🎉 init(init):初始化仓库

irrgiation/mathuntils.py

@@ -0,0 +1,371 @@
+#根据日期计算当年天数
+import numpy as np
+import pandas as pd
+from matplotlib import pyplot as plt
+
+
+def is_leap_year(year):
+    return (year % 4 == 0 and year % 100 != 0) or (year % 400 == 0)
+
+def day_of_year(date_str):
+    date_part = date_str.split()[0]
+    year = int(date_str[:4])  # 取前4位 → 2025
+    month = int(date_str[5:7])  # 取第5-6位 → 06 → 6
+    day = int(date_str[8:10])  # 取第8-9位 → 30
+    month_days = [31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31]
+    if is_leap_year(year):
+        month_days[1] = 29  # 闰年2月29天
+    total = sum(month_days[:month-1]) + day
+    return total
+#计算每天有效日照时长
+def count_above_threshold(data, threshold,date):
+    filtered = filter(lambda x: float(x['value_cal']) >= threshold and x['datetime'].split(" ")[0] == date, data)
+    return len(list(filtered))
+# 示例计算函数：Lux转W/m²
+def lux_to_wm2(lux_value):
+    """将Lux值转换为W/m²（使用标准系数0.0081）"""
+    return lux_value * 0.0081
+def convert_lux_to_Radiant_Flux(data_dict):
+    """
+    递归地将字典中的所有'timestamp'字段转换为可读的日期时间格式
+    保留原始时间戳的同时添加新的'datetime'字段
+    """
+    if 'value' in data_dict:
+        radiant_Flux=data_dict["value"]*0.001496
+        data_dict["value_radiant"] =radiant_Flux
+        return data_dict
+def lux_to_solar_rad(lux,h):
+
+    return lux * 0.001496*h * 3.6 / 1000
+def plot(soil_data,name):
+    import matplotlib.dates as mdates
+    # 创建画布
+    plt.figure(figsize=(14, 8))
+
+    # 处理并绘制地表湿度数据
+    surface_df = pd.DataFrame(soil_data["SOIL_MOISTURE_SURFACE"])
+    surface_df['datetime'] = pd.to_datetime(surface_df['datetime'])
+    surface_df['value'] = surface_df['value'].astype(float)
+    plt.plot(surface_df['datetime'], surface_df['value'],
+             label='Surface Moisture (0-5cm)', color='#FF6B6B', linewidth=2, marker='o', markersize=5)
+
+    # 处理并绘制中层湿度数据
+    middle_df = pd.DataFrame(soil_data["SOIL_MOISTURE_MIDDLE"])
+    middle_df['datetime'] = pd.to_datetime(middle_df['datetime'])
+    middle_df['value'] = middle_df['value'].astype(float)
+    plt.plot(middle_df['datetime'], middle_df['value'],
+             label='Middle Layer Moisture', color='#4ECDC4', linewidth=2, marker='s', markersize=5)
+    # 处理并绘制中层湿度数据
+    middle_df = pd.DataFrame(soil_data["SOIL_MOISTURE_BOTTOM"])
+    middle_df['datetime'] = pd.to_datetime(middle_df['datetime'])
+    middle_df['value'] = middle_df['value'].astype(float)
+    plt.plot(middle_df['datetime'], middle_df['value'],
+             label='BOTTOM Layer Moisture', color='blue', linewidth=2, marker='s', markersize=5)
+
+    # 设置图表格式
+    plt.title('Soil Moisture Variation (Jun 18 - Jul 3, 2025)', fontsize=16, pad=20)
+    plt.xlabel('Date', fontsize=12)
+    plt.ylabel('Soil Moisture (%)', fontsize=12)
+    plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7)
+
+    # 设置x轴日期格式
+    ax = plt.gca()
+    ax.xaxis.set_major_locator(mdates.DayLocator(interval=2))
