CN106895885B - 农业灌溉以电折水算法管控系统及水电转换系数修正方法 - Google Patents
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Abstract
一种农业灌溉以电折水测算法的管控系统，包括区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、水电转换系数参照井、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置、以及管控数据中心；管控数据中心内设置有机井水电转换系数数据修正模型，各装置分别与管控数据中心进行数据传输。这种管控系统及修正方法，对区域内的每口通过以电折水计算用水量的机井建立一个管控系统，并通过该管控系统和修正方法确定每口机井的实时、专属的水电转换系数，提高各机井通过以电折水计算用水量的精准性，计量精准，可操控性强，大大减少水量计量设施的投入。
Description
技术领域
本发明涉及农业灌溉设备及管理领域，具体地说是一种农业灌溉以电折水算法管控系统及水电转换系数修正方法。
背景技术
目前，农业灌溉时的用水量，都是按照水量收取水费，且国家明确提出按照“一泵一表、一户一卡”的要求，安装IC卡只能计量设施，按水量水费，实行“先充值缴纳水费、后刷卡取水浇地”。对于暂时未安装IC卡智能计量设施的，采用“以电折水”的方法计收水费。
传统的“以电折水”是通过计量机井水泵灌溉的用电量诚意水电转换系数来推算本次灌溉用水总量的一种方法。水电转换系数一般定义为在一定时段内水泵的总用水量和总用电量的比值，计算公式为：TC=AW/AE，式中，TC为水电转换系数，AW为总出水量，AE为总用电量。当TC一定时，理论上可以通过精确计量水泵的总用电量AE ，即可得出水泵的总用水量AW。而现实操作时，水电转换系数TC受很多因素的影响，主要有以下四项：
1、水泵本身的特性：水泵可分为叶片泵、容积泵和其他类型泵，目前，在农业灌溉中绝大部分使用的是叶片泵，叶片泵是将泵中叶轮高速旋转的机械能转化为液体的动能和压能。由于叶轮中有弯曲且扭曲的叶片，故称叶片泵。根据叶轮结构对液体作用力的不同，叶片泵可分为：离心泵、轴流泵和混流泵。轴流泵和混流泵属于低扬程、大流量泵型，一般扬程在1-12m。从机井中抽水的扬程比较高、出水量较小时，选用的泵型大部分是离心泵。由于每个水泵厂家生产的叶轮的弯曲度和扭曲度不同，不同型号的水泵都有各自的流量功率特性曲线，直接影响水电转换系数。
2、地下水位的变化：因为1kw=102kg·m/s，所以，1kw·h在理想状态下理论做功量为102*3600kg·m=367.2t·m。即机泵综合效率为100%时，1度点可将267.2m3的水提升1m的高度，如果将1000m3的水提升1m，耗电量则为2.72kw·h。因此，不同区域、不同机井所在位置地下水位不同，水电转换系数也不相同。另外，即便是同一眼机井，由于不同季节水位变化，水电转换系数也各不相同，故地下水位成为影响水电转换系数的重要影响因素。
3、农村电网变化的影响：农村机井电压变化大，特别是浇地高峰期电压比较低，也影响水电转换系数。
4、不同灌溉方式管道压力的影响：管灌、喷灌、滴灌对水电转换系数也有不同程度的影响。
由此可见，通过水电转换系数影响因素分析，在不同区域、不同机井所在位置和不同的季节对水电转换系数影响都很大，如果用综合平均系数来代替每眼机井的系数，误差比较高，对最后这个的水费的金额误差较大。
发明内容
本发明针对背景技术中提及的有关水电转换系数不稳定所造成用水量误差大的缺陷，一是提供一种对每一眼机井作出专属水电转换系数的管控系统，二是提供这种管控系统所应用的水电转换系数的修正方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种农业灌溉以电折水测算法的管控系统，其特征在于，包括区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、水电转换系数参照井、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置、以及管控数据中心；
所述的管控数据中心内设置有机井水电转换系数数据修正模型，所述的区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置分别与管控数据中心进行数据传输；
