CN110161921A - 一种智能机井电排灌控制管理方法及系统 - Google Patents

一种智能机井电排灌控制管理方法及系统 Download PDF

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李哲
黄堃
李延满
张晓燕
杨文�
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黄磊
姜晨龙
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    • G05B2219/25257Microcontroller

Abstract

本发明公开了一种智能机井电排灌控制管理方法及系统,通过在灌溉端进行用水量和用电量预测计算,服务端根据预测计算的结构进行水电调配,大大提高了水电调配精度;同时通过对抽水量和用电量进行实时计量,将计量结果上送,降低了实际用电量和用水量的采集难度。

Description

一种智能机井电排灌控制管理方法及系统
技术领域
本发明涉及一种智能机井电排灌控制管理方法及系统,属于农业灌溉领域。
背景技术
农田灌溉是农业生产中的重中之重。随着经济的发展和科学技术的进步,农业基础设施建设得到不断加强,电排灌逐渐得到应用和推广,很好地解决了农业排灌需求,但是由于机井分散,往往存在管理效率不高的问题,所以提高农业电排灌控制管理效率越来越得到人们的重视,农电的工作重心也由对农业排灌电网的建设与改造向高效规范的控制管理系统的建设转移。
由于各个机井分散,农业排灌用水、用电具有点多、面广、线长的特点,水利部门和电力部门只能凭借经验进行水电调配,精度差;同时农业排灌设备通常在环境复杂的地区安装与使用,采用传统手持采集器进行实际用电量和用水量采集很是不易。
发明内容
本发明提供了一种智能机井电排灌控制管理方法及系统,解决了现有方式存在的上述问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种智能机井电排灌控制管理方法,包括,
对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端;
接收启动指令,控制抽水装置启动;
在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端。
用水量和用电量预测计算过程为,
通过采集气候和土壤数据计算出作物的需水规律,根据需水规律、灌溉面积和种植比例计算出灌区需要的用水量,根据用水量和抽水装置的功率计算出需要的用电量。
在灌溉过程中,采集抽水装置和计量装置的状态信息,将状态信息发送给用户端。
接收刷卡启动指令,在灌溉过程中,接收服务端实时计量的电费和水费,对卡中的费用进行扣除,若卡中费用不足,向用户端发出费用不足报警信息。
一种智能机井电排灌控制管理方法,包括,
接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配;
在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端;
根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常。
若灌溉端采用刷卡启动,在灌溉过程中,将计量的水费和电费发送给灌溉端。
一种智能机井电排灌控制管理方法,包括,
接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费;
根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表。
接收灌溉端发送的抽水装置和计量装置状态信息,根据状态信息判断抽水装置和计量装置是否正常。
若灌溉端采用刷卡启动,接收到费用不足报警信息,向灌溉端发出停止抽水装置的指令或者进行充值。
一种智能机井电排灌控制管理系统,包括灌溉端、服务端和用户端;
灌溉端包括预测计算模块、启动模块和计量发送模块;
预测计算模块:对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端;
启动模块:接收启动指令,控制抽水装置启动;
计量发送模块:在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端;
服务端包括调配模块、水电费计量模块和线路判断模块;
调配模块:接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配;
水电费计量模块:在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端;
线路判断模块:根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常。
用户端包括报表模块;
报表模块:接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费,根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表。
本发明所达到的有益效果:本发明灌溉端进行用水量和用电量预测计算,服务端根据预测计算的结构进行水电调配,大大提高了水电调配精度;同时本发明通过对抽水量和用电量进行实时计量,将计量结果上送,降低了实际用电量和用水量的采集难度。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种智能机井电排灌控制管理方法,包括灌溉端方法、服务端方法和用户端方法。
其中灌溉端方法如下:
11)对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端。
用水量和用电量预测计算过程为:通过采集气候和土壤数据计算出作物的需水规律,根据需水规律、灌溉面积和种植比例计算出灌区需要的用水量,根据用水量和抽水装置的功率计算出需要的用电量;具体公式如下:
式中:WAt为农业灌溉第t年需用水量,单位为m3;WAi,t,j为农业灌溉第t年第i分区第j月份的需用水量;Ai,k为i分区k作物有效灌溉面积,单位为hm2;Ai为第i分区所有作物的有效灌溉面积,单位为hm2;Ii,k为第j月份第k种作物的灌溉定额,单位为m3/hm2;M为水资源分区数;T为种植作物的种类数;N为1年中的灌溉月数。