+    ax.xaxis.set_major_formatter(mdates.DateFormatter('%m/%d'))
+    plt.xticks(rotation=45)
+
+    # 添加图例和注释
+    plt.legend(loc='upper right', fontsize=10)
+    plt.tight_layout()
+    # 保存图片到本地
+    output_path = 'D:\悦柠\遥感\甘草\ceshi/'+name+".png"
+    plt.savefig(output_path, dpi=300, bbox_inches='tight')
+    # 显示图表
+    # plt.show()
+
+
+def rh_to_theta_vg(rh, soil_params, temperature=25):
+    """使用Van Genuchten模型将相对湿度转换为体积含水量"""
+    # 计算土壤水势(kPa)
+    psi = -145 * np.log(rh / 100)
+
+    # 提取土壤参数
+    theta_s = soil_params["theta_s"]  # 饱和含水量
+    theta_r = soil_params["theta_r"]  # 残余含水量
+    alpha = soil_params["alpha"]  # Van Genuchten参数
+    n = soil_params["n"]  # Van Genuchten参数
+    m = 1 - 1 / n
+
+    # 计算体积含水量
+    theta = theta_r + (theta_s - theta_r) / ((1 + (alpha * abs(psi)) ** n) ** m)
+    print(theta)
+    return theta
+
+
+def calculate_soil_moisture_after_irrigation(
+        initial_moisture: float,
+        field_capacity: float,
+        irrigation_volume: float,
+        soil_volume: float,
+        area: float = None,
+        verbose: bool = False
+) -> float:
+    """
+    不考虑降雨量和蒸散量时，计算灌溉后的土壤相对湿度
+
+    参数:
+    initial_moisture: 初始土壤相对湿度 (%)
+    field_capacity: 田间持水量 (%)
+    irrigation_volume: 灌溉量 (m³)
+    soil_volume: 土壤体积 (m³)
+    area: 灌溉面积 (㎡，可选，仅用于打印提示)
+    verbose: 是否打印详细计算过程
+
+    返回:
+    float: 灌溉后土壤相对湿度 (%)
+    """
+    # 参数验证
+    if not (0 <= initial_moisture <= 100):
+        raise ValueError("初始湿度必须在0-100%之间")
+    if not (0 < field_capacity <= 100):
+        raise ValueError("田间持水量必须在0-100%之间且大于0")
+    if irrigation_volume < 0:
+        raise ValueError("灌溉量不能为负数")
+    if soil_volume <= 0:
+        raise ValueError("土壤体积必须大于0")
+
+    # 计算初始土壤含水量（m³）
+    initial_water = (initial_moisture / 100) * (field_capacity / 100) * soil_volume
+
+    # 灌溉后总含水量（m³）
+    total_water = initial_water + irrigation_volume
+
+    # 计算田间持水总量（m³）
+    max_water = (field_capacity / 100) * soil_volume
+
+    # 计算灌溉后湿度（超过田间持水量时取100%）
+    final_moisture = min((total_water / max_water) * 100, 100.0)
+
+    # if verbose:
+        # area_info = f"（面积: {area}㎡）" if area else ""
+        # print(f"===== 不考虑降雨与蒸散的灌溉计算 {area_info} =====")
+        # print(f"初始湿度: {initial_moisture}%")
+        # print(f"田间持水量: {field_capacity}%")
+        # print(f"土壤体积: {soil_volume}m³")
+        # print(f"灌溉量: {irrigation_volume}m³")
+        # print(f"初始含水量: {initial_water:.2f}m³")
+        # print(f"灌溉后含水量: {total_water:.2f}m³")
+        # print(f"田间最大持水量: {max_water:.2f}m³")
+        # print(f"灌溉后土壤湿度: {final_moisture:.2f}%")
+
+    return final_moisture
+def calculate_irrigation_volume(
+        initial_moisture: float,
+        target_moisture: float,
+        field_capacity: float,
+        soil_volume: float
+) -> float:
+    """
+    计算为达到目标土壤相对湿度所需的灌溉量
+
+    参数:
+    initial_moisture: 初始土壤相对湿度 (%)
+    target_moisture: 目标土壤相对湿度 (%)
+    field_capacity: 田间持水量 (%)
+    soil_volume: 土壤体积 (m³)
+    area: 灌溉面积 (㎡，可选，仅用于打印提示)