区域内每个农业灌溉用机井上都安装有用电数据采集通讯网关；以行政村为单位，在机井分布区域的合适位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，该水电转换系数参照井上安装有电量计量和水量计量设施，并将用水量和用电量实时传输至管控数据中心；其余普通机井通过加装的用电数据采集通讯网关，将用户信息和用电数据传输至管控数据中心；管控数据中心通过机井水电转换系数数据修正模型将各方采集的数据进行处理，对每一普通机井的水电转换系数进行修正，用于该机井电量折算水量。
一种农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，包括以下步骤：
a、在开春初始对农田进行灌溉时期，用便携式水电系数测量装置，对区域内每眼机井进行测量，测定各机井的初始水电转换系数，并将数据传输至管控数据中心；
b、以行政村为单位，在机井分布的合理位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，在该参照井上加装电量计量和水量计量设施，并将其用水量和用电量实时传输至管控数据中心，在数据中心形成本区域水电转换系数的变化规律；
c、通过区域气候数据采集装置和区域地下水位数据采集装置，将区域内的降雨及地下水位的变化数据及时传输至管控数据中心；
d、各普通机井通过用电数据采集通讯网关，将用户信息和用电数据实时传输至管控数据中心；
e、在管控数据中心内通过区域内参照井与地下水位、降雨有关的水电转换系数的变化规律，建立区域内机井水电转换系数数据修正模型，通过该修正模型和所测量的初始水电转换系数，将普通机井用电数据折算成用水量。
管控数据中心根据每口普通机井的初始水电转换系数和根据参照井获得的该区域的水电转换系数变化规律，得出每个普通水井相对应的、实时变动的专属精准的水电转换系数；每个普通机井上传至管控数据中心的数据为各自专属的用电数据，经过管控数据中心获得的专属精准的水电转换系数，将该用电数据转换成对应水量。
以行政村为单位，在区域内加装用电数据采集通讯网关，将采集到的用户信息、电量信息实时传输到管控数据中心。
用于信息采集的设备为传感器装置和客户终端；所述传感器装置采集的内容包括机井的用水量、用电量、所在区域内的降雨数据、所在区域内的地下水位变化数据；所述客户终端采集的内容包括农作物种类、所需灌溉农田区域大小、区域位置、具体机井编号。
普通机井上传至管控数据中心的数据包括使用该机井进行灌溉的用户信息、灌溉完成后的用电量数据。
本发明所公开的这种管控系统及修正方法，是应用现有的设备对区域内的每口通过以电折水计算用水量的机井建立一个管控系统，并通过该管控系统和修正方法确定每口机井的实时、专属的水电转换系数，提高各机井通过以电折水计算用水量的精准性，减少水资源和电资源的浪费，避免用户用水误差大、费用不合理的情况出现，计量精准，可操控性强，大大减少水量计量设施的投入。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图。
具体实施方式
下面结合图和实施例对本发明做进一步说明。
参见附图1，本发明所公开的这种管控系统，主要针对于农业灌溉时，每个机井用水量的计算准确性进行管理和监控。
这种管控系统包括区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、水电转换系数参照井、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置、以及管控数据中心。
管控数据中心内设置有机井水电转换系数数据修正模型，所述的区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置分别与管控数据中心进行数据传输。
区域内每个农业灌溉用机井上都安装有用电数据采集通讯网关；以行政村为单位，在机井分布区域的合适位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，为了提高计算的准确性，该参照机井和其他机井地下水位和机泵效率相似，该水电转换系数参照井上安装有电量计量和水量计量设施，并将用水量和用电量实时传输至管控数据中心；其余普通机井通过加装的用电数据采集通讯网关，将用户信息和用电数据传输至管控数据中心；管控数据中心通过机井水电转换系数数据修正模型将各方采集的数据进行处理，对每一普通机井的水电转换系数进行修正，用于该机井电量折算水量。
便携式水电转换系数测定系统由管段式超声波流量计、电表采集模块、数据传输模块组成。整体为一体化设计，采用轮式小车承载便于移动，由一个入水口和一个出水口构成，便于连接，运行一个小时后即可自动上报水电转换系数给数据中心。
