CN107505015A - 一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置。所述渠道控制装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；太阳能供电模块和电动闸门分析模块连接，用于给电动闸门分析模块供电；自动监测模块用于监测闸门的开闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，电动闸门分析模块用于分析信息数据；自动监测模块和电动闸门分析模块连接；无线通信模块分别与自动监测模块和电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块。采用本发明的渠道控制装置、管理系统或自动闸门控制装置能够监测和控制渠道流量、水情图像和水位雨量，满足广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

Description

一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置

技术领域

本发明涉及控制领域，特别是涉及一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置。

背景技术

目前，已有的控制水量的闸门多采用市电供电，功率消耗较大。对于山地而言，渠系众多，点多、面广，通电布线极为不便，且成本较高，甚至部分野外渠系分水闸处无市电。而且，现有技术中的渠道闸门为太阳能供电的纯机械装置，并不涉及到渠道流量、水情图像和水位雨量的监测和控制，不能满足广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置，实现渠道流量、水情图像和水位雨量的监测和控制，满足广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种渠道控制装置，其特征在于，所述装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；所述太阳能供电模块和所述电动闸门分析模块连接，用于给所述电动闸门分析模块供电；所述自动监测模块，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接；所述无线通信模块分别与所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块。

可选的，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器；所述太阳能电池板，用于将太阳辐射的能量转换为电能；所述蓄电池，用于将所述太阳能电池板所提供电能的存储和释放；所述太阳能控制器分别与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接，用于控制太阳能电池板的工作和所述蓄电池的存储和释放。

可选的，所述自动监测模块监测渠道流量时采用多普勒渠道流量计量系统，监测渠道的流速、水位和过水时间，通过流速-断面自动计算瞬时流量和累计流量；所述自动监测模块监测渠道水情图像时采用GPRS无线传输的形式，或采用无线网桥多级中转的形式或采用短距离光纤传输的方式传输给所述电动闸门分析模块。

可选的，所述电动闸门分析模块采用低功耗一体式渠道闸门，由所述太阳能供电模块供电。

可选的，所述自动监测模块采用短距离自组网和GPRS远程传输的方式，当采集点的数量小于阈值时，可以直接采用GPRS远程传输的方式，还可以采用光纤进行数据的传输。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种渠道控制综合管理系统，其特征在于，所述系统包括：

应用可视化单元，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元，用于对应用可视化单元、水资源配置单元、无线通信单元、农业水费计收单元以及灌溉水利用系数自动测算单元的综合调用管理。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种自动闸门控制装置，其特征在于，所述装置包括多个渠道控制装置和一个管理系统；

所述渠道控制装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；所述太阳能供电模块和所述电动闸门分析模块连接，用于给所述电动闸门分析模块供电；所述自动监测模块，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接；所述无线通信模块分别与所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块；

所述渠道控制综合管理系统包括：

应用可视化单元，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元，用于对所述应用可视化单元、所述水资源配置单元、所述无线通信单元、所述农业水费计收单元以及所述灌溉水利用系数自动测算单元的综合调用进行管理。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的渠道控制装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；所述太阳能供电模块和所述电动闸门分析模块连接，用于给所述电动闸门分析模块供电；所述自动监测模块，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接；所述无线通信模块分别与所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块。本发明的渠道控制装置，能够实现渠道流量、水情图像和水位雨量的监测和传输，满足了广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例渠道控制装置的结构图；

图2为本发明实施例太阳能供电模块的结构图；

图3为本发明实施例渠道控制综合管理系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种渠道控制装置、管理系统以及自动闸门控制装置，实现渠道流量、水情图像和水位雨量的监测和控制，满足广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例渠道控制装置的结构图。如图1所示，一种渠道控制装置包括太阳能供电模块100、电动闸门分析模块101、自动监测模块102和无线通信模块103；所述太阳能供电模块100和所述电动闸门分析101模块连接，用于给电动闸门分析101模块供电；所述自动监测模块102，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块101用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；；所述自动监测模块102和所述电动闸门分析模块101连接；所述无线通信模块103分别与所述自动监测模块102和所述电动闸门分析模块101连接，用于将自动监测模块102监测到的信息传输到电动闸门分析模块101。从而实现渠道流量、水情图像和水位雨量的监测和传输，满足了广大山地灌区灌溉水自动化管理的需求。