+    verbose: 是否打印详细计算过程
+
+    返回:
+    float: 需要的灌溉量 (m³)
+    """
+    # 参数验证
+    if not (0 <= initial_moisture <= 100):
+        raise ValueError("初始湿度必须在0-100%之间")
+    if not (0 <= target_moisture <= 100):
+        raise ValueError("目标湿度必须在0-100%之间")
+    if not (0 < field_capacity <= 100):
+        raise ValueError("田间持水量必须在0-100%之间且大于0")
+    if soil_volume <= 0:
+        raise ValueError("土壤体积必须大于0")
+    if target_moisture <= initial_moisture:
+        raise ValueError("目标湿度必须大于初始湿度")
+
+    # 计算初始土壤含水量（m³）
+    initial_water = (initial_moisture / 100) * (field_capacity / 100) * soil_volume
+
+    # 计算目标含水量（m³）
+    target_water = (target_moisture / 100) * (field_capacity / 100) * soil_volume
+
+    # 需要的灌溉量
+    irrigation_volume = target_water - initial_water
+
+    return irrigation_volume
+def irriDepth_irrvolume(area,irrDepth):
+    volume=area*667*(irrDepth/1000)
+    return volume
+
+
+def calculate_irrigation(dry_soil_weight, current_humidity, target_humidity,
+                         irrigation_efficiency=0.8, water_density=1000):
+    """
+    计算达到目标湿度所需的灌溉量
+
+    Args:
+        dry_soil_weight (float): 土壤干重（kg）
+        current_humidity (float): 当前相对湿度（%）
+        target_humidity (float): 目标相对湿度（%）
+        irrigation_efficiency (float): 灌溉效率（0~1）
+        water_density (float): 水密度（kg/m³）
+
+    Returns:
+        float: 灌溉量（立方米）
+    """
+    if current_humidity >= target_humidity:
+        return 0.0
+
+    delta_humidity = (target_humidity - current_humidity) / 100
+    water_weight = dry_soil_weight * delta_humidity
+    water_volume = water_weight / water_density
+    return water_volume / irrigation_efficiency
+def calculate_rh_target(
+        initial_moisture: float,
+        root: float,
+        field_capacity: float,
+        irrigation:float
+) -> float:
+     initial_moisture=(initial_moisture / 100) * field_capacity
+     iir_volume=irrigation/(10*root)
+     target_moisture = initial_moisture + (iir_volume/field_capacity)
+     return target_moisture
+
+
+def calculate_rh_target(
+        initial_moisture: float,  # 初始土壤相对湿度(%)
+        root: float,  # 根系深度(cm)
+        field_capacity: float,  # 田间持水量(体积含水量 cm³/cm³)
+        irrigation: float  # 灌溉量(mm)
+) -> float:
+    """
+    计算灌溉后的目标土壤相对湿度(%)
+
+    参数:
+    initial_moisture: 初始土壤相对湿度(%)
+    root: 根系深度(cm)
+    field_capacity: 田间持水量(体积含水量 cm³/cm³)
+    irrigation: 灌溉量(mm)
+
+    返回:
+    float: 灌溉后的目标土壤相对湿度(%)
+    """
+    # 参数验证
+    if initial_moisture < 0 or initial_moisture > 100:
+        raise ValueError("初始湿度必须在0-100%之间")
+    if root <= 0:
+        raise ValueError("根系深度必须大于0")
+    if field_capacity <= 0 or field_capacity > 1:
+        raise ValueError("田间持水量必须在0-1 cm³/cm³之间")
+    if irrigation < 0:
+        raise ValueError("灌溉量不能为负值")
+
+    # 将相对湿度转为体积含水量
+    initial_volume_moisture = (initial_moisture / 100) * field_capacity
+
+    # 计算灌溉增加的体积含水量
+    # 将mm转为cm，并除以根系深度得到体积含水量增量
