[发明专利]一种基于明渠的灌溉控制系统和灌溉控制方法

权利要求书

1.一种基于明渠的灌溉控制系统，其特征在于，该系统涉及主机、主渠道上游设置的水闸、支渠道上游设置的水闸、农田渠道上游设置的水闸、安装在所述主渠道和支渠道上的水位计以及位于农田侧的需水采集终端；所述水闸、水位计和需水采集终端连接所述主机；所述水位计用于采集主渠道或支渠道的水位，并发送至所述主机；所述需水采集终端用于收集农田侧的需水指数发送至所述主机；该系统包括以下模块：配置管理模块、指数采集模块、指数分析模块、水位采集模块、水位分析模块以及渠道注水放水调控模块；

所述配置管理模块用于配置和设定树状灌溉供水网络的数据；所述树状灌溉供水网络的数据包括：主渠道、支渠道、农田渠道的上下游关系、主渠道和支渠道的储水量与水位对应关系、农田侧需水量与需水指数的对应关系、主渠道和支渠道对农田渠道的分配系数；

所述指数采集模块用于从所述需水采集终端收集各个农田侧的需水指数；

所述指数分析模块用于根据所述指数采集模块所采集的农田侧的需水指数，结合所述农田侧需水量与需水指数的对应关系，计算出相应的农田侧需水量，并将该农田侧需水量对应至相应的农田渠道中作为相应的农田渠道的需水量，然后根据所述主渠道、支渠道、农田渠道的上下游关系，对需水量逐级向上汇总得出各个主渠道、支渠道的需水量；

所述水位采集模块用于通过水位计实时采集各个主渠道和支渠道的水位；

所述水位分析模块用于根据所述水位采集模块采集的水位，结合所述主渠道和支渠道的储水量与水位对应关系，计算出各个主渠道和支渠道的当前储水量；

所述渠道注水放水调控模块用于以广度优先的方式自上而下遍历各个的主渠道和支渠道，对每个主渠道和支渠道根据其渠道数据及水闸状态进行注水和放水控制，直到对所有的农田渠道的放水量满足其对应的农田侧的需水量的要求；

所述渠道注水放水调控模块包括：初始状态校验模块、定时器和渠道状态分析模块；

所述初始状态校验模块用于确定被执行灌溉所涉及的渠道的水闸都处于正常工作状态，并且将所有渠道的水闸关闭，然后将需水量大于零的主渠道和支渠道设定为待注水状态，同时将需水量为零的主渠道和支渠道设定为空闲状态；

所述定时器用于按一定的时间间隔驱动所述渠道状态分析模块执行；

所述渠道状态分析模块首先分析各渠道的剩余需水量是否为零，当所有的主渠道、支渠道和农田渠道的剩余需水量为零时，则停止定时器并停止对注放水执行模块的执行命令发送操作，否则遍历各个主渠道和支渠道，对每个主渠道和支渠道根据其渠道数据状态进行注水和放水控制；

所述注水和放水控制包括注水控制和放水控制；

所述注水控制是对主渠道的注水控制，将该主渠道标记为注水状态，开启该主渠道的水闸对该主渠道进行注水；注水时，实时通过水位计采集该主渠道的水位并根据该主渠道的储水量与水位的对应关系以及前后水位差估算当前注水的水量；当该主渠道的水位达到设定的上限或者该主渠道的储水量达到该主渠道的剩余需水量或者当该主渠道的水闸开启时间超过上限时，关闭该主渠道的水闸，将该主渠道标记为待放水状态；

所述放水控制计算目标渠道的所有下游渠道中待注水状态的农田渠道的总需水量，然后将该总需水量与所述目标渠道的处于待注水状态的下游支渠道的需水量逐个进行对比；如果该总需水量大于所述目标渠道的各个下游支渠道的需水量时，对所述目标渠道进行农田渠道的放水控制，否则对所述目标渠道进行下游支渠道的放水控制；