12)接收刷卡启动指令,控制抽水装置启动。
13)在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端;采集抽水装置和计量装置的状态信息,将状态信息发送给用户端;接收服务端实时计量的电费和水费,对卡中的费用进行扣除,若卡中费用不足,向用户端发出费用不足报警信息。
服务端方法如下:
21)接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配。
22)在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端和灌溉端。
23)根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常。
用户端方法如下:
31)接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费,根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表
32)接收灌溉端发送的抽水装置和计量装置状态信息,根据状态信息判断抽水装置和计量装置是否正常。
33)接收到费用不足报警信息,向灌溉端发出停止抽水装置的指令或者进行充值。
一种智能机井电排灌控制管理系统,包括灌溉端、服务端和用户端。
灌溉端包括预测计算模块、启动模块和计量发送模块。
预测计算模块:对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端。
启动模块:接收刷卡启动指令,控制抽水装置启动。
计量发送模块:在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端;采集抽水装置和计量装置的状态信息,将状态信息发送给用户端;接收服务端实时计量的电费和水费,对卡中的费用进行扣除,若卡中费用不足,向用户端发出费用不足报警信息。
服务端包括调配模块、水电费计量模块和线路判断模块。
调配模块:接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配。
水电费计量模块:在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端和灌溉端。
线路判断模块:根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常。
用户端包括报表模块、装置判断模块和报警处理模块。
报表模块:接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费,根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表。
装置判断模块:接收灌溉端发送的抽水装置和计量装置状态信息,根据状态信息判断抽水装置和计量装置是否正常。
报警处理模块:接收到费用不足报警信息,向灌溉端发出停止抽水装置的指令或者进行充值。
如图1所示为系统的物理结构图,包括预测计算装置、启动装置、电量计量装置、水量计量装置、灌溉控制器、抽水装置、用户智能终端、电网部门监控中心、水利部门监控中心、电磁隔离装置和防雷装置。其中,电网部门监控中心和水利部门监控中心为服务端,预测计算装置、启动装置、电量计量装置、水量计量装置、灌溉控制器、抽水装置、电磁隔离装置和防雷装置为灌溉端,用户智能终端为用户端。
灌溉控制器连接抽水装置的控制电路,控制抽水装置的启停,电量计量装置和水量计量装置分别计量抽水装置的用电量和抽水两,电磁隔离装置和防雷装置均连接灌溉控制器,启动装置连接灌溉控制器,灌溉控制器无线通信连接云服务器,预测计算装置和用户智能终端也均通信连接云服务器,云服务器还与水利部门监控中心和电网部门监控中心通信连接。
预测计算装置用以对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将用水量预测计算结果发送给水利部门监控中心作为水量调配参考,将用电量预测计算结果发送给电网部门监控中心作为电量调配参考。
预测计算装置为单独的智能终端,如计算机,内置预测计算软件,通过传感器采集雨量、日照等气候数据,通过传感器土壤湿度、温度等土壤数据,然后将这些数据输入计算机得到用水量和用电量。
启动装置用以向灌溉控制器发出启动指令。启动装置通过刷卡发出启动指令,如IC刷卡器,用于专用通过IC卡刷卡取水,IC卡中可充值,灌溉过程中,可对水费和电费进行实时扣除。
抽水装置采用常见的水泵。
水量计量装置用以灌溉过程中,实时计量抽水量。水量计量装置采用超声波水表,可实时计量抽水量,并将其发送给灌溉控制器。
电量计量装置用以灌溉过程中,实时计量用电量。电量计量装置采用智能电表,可实时计量用电量,并将其发送给灌溉控制器。
灌溉控制器用以接收启动指令,控制抽水装置启动;用以在灌溉过程中,接收实时计量的抽水量和用电量,将实时计量的抽水量和用电量分别发送给水利部门监控中心和电网部门监控中心,并接收计量水费和电费的反馈,对卡中的费用进行扣除,若卡中费用不足,向用户智能终端发出费用不足报警信息,同时还将实时计量的抽水量和用电量发送给用户智能终端;用以采集水量计量装置状态信息、电量计量装置状态信息以及抽水装置状态信息,并将这些状态信息发送给用户智能终端。
灌溉控制器采用32位通信处理器,支持2G/3G/4G、zigbee等多种通讯方式,灌溉控制器安装在控制柜,为了防止控制柜被损坏,可在控制柜内设置报警装置,若控制柜非正常打开,灌溉控制器控制报警装置发出报警。
电磁隔离装置采用市场上常见的电磁隔离器,防雷装置采用市场上常见的防雷器,两者均连接灌溉控制器,分别用以实现电磁隔离和防雷,防止外部干扰及损害。
水利部门监控中心和电网部门监控中心分别接收实时计量的抽水量和用电量,电网部门监控中心根据实时计量的用电量进行电费计量,水利部门监控中心根据实时计量的抽水量进行水费计量,并将这些计量结果发送给灌溉控制器和用户智能终端。
电网部门监控中心根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,比如:灌溉计量的用电量远远小于预测计算的用电量,则供电线路很可能故障,比如有偷电现象;水利部门监控中心根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常,比如:灌溉计量的抽水量远远小于预测计算的用水量,则供水线路很可能故障,比如可能有漏水。