应用上述管控系统的用“以电折水”的方法计算用水量时，其应用的水电转换系数修正方法，包括以下步骤。
a、在开春初始对农田进行灌溉时期，用便携式水电系数测量装置，对区域内每眼机井进行测量，测定各机井的初始水电转换系数，并将数据传输至管控数据中心。为了保证“以电折水”的计量精度，在每年春季初始灌溉时由村用水协会在农民灌溉时用便携式水电转换系数测定系统对机井的初始水电系数进行测定，每次测定时长不小于1小时，获得每眼机井的“以电折水”的初始水电系数系数。
作为优选方案，水电转换系数测定工作由用水协会人员在开春农户初始灌溉时测定。县用水协会负责管理和督促村用水协会水电转换系数测定工作，测定结果由县用水协会核准通过后即可执行。
b、以行政村为单位，在机井分布的合理位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，在该参照井上加装电量计量和水量计量设施，并将其用水量和用电量实时传输至管控数据中心，在数据中心形成本区域水电转换系数的变化规律。
为了修正电网电压波动、地下水位变化、降雨量等要素对初始水电系数的影响，应在每个村建设水电双计量参照井，参照井可以同时计量水量和电量，并计算水电转换系数。用参照井水电系数的变化规律去修正其他单电计量被测井的水电系数。被测井的选取要有代表性，从地下水的开采层位、灌溉工程型式等方面考虑并选取。
c、通过区域气候数据采集装置和区域地下水位数据采集装置，将区域内的降雨及地下水位的变化数据及时传输至管控数据中心。河北省安排布置各县区参照井的选取和初始水电系数的测定工作。各县区根据机井不同的取水水位和不同的灌溉方式选取该县区参照井，进行初始水电系数的测定，组织专家评审后作为该县区标准的水电转换系数变化规律参照井，为实际机井水电系数提供个参考依据。
d、各普通机井通过其各自的用电用水量采集装置，将其以往的用电用水数据实时传输至管控数据中心。
e、在管控数据中心内通过区域内参照井与地下水位、降雨有关的水电转换系数的变化规律，建立区域内机井水电转换系数数据修正模型，通过该修正模型和所测量的初始水电转换系数，将普通机井用电数据折算成用水量。
每个普通机井上传至管控数据中心的数据为开春时所测量的初始水电转换系数，以及各自专属的以往的用电用水数据，经过管控数据中心将该数据将采集的水电转换系数参照井的实时数据、区域内的降雨和地下水位的变化数据进行比对修正后，得出的是与每个普通水井相对应的、实时的专属水电转换系数，用户在所应用的机井上进行划卡消费时，机井控制器可以根据当时传输的专属、实时水电转换系数进行费用转换计算。
作为优选：水电折算数据中心可建设为以下模式：
（一）水电折算管控数据中心采用全省统一建设的方式，由推广中心牵头建设，归推广中心负责管理，可以作为全省农业水价综合改革的中心平台。在考虑安全和经济的前提下，采用目前流行的云端部署模式，各县区采用安全u盾+账号+口令的登陆模式，保证互联网信息安全，数据采用异地实时备份保证数据安全。
（二）数据中心负责所有以电折水机井的基于GIS空间数据库的时空关联基础信息管理，农户基础信息管理，以电折水实时上报信息的收取、存储、折水运算、供水费收取、台账管理等工作。
（三）依据参照井，负责水电转换系数的校正工作，并且保证水电转换系数在县局测定的标准水电转换系数附近，出现大的偏差能及时报警。
（四）负责生产水电转换系数的数据模型，采用大数据分析的方法，根据不断累积的数据进行实时修正数据模型。观察地下水位、降水量等因素对水电转换系数的影响。
（五）将以电折水的数据和拥有计量设施的井的基础数据进行比对校核，及时发现问题报警，及时纠正。
用于信息采集的设备为传感器装置和客户终端；所述传感器装置采集的内容包括机井的用水量、用电量、所在区域内的降雨数据、所在区域内的地下水位变化数据、土体灌溉完成数据；所述客户终端采集的内容包括农作物种类、所需灌溉农田区域大小、区域位置、具体机井编号。普通机井上传至管控数据中心的数据包括使用该机井进行灌溉的用户信息、灌溉完成后的用电量数据。
对以电折水的机井进行信息采集，采集内容包括：
①测点基本信息，包括地理位置、坐标、所有权人、主要使用人和点点设备管理人的姓名和联系方式。
②机井信息，包含井深、开采层位，井型，静水位，动水位。
③灌溉信息，包括灌溉形式、控制面积、主要作物等。
④电设备信息，包括：水泵型号（类型、功率、扬程）、能效系数、变频等信息。
Claims (6)