图2为本发明实施例太阳能供电模块的结构图。如图2所示，太阳能供电模块100包括太阳能电池板1001、蓄电池1002和太阳能控制器1003；所述太阳能电池板1001，用于将太阳辐射的能量转换为电能；所述蓄电池1002，用于将所述太阳能电池板1001所提供电能的存储和释放；所述太阳能控制器1003分别与所述太阳能电池板1001和所述蓄电池102连接，用于控制太阳能电池板1001的工作和所述蓄电池1002的存储和释放。

所述自动监测模块102监测渠道流量时采用多普勒渠道流量计量系统，监测渠道的流速、水位和过水时间，通过流速-断面自动计算瞬时流量和累计流量；所述自动监测模块监测渠道水情图像时采用GPRS无线传输的形式，或采用无线网桥多级中转的形式或采用短距离光纤传输的方式传输给所述电动闸门分析模块101。

所述电动闸门分析模块101采用低功耗一体式渠道闸门，由所述太阳能供电模块1供电。

所述自动监测模块102采用短距离自组网和GPRS远程传输的方式，当采集点的数量小于阈值时，可以直接采用GPRS远程传输的方式，还可以采用光纤进行数据的传输。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

图3为本发明实施例渠道控制综合管理系统的结构图。如图3所示，一种渠道控制综合管理系统包括：

应用可视化单元200，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元201，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元202，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元203，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元204，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元205，用于对所述应用可视化单元200、所述水资源配置单元201、所述无线通信单元202、所述农业水费计收单元203以及所述灌溉水利用系数自动测算单元204的综合调用管理。

采用所述水资源配置单元201进行配置时的工作流程为：选择优化片区，该步骤的输入图层包括渠系图层和渠系控制范围图层两个空间属性图层；计算目标片区每条渠道控制范围内的作物需水量，该计算基于作物图层、气象图层以及土壤图层三个空间属性；选择目标函数，根据灌区灌溉管理员或农户的需求，选择1个或多个目标函数作为优化目标；调用MATLAB的主程序，对参数进行手动输入；显示优化结果，包括不同栅格灌溉用水量的优化结果和不同渠系灌溉用水调度方案。通过选取优化片区，实现了水资源的优化配置。

所述农业水费计收单元203采用两部制水价、农业终端水价计收，同时还具备超定额累进加价计收。所述的两部制水价子系统适用于水利工程供水生产成本中固定成本费用比重大及用水户的用水习惯等特点，供水水价采用基本水价和计量水价相结合的两部制水价。其中，基本水价用于补偿部分固定成本，计量水价用于补偿变动成本和部分固定成本。本试点区采用基本水费与基本水量挂钩的两部制水价模式，即供水经营者每年向用水户提供一定数量的基本水量，不论是否用水，均收取基本水费，用水超过基本水量后，再按超过的水量和计量水价缴纳计量水费。

所述的农业终端水价计收，终端水价是在灌区农业供水中，灌区国有水管单位支渠出口水价与末级水价相加，采用终端水价“一价到户”,农业用水户从供水源头到用水地头只承担一个水价。末级水价是农业水价的组成部分,主要包括末级渠系维护、养护及相应的运行管理费用。终端水价由价格主管部门核定。

终端水价核算必须明确各级供水计量点。灌区国有水管单位水利工程管理界限在支渠出口，计量点在斗渠进口,按照斗渠进口计量的供水量，向农民用水户协会售水；斗渠以下末级渠系工程由协会负责管理,计量点在农渠出口或斗渠出口，农民用水户协会直接面向农户收费。协会向灌区水管单位购水，按斗渠进口的供水量交纳水费，水管单位向协会开具正式水费发票；协会直接向农户售水,按终端水价结算水费,并向农户开票。推行“国有水管单位+农民用水户协会+农户”的现代灌区供水管理模式。