所述目标渠道为主渠道或支渠道。

2.如权利要求1所述的基于明渠的灌溉控制系统，其特征在于，所述放水控制为：将所述目标渠道标记为放水状态，同时开启所有处于待注水状态的下游农田渠道的水闸，对相应的农田渠道进行放水；放水时，根据实时采集的所述目标渠道的水位，计算出当前放水量，然后根据所述主渠道和支渠道对农田渠道的分配系数，计算出所述目标渠道下游各个农田渠道当前的放水量；当农田渠道的放水量达到该农田渠道的需水量时，关闭该农田渠道的水闸；当所述目标渠道的水位达到底线以下时，关闭所述目标渠道所有下游农田渠道的水闸，并计算下游各个农田渠道的剩余需水量和所述目标渠道的剩余需水量；当下游农田渠道的剩余需水量为零时标记该下游农田渠道的状态为空闲状态；当所述目标渠道的剩余需水量大于零时，标记所述目标渠道为待注水状态，否则标记所述目标渠道为空闲状态。

3.一种基于明渠的灌溉控制方法，其特征在于，该方法涉及主机、主渠道上游设置的水闸、支渠道上游设置的水闸、农田渠道上游设置的水闸、安装在所述主渠道和支渠道上的水位计以及位于农田侧的需水采集终端；所述水闸、水位计和需水采集终端连接所述主机；所述水位计用于采集主渠道或支渠道的水位，并发送至所述主机；所述需水采集终端用于收集农田侧的需水指数发送至所述主机；所述方法包括如下步骤：

S1：获取主渠道、支渠道、农田渠道的上下游关系、主渠道和支渠道的储水量与水位对应关系、农田侧需水量与需水指数的对应关系以及主渠道和支渠道对农田渠道的分配系数，并初始关闭所有水闸；

S2：通过所述需水采集终端采集农田侧的需水指数，结合所采集的农田侧的需水指数和农田侧的需水量和需水指数的对应关系得到农田侧的需水量，然后根据主渠道、支渠道、农田渠道的上下游的关系，对农田侧的需水量逐级向上汇总得到计算出各个主渠道、支渠道和农田渠道的需水量；

S3：通过水位计实时采集各个主渠道和支渠道的水位，结合相应的主渠道和支渠道的储水量与水位对应关系，计算出各个主渠道和支渠道的当前储水量；

S4：以广度优先的方式自上而下遍历各个主渠道和支渠道，对每个主渠道和支渠道根据其渠道数据状态进行注水和放水控制，直到所有的农田渠道的放水量满足其对应的农田侧的需水量的要求；

所述步骤S4包括：初始状态校验步骤和定时器驱动的渠道状态分析步骤；

所述初始状态校验步骤用于确定被执行灌溉所涉及的渠道的水闸都处于正常工作状态，并且将所有渠道的水闸关闭，然后将需水量大于零的主渠道和支渠道设定为待注水状态，同时将需水量为零的主渠道和支渠道设定为空闲状态；

所述渠道状态分析步骤用于分析各渠道的剩余需水量是否为零，当所有的主渠道、支渠道和农田渠道的剩余需水量为零时，则停止定时器并停止对注放水执行模块的执行命令发送操作，否则遍历各个主渠道和支渠道，对每个主渠道和支渠道根据其渠道数据状态进行注水和放水控制；

所述注水和放水控制包括注水控制和放水控制；

所述注水控制是对主渠道的注水控制，将该主渠道标记为注水状态，开启该主渠道的水闸对该主渠道进行注水；注水时，实时通过水位计采集该主渠道的水位并根据该主渠道的储水量与水位的对应关系以及前后水位差估算当前注水的水量；当该主渠道的水位达到设定的上限或者该主渠道的储水量达到该主渠道的剩余需水量或者当该主渠道的水闸开启时间超过上限时，关闭该主渠道的水闸，将该主渠道标记为待放水状态；

所述放水控制计算目标渠道的所有下游渠道中待注水状态的农田渠道的总需水量，然后将该总需水量与所述目标渠道的处于待注水状态的下游支渠道的需水量逐个进行对比；如果该总需水量大于各个下游支渠道的需水量时，对所述目标渠道进行农田渠道的放水控制，否则对所述目标渠道进行下游支渠道的放水控制；

所述目标渠道为主渠道或支渠道。