1.一种农业灌溉以电折水算法管控系统，其特征在于，包括区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、水电转换系数参照井、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置、以及管控数据中心；
所述的管控数据中心内设置有机井水电转换系数数据修正模型，所述的区域内农业灌溉用机井用电用水量采集装置、便携式水电系数测量装置、用电数据采集通讯网关、区域气候数据采集装置、区域地下水位数据采集装置分别与管控数据中心进行数据传输；
区域内每个农业灌溉用机井上都安装有用电数据采集通讯网关；以行政村为单位，在机井分布区域的合适位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，该水电转换系数参照井上安装有电量计量和水量计量设施，并将用水量和用电量实时传输至管控数据中心；其余普通机井通过加装的用电数据采集通讯网关，将用户信息和用电数据传输至管控数据中心；管控数据中心通过机井水电转换系数数据修正模型将各方采集的数据进行处理，对每一普通机井的水电转换系数进行修正，用于该机井电量折算水量。
2.一种农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在开春初始对农田进行灌溉时期，用便携式水电系数测量装置，对区域内每眼机井进行测量，测定各机井的初始水电转换系数，并将数据传输至管控数据中心；
b、以行政村为单位，在机井分布的合理位置设定一眼机井为水电转换系数参照井，在该参照井上加装电量计量和水量计量设施，并将其用水量和用电量实时传输至管控数据中心，在数据中心形成本区域水电转换系数的变化规律；
c、通过区域气候数据采集装置和区域地下水位数据采集装置，将区域内的降雨及地下水位的变化数据及时传输至管控数据中心；
d、各普通机井通过用电数据采集通讯网关，将用户信息和用电数据实时传输至管控数据中心；
e、在管控数据中心内通过区域内参照井与地下水位、降雨有关的水电转换系数的变化规律，建立区域内机井水电转换系数数据修正模型，通过该修正模型和所测量的初始水电转换系数，将普通机井用电数据折算成用水量。
3.根据权利要求2所述的农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，其特征在于，管控数据中心根据每口普通机井的初始水电转换系数和根据参照井获得的该区域的水电转换系数变化规律，得出每个普通水井相对应的、实时变动的专属精准的水电转换系数；每个普通机井上传至管控数据中心的数据为各自专属的用电数据，经过管控数据中心获得的专属精准的水电转换系数，将该用电数据转换成对应水量。
4.根据权利要求2所述的农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，其特征在于，以行政村为单位，在区域内加装用电数据采集通讯网关，将采集到的用户信息、电量信息实时传输到管控数据中心。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，其特征在于，用于信息采集的设备为传感器装置和客户终端；所述传感器装置采集的内容包括机井的用水量、用电量、所在区域内的降雨数据、所在区域内的地下水位变化数据；所述客户终端采集的内容包括农作物种类、所需灌溉农田区域大小、区域位置、具体机井编号。
6.根据权利要求2所述的农业灌溉以电折水测算法中水电转换系数的修正方法，其特征在于，普通机井上传至管控数据中心的数据包括使用该机井进行灌溉的用户信息、灌溉完成后的用电量数据。
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Denomination of invention: Agricultural irrigation control system using electricity to water conversion algorithm and correction method for water and electricity conversion coefficient Granted publication date: 20230721 Pledgee: Tangshan Fengnan District Branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Pledgor: TANGSHAN HAISEN ELECTRONIC Co.,Ltd. Registration number: Y2024980016621 |