末级水价的核算应体现“多予、少取、放活”的原则，以满足农民用水户协会的正常运行和必要的渠道维护费用为标准进行核定。

末级水价的构成：末级水价应包含合理的管理费、末级供水配水员劳务费、末级渠系水量沿程损失费和末级渠系维修、养护费。

末级水价要素的确定：末级渠系管理费指在末级渠系供水管理过程中必需的各项费用，包括办公费、通讯补助费、管理人员误工及交通补助费等。有财务账目的，可按2～3年账面实际支出的平均数来核定；没有财务账目的，可根据农民用水户协会章程规定的人员设置数量或会员代表大会通过的用人方案,也可依据灌区实际情况测定或参考其他同种供水规模的末级管水组织的开支水平确定。末级供水配水员劳务费指末级供水管理组织(农民用水户协会)在年度供水期内聘用农民配水员所需要的各项费用,包括劳动报酬、雨衣、雨鞋、手电等劳保支出和交通补助费等。末级渠系供水配水员按(45～75)人/万hm²严格控制，管理条件好的灌区取下限。每个配水员供水期劳务费、劳保费和交通补助费等可按当地经济水平合理确定。末级渠系沿程水量损失费指从上一级水管单位计量点(斗渠进口)至末级终端计量点的合理的沿程水量损失费。沿程水量损失费只计算现行工程条件下实际的水量损失,不得计算因管理不当而造成的损失。末级渠系的水量损失比例要以灌区供水实际测量为准,可按下式计算:

水量损失费＝供水量×末级渠系供水沿程水量损失比例×水价。

供水量指上一级水管单位供水计量点近3年的平均实配水量。沿程水量损失比例指从上一级国有水管单位计量点至末级终端计量点的沿程水量损失比例。末级渠系沿程水量损失比例以实测为主，但最大不宜超过8％。水价指协会应交上一级水管单位的当期水价。

末级渠系维修、养护费指末级供水管理组织(农民用水户协会)对末级渠系必须进行的维修、养护费用，可按末级供水固定资产的1.4％确定。斗渠以下的末级渠系固定资产属于国家所有,乡(镇)政府应将农民用水户协会管理范围内的末级渠系无偿委托协会全权维护管理,并办理相关委托手续。有末级渠系固定资产明细台账的,末级渠系固定资产按账面值确定；无台账的通过水行政主管部门会同价格主管部门协商估价。末级渠系由于大多属于农民投工投劳修建,因此不计算末级渠系固定资产折旧费。

末级渠系供水合理费用＝管理费+配水员劳务费+末级渠系供水沿程水量损失费+末级渠系维修养护费。

末级渠系供水水量的确定：末级渠系供水水量,按农渠进口计量点所测量的近3年平均实际年供水量确定。

末级水价核算：末级水价＝末级渠系供水合理费用÷末级供水水量。

终端水价核算模式：

目前由于末级渠系尚未配套完善的计量设施,末级供水运行中大都采用按国有水管单位计量点供水量进行反推,分摊或按种植面积平均分配水量,不合理因素仍然存在。

末级终端计量设施需要配套的数量多,资金投入大,建设周期长,需要逐步配套和完善。然而,灌区终端水价改革不能因此而停滞不前,要因地制宜,按目前尚未建立末级终端计量点和已配备完善的终端计量点两种模式来确定终端水价。

a.尚未建立末级终端计量点的灌区

末级水价年供水量沿用传统办法,可暂按上一级水管单位斗渠进口计量点实配水量为准,此时终端水价按下式确定:

终端水价＝经批准的上一级国有水管单位支渠出口供水价格+末级渠系供水合理费用÷斗渠进口计量点近3年平均供水量。

b.已配备完善的终端计量点的灌区

终端水价＝经批准的上一级国有水管单位支渠出口供水价格÷上一级国有水管单位供水计量点至终端计量点的渠道水利用系数+末级渠系供水合理费用÷终端计量点近3年平均供水量。

c.末级水价的管理

末级渠系水费要做到专款专用，全额用于末级渠系的运行管理与维修、养护,根据其他地区推行的经验,40％用于协会的日常供水运行经费,60％用于末级渠系的维修、养护。

所述的超定额累进加价子系统，计量供水量水价参照《贵州省城镇供水价格管理办法》、《贵州省取水许可和水资源费征收管理办法》以及类似地区水资源保护措施进行简化：

①第一级水量水价：按照设计灌溉制度确定的取水量进行水价核算，具体按基本水价确定。根据灌溉制度，即第一级水量水价为核算的基本水价。

②第二级水量水价：超过①项但超额在30％以内(含)的，超过部分水量水价按照基本水价的2倍缴纳。

③第三级水量水价：超过①项30％以上至50％(含)的，超过部分水量水价按照基本水价的3倍缴纳。

④第四级水量水价：超过①项50％以上的，超过部分水量水价按照基本水价的5倍缴纳。

所述灌溉水利用系数自动测算单元204，包括打捆大型灌区平均灌溉水利用率测算；所述打捆大型灌区平均灌溉水利用率通过计算得到，其中，η_大表示打捆大型灌区灌溉水利用率；η_中表示组成打捆大型灌区的中型灌区灌溉水利用率，η_小表示组成打捆大型灌区的小型灌区灌溉水利用率；W_中表示组成打捆大型灌区的中型灌区的毛用水量，W_小表示组成打捆大型灌区的小型灌区的毛用水量。