+    moisture_increase = (irrigation / 10) / root
+
+    # 计算灌溉后的体积含水量
+    target_volume_moisture = initial_volume_moisture + moisture_increase
+    # 转换回相对湿度(%)
+    target_rh = (target_volume_moisture / field_capacity) * 100
+
+    # 确保不超过100%
+    target_rh = min(target_rh, 100.0)
+
+    # # 3. 计算目标体积含水量 (不超过田间持水量)
+    # target_volume = min(initial_volume + moisture_increase, field_capacity)
+    #
+    # # 4. 转换回相对湿度 (%)
+    # target_rh = (target_volume / field_capacity) * 100
+
+    return target_rh
+
+
+def calculate_rh_target_rz(
+        initial_moisture: float,  # 初始土壤相对湿度(%)
+        soil_root: float,  # 根系深度(cm)
+        area: float,  # 灌溉面积(亩)
+        irrigation: float,  # 灌溉量(mm)
+        field_capacity: float = 28.84,  # 田间持水量(%)，默认35%
+        soil_bulk_density: float = 1.5  # 土壤容重(g/cm³)，默认1.5
+) -> float:
+    """
+    计算灌溉后的目标根区土壤相对湿度
+
+    参数:
+    initial_moisture: 初始土壤相对湿度(%)
+    soil_root: 根系深度(cm)
+    area: 灌溉面积(亩)
+    irrigation: 灌溉量(mm)
+    field_capacity: 田间持水量(%)，默认35%
+    soil_bulk_density: 土壤容重(g/cm³)，默认1.5
+
+    返回:
+    float: 灌溉后的目标土壤相对湿度(%)
+    """
+    # 参数验证
+    if initial_moisture < 0 or initial_moisture > 100:
+        raise ValueError("初始湿度必须在0-100%之间")
+    if soil_root <= 0:
+        raise ValueError("根系深度必须大于0")
+    if area <= 0:
+        raise ValueError("面积必须大于0")
+    if irrigation < 0:
+        raise ValueError("灌溉量不能为负值")
+
+    # 计算根区体积
+    root_volume = area * 667 * (soil_root / 100)  # m³，将cm转为m
+
+    # 计算灌溉水体积
+    water_volume = (irrigation / 1000) * area * 667  # m³，将mm转为m
+
+    # 计算灌溉增加的土壤湿度(%)
+    moisture_increase = (water_volume / (root_volume * soil_bulk_density)) * 100
+
+    # 计算目标湿度
+    target_moisture = initial_moisture + moisture_increase
+
+    # 确保不超过田间持水量
+    target_moisture = min(target_moisture, field_capacity)
+
+    return target_moisture
+if __name__ == '__main__':
+    # volume=irriDepth_irrvolume(10.95,11.123)
+    # soil_volume_dk1 = 10.95 * 667 * 0.15
+    # soil_volume_dk2 = 8.92 * 667 * 0.15
+    # result1 = calculate_soil_moisture_after_irrigation(
+    #     initial_moisture=15.2,
+    #     field_capacity=28.84,
+    #     irrigation_volume=168,
+    #     soil_volume=soil_volume_dk1,
+    #     verbose=True
+    # )
+    # print(f"\n示例1结果: 灌溉后湿度 = {result1:.2f}%\n")
+    # print(soil_volume_dk1)
+    # result2=calculate_irrigation_volume(initial_moisture=15.44,
+    #                             field_capacity=28.84,
+    #                             target_moisture=70,
+    #                             soil_volume=soil_volume_dk1)
+    # print(f"\n达到目标湿度所需灌溉量 = {result2:.2f}\n")
+    # # 调用示例
+    # dry_soil_weight=10.95*667*0.1*1200
+    # volume = calculate_irrigation(
+    #     dry_soil_weight=dry_soil_weight,
+    #     current_humidity=15.4,
+    #     target_humidity=70
+    # )
+    # print(f"灌溉量: {volume:.2f} m³")  # 输出: 0.09 m³
+    rh=calculate_rh_target(67.96,6,0.2884,33.14)
+    rh1 = rh*0.7
+    print(rh,rh1)