加到区域上。
78.可选地，服务器计算单元2还可以从服务器设备12调用待灌 溉的区域的地点的天气预报数据，并在确定用水需求或生成用于水 泵5的控制信号时将其考虑在内。因此，如果在可预见的时间内通 过自然降雨可以满足用水需求量，则可以避免不必要的水消耗。
79.在灌溉系统的一种有利的扩展构造中，在自动运行模式之前校 准或指导灌溉系统1，特别是蒸发模型。为此，用户在例如几天的 预限定时间段内在手动灌溉模式下使用施水装置5、6。在此期间， 用户手动地执行区域的灌溉或手动地控制它，其中要注意的是，手 动施加水的量对于区域和区域的植被而言是尽可能理想的。在校准 期间，服务器计算单元2还已经获取了天气数据，并且如上所述借 助在蒸发模型的未校准或仅部分校准的状态下的蒸发模型来确定 每单位面积的理论蒸发度，并且借此确定区域的理论用水需求。然 后可以借助服务器计算单元2将所述理论用水需求与用户手动施 加水量进行比较。此外，用户可以将水泵5的使用寿命或手动施加 水量手动地、例如经由终端4输入，或者水泵5可以经由流量传感 器确定手动施加水量，并且如上所述地将其传送到服务器计算单元 2。
80.然后，根据依照理论的用水需求与手动施加水量的偏差，服务 器计算单元2可以调整蒸发模型，以便能够在自动灌溉模式下提供 更精确的预测。
81.理论用水需求与手动施加水量的偏差尤其反映了待灌溉的区 域的大约面积以及土壤的性质。此外，由此可以考虑到不可预测的 情况，例如该区域的植被或当地的天气现象或该区域土壤中的原始 水分含量。
82.在不同的设计形式中，用户可以例如经由终端4将水泵5切换 到手动灌溉模式，而与校准无关。在手动灌溉模式下，水泵5可以 由用户直接控制。这个可以例如通过终端4上的软件实现。因此， 在最简单的情况下，用户可以发送用于启动或停用水泵5的启动和 停止命令。
83.在一些实施形式中，用户也可以尤其经由终端4将水泵5切换 为时间控制的灌溉模式。如果激活了此功能，则用户可以例如经由 终端4设定应启动泵的时间段，例如一周中的几天和/或时间。由 此可以实现部分自动化的灌溉。
84.如所描述的，通过改进的方案使得区域的灌溉能够实现高度自 动化，并且借此显着增加了用户的舒适度。在此，由于改进的方案 并以上述方式使用了蒸发模型，能够对该区域进行最佳灌溉，从而 可以避免水的供应不足和供过于求。
85.在此，按照改进方案的灌溉系统有利地在没有传感器系统的情 况下适用，所述传感器系统用于确定区域的地点处的局部条件、例 如用于地面中的水分测量或温度测量。取而代之的是，使用在线天 气数据以及必要时指导阶段的结果来尽可能精确地求取灌溉需求。
86.在指导阶段，相应的实施例利用以下事实：人工施加的水量与 理论上确定的水量之间的偏差作为总系数大约反映了待灌溉区域 的面积和土壤性质。因此，灌溉系统不必彼此独立地求取确切的面 积或精确的土壤性质的度量，而是使用以下信息：蒸发度看起来有 多高，每单位面积必须蒸发多少水以及为了补偿蒸发，水泵必须运 行多长时间。如果存在足够数量的指导数据，则可以结束指导周期， 并使灌溉系统在自动灌溉模式中运行。
87.附图标记列表
[0088]1ꢀꢀꢀ
灌溉系统
[0089]2ꢀꢀꢀ
服务器单元
[0090]3ꢀꢀꢀ
存储单元
[0091]4ꢀꢀꢀ
终端
[0092]5ꢀꢀꢀ
水泵
[0093]6ꢀꢀꢀ
水分配装置
[0094]7ꢀꢀꢀ
储水器
[0095]8ꢀꢀꢀ
控制单元
[0096]9ꢀꢀꢀ
通信接口
[0097]
10
ꢀꢀ
接收器
[0098]
11
ꢀꢀ
马达
[0099]
12
ꢀꢀ
服务器设备