所述农业水费计收单元203及所述灌溉水利用系数自动测算单元204是新时期水利发展改革的新需求，有效服务于最严格水资源管理制度“三条红线”、农业水价综合改革等考核及应用，具有更为广泛的应用性。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种自动闸门控制装置包括多个渠道控制装置和一个管理系统；

所述渠道控制装置包括太阳能供电模块100、电动闸门分析模块101、自动监测模块102和无线通信模块103；所述太阳能供电模块100和所述电动闸门分析101模块连接，用于给电动闸门分析101模块供电；所述自动监测模块102，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块101用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块102和所述电动闸门分析模块101连接；所述无线通信模块103分别与所述自动监测模块102和所述电动闸门分析模块101连接，用于将自动监测模块102监测到的信息传输到电动闸门分析模块101；

应用可视化单元200，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元201，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元202，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元203，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元204，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元205，用于对所述应用可视化单元200、所述水资源配置单元201、所述无线通信单元202、所述农业水费计收单元203以及所述灌溉水利用系数自动测算单元204的综合调用管理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种渠道控制装置，其特征在于，所述装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；所述太阳能供电模块和所述电动闸门分析模块连接，用于给所述电动闸门分析模块供电；所述自动监测模块，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接；所述无线通信模块分别与所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器；所述太阳能电池板，用于将太阳辐射的能量转换为电能；所述蓄电池，用于将所述太阳能电池板所提供电能的存储和释放；所述太阳能控制器分别与所述太阳能电池板和所述蓄电池连接，用于控制太阳能电池板的工作和所述蓄电池的存储和释放。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动监测模块监测渠道流量时采用多普勒渠道流量计量系统，监测渠道的流速、水位和过水时间，通过流速-断面自动计算瞬时流量和累计流量；所述自动监测模块监测渠道水情图像时采用GPRS无线传输的形式，或采用无线网桥多级中转的形式或采用短距离光纤传输的方式传输给所述电动闸门分析模块。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电动闸门分析模块采用低功耗一体式渠道闸门，由所述太阳能供电模块供电。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动监测模块采用短距离自组网和GPRS远程传输的方式，当采集点的数量小于阈值时，可以直接采用GPRS远程传输的方式，还可以采用光纤进行数据的传输。

6.一种渠道控制综合管理系统，其特征在于，所述系统包括：

应用可视化单元，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元，用于对所述应用可视化单元、所述水资源配置单元、所述无线通信单元、所述农业水费计收单元以及所述灌溉水利用系数自动测算单元的综合调用进行管理。

7.一种自动闸门控制装置，其特征在于，所述装置包括多个渠道控制装置和一个渠道控制综合管理系统；

所述渠道控制装置包括太阳能供电模块、电动闸门分析模块、自动监测模块和无线通信模块；所述太阳能供电模块和所述电动闸门分析模块连接，用于给所述电动闸门分析模块供电；所述自动监测模块，用于监测闸门的开启和关闭，渠道流量、渠道水情图像及取水口水位雨量，所述电动闸门分析模块用于分析所述自动监测模块监测到的信息数据；所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接；所述无线通信模块分别与所述自动监测模块和所述电动闸门分析模块连接，用于将自动监测模块监测到的信息传输到电动闸门分析模块；

所述渠道控制综合管理系统包括：

应用可视化单元，用于显示闸门启闭的运行状态、水位变化情况和闸门开度变化数据；

水资源配置单元，用于实现灌区内水资源的优化配置；

无线通信单元，用于接收渠道现地控制终端发出的信息；

农业水费计收单元，用于统计灌区内农业用水的费用；

灌溉水利用系数自动测算单元，用于获取灌区内的灌溉水利用系数；

管理控制单元，用于对所述应用可视化单元、所述水资源配置单元、所述无线通信单元、所述农业水费计收单元以及所述灌溉水利用系数自动测算单元的综合调用进行管理。