用户智能终端可采用计算机或者智能手机等,用户智能终端为与用户的交互模块,用户智能终端接收实时计量的抽水量、用电量、电费和水费,根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表,如日报表、周报表、月报表、年报表等,便于用户进行参考;当接收到费用不足报警信息后,可直接进行网上缴费,或者直接发出停止控制信号给灌溉控制器停止抽水。
上述系统的具体工作过程如下:
1)预测计算装置对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将用水量预测计算结果发送给水利部门监控中心,将用电量预测计算结果发送给电网部门监控中心。
2)以用水量预测计算结果作为水量调配参考,水利部门监控中心进行水量调配;以用电量预测计算结果作为电量调配参考,电网部门监控中心进行电量调配。
3)用户刷卡取水,灌溉控制器启动抽水装置进行灌溉。
4)溉过程中,水量计量装置实时计量抽水量,电量计量装置实时计量用电量;
5)灌溉控制器将实时计量的抽水量和用电量分别发送给水利部门监控中心和电网部门监控中心,将实时计量的抽水量和用电量反馈给用户智能终端;
6)电网部门监控中心根据实时计量的用电量进行电费计量,水利部门监控中心根据实时计量的抽水量进行水费计量,并将这些计量费用发送给灌溉控制器和用户智能终端。
7)灌溉控制器根据计量费用进行费用扣除。
本发明灌溉端进行用水量和用电量预测计算,服务端根据预测计算的结构进行水电调配,大大提高了水电调配精度;同时本发明通过对抽水量和用电量进行实时计量,将计量结果上送,降低了实际用电量和用水量的采集难度。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行智能机井电排灌控制管理方法。
一种计算设备,包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行智能机井电排灌控制管理方法的指令。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:包括,
对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端;
接收启动指令,控制抽水装置启动;
在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端。
2.根据权利要求1所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:用水量和用电量预测计算过程为,
通过采集气候和土壤数据计算出作物的需水规律,根据需水规律、灌溉面积和种植比例计算出灌区需要的用水量,根据用水量和抽水装置的功率计算出需要的用电量。
3.根据权利要求1所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:在灌溉过程中,采集抽水装置和计量装置的状态信息,将状态信息发送给用户端。
4.根据权利要求1所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:接收刷卡启动指令,在灌溉过程中,接收服务端实时计量的电费和水费,对卡中的费用进行扣除,若卡中费用不足,向用户端发出费用不足报警信息。
5.一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:包括,
接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配;
在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端;
根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常。
6.根据权利要求5所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:若灌溉端采用刷卡启动,在灌溉过程中,将计量的水费和电费发送给灌溉端。
7.一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:包括,
接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费;
根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表。
8.根据权利要求7所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:接收灌溉端发送的抽水装置和计量装置状态信息,根据状态信息判断抽水装置和计量装置是否正常。
9.根据权利要求7所述的一种智能机井电排灌控制管理方法,其特征在于:若灌溉端采用刷卡启动,接收到费用不足报警信息,向灌溉端发出停止抽水装置的指令或者进行充值。
10.一种智能机井电排灌控制管理系统,其特征在于:包括灌溉端、服务端和用户端;
灌溉端包括预测计算模块、启动模块和计量发送模块;
预测计算模块:对需灌溉用水量和用电量进行预测计算,将预测计算结果发送给服务端;
启动模块:接收启动指令,控制抽水装置启动;
计量发送模块:在灌溉过程中,采集计量装置实时计量的抽水量和用电量,并将实时计量的抽水量和用电量发送给服务端和用户端;
服务端包括调配模块、水电费计量模块和线路判断模块;
调配模块:接收灌溉端预测计算的用水量和用电量,根据预测计算结果进行水量和电量调配;
水电费计量模块:在灌溉过程中,接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,进行水费和电费计量,并将计量的水费和电费发送给用户端;
线路判断模块:根据预测计算的用电量和灌溉计量的用电量之间的差值,判断供电线路是否正常,根据预测计算的用水量和灌溉计量的抽水量之间的差值,判断供水线路是否正常;
用户端包括报表模块;
报表模块:接收灌溉端实时计量的抽水量和用电量,接收服务端计量的水费和电费,根据计量的抽水量、用电量、电费和水费,生成用户所需的报表。
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