CN113016574A - 一种具有节水绿化灌溉功能的路灯 - Google Patents

一种具有节水绿化灌溉功能的路灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有节水绿化灌溉功能的路灯，包括：中空的灯杆杆身；一对照明灯头，设置于所述灯杆杆身的两侧；太阳能电池板，设置于所述灯杆杆身的顶部；水管，设置于所述灯杆杆身的内部，连接有水源；一对绿化带喷灌喷头，设置于所述灯杆杆身的底部，与所述水管连接；电磁阀，设置于所述水管上，作为水管的开关控制水的流通；自适应的神经网络控制器，与所述电磁阀连接，用于控制电磁阀的开关；蓄电池，设置于所述灯杆杆身的内部，通过线缆与所述照明灯头、太阳能电池板以及自适应的神经网络控制器连接。本发明将照明和灌溉功能集成，并通过自适应的神经网络控制器智能调节总灌水量，降低了喷灌设备维护成本，提升了喷灌效果。

Description

一种具有节水绿化灌溉功能的路灯
技术领域
本发明涉及市政建设领域，具体涉及一种具有节水绿化灌溉功能的路灯。
背景技术
现有的绿化带灌溉方式多为人工驾驶洒水车工作，喷灌量单一不可调，喷灌需水量大且效果不佳，又造成了人力物力的浪费，发展智能化灌溉势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有节水绿化灌溉功能的路灯，将照明和灌溉功能集成，解决了传统绿化灌溉方式效率低下的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种具有节水绿化灌溉功能的路灯，包括：
中空的灯杆杆身；
一对照明灯头，设置于所述灯杆杆身的两侧，用于照明；
太阳能电池板，设置于所述灯杆杆身的顶部，用于收集太阳能为该路灯提供能源；
水管，设置于所述灯杆杆身的内部，连接有水源；
一对绿化带喷灌喷头，设置于所述灯杆杆身的底部，与所述水管连接，用于对植物进行喷灌；
电磁阀，设置于所述水管上，作为水管的开关控制水的流通；
自适应的神经网络控制器，设置于所述水管上，与所述电磁阀连接，用于控制电磁阀的开关；
蓄电池，设置于所述灯杆杆身的内部，通过线缆与所述照明灯头、太阳能电池板以及自适应的神经网络控制器连接，用于收集太阳能电池板由太阳能转化的电能，并向照明灯头和自适应的神经网络控制器供电。
按上述方案，所述自适应的神经网络控制器包括基于自适应的神经网络模糊控制的模糊蒸散量估算系统、模糊灌溉控制系统以及模糊灌溉系统；其中模糊蒸散量估计系统通过预设的模糊规则估算植物前日的蒸散量，模糊灌溉控制系统根据土壤参数得到灌水定额，模糊灌溉系统根据灌水定额、灌水系数、根部保护系数以及降水限制系数得到灌水量。
按上述方案，所述模糊蒸散量估算系统的预设的模糊规则计算过程具体为：选取影响植物蒸散量的因素：日照时数、相对湿度、温度以及风速中的任意两个影响因素组成影响因素对，通过Penman-Montieth方程计算各影响因素对得到的蒸散量误差大小，将误差最小的影响因素对中的两个影响因素作为主要影响因素，并将该影响因素对作为输入变量，分别计算三角隶属函数、梯形隶属函数、广义钟型隶属函数、高斯隶属函数、pi型隶属函数、差型sigmoidal隶属函数以及积型sigmoidal隶属函数的结果，选取其中误差最小的隶属函数，结合主要影响因素，最终得到模糊蒸散量估计系统的模糊规则。
按上述方案，所述模糊灌溉控制系统根据土壤参数设定有灌水定额h；
Figure BDA0002963047630000021
上式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，γ1、γ2分别为土壤含水量的最大值和最小值，m为土壤利用水系数；
按上述方案，所述模糊灌溉系统将灌水定额h、灌水系数α1、根部保护系数α2以及降水限制系数α3相乘得到灌水量，再将灌水量乘以灌溉面积得到总灌水量。
按上述方案，所述灌水系数α1由MATLAB的模糊推理工具得到，输入土壤有效含水量的范围值、植物前日的蒸散量以及灌水系数α1的取值范围[0,1]，建立灌水系数α1的模糊规则，并解模糊得到灌水系数α1；
其中土壤有效含水量：
ASW＝10bscθ
式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，θ为土壤含水率；其中土壤含水率通过土壤湿度传感器读数得到；土壤有效含水量根据灌溉地区和植物类别设定有一阈值，当实际土壤有效含水量高于该阈值时，作为输入的土壤有效含水量取该阈值。
按上述方案，所述根部保护系数α2使灌水量低于一确定阈值，用于使土壤湿度处于适宜范围内的较低值，有利于植物根系向深处发展。
按上述方案，所述降水限制系数α3的计算过程为：当日降水量超过了当日土壤含水量的最大值时，令降水限制系数α3的值为0；其中当日土壤含水量等于前日土壤含水量减去前日植物蒸散量加上前日灌水量以及前日降水量。
本发明的有益效果是：通过将水管和自适应的神经网络控制器设置于灯杆杆身内部，将照明功能和灌溉功能集成，减少了市建设施的占地面积。
进一步地，通过设置的模糊蒸散量估算系统可估计植物前日的蒸散量，并将该蒸散量作为模糊灌溉控制系统的输入值，结合土壤参数，最终输出今日植物所需灌水量，提升了灌溉的效率和效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2为本发明一实施例的水管结构示意图；
图3为本发明一实施例的自适应的神经网络控制流程图；
图4为本发明一实施例中不同影响因素对得出的植物蒸散量的误差率结果图；
图5为本发明一实施例中不同隶属函数的运算结果图；
图中：1-灯杆杆身，2-照明灯头，3-太阳能电池板，4-绿化喷灌喷头，5-水管，6-电磁阀。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
参见图1、图2，具有节水绿化灌溉功能的路灯包括：
中空的灯杆杆身1；
一对照明灯头2，设置于灯杆杆身1的两侧，用于照明；
太阳能电池板3，设置于灯杆杆身1的顶部，用于收集太阳能为该路灯提供能源；
水管5，设置于灯杆杆身1的内部，连接有水源；
一对绿化带喷灌喷头4，设置于灯杆杆身1的底部，与水管5连接，用于对植物进行喷灌；
电磁阀6，设置于水管5上，作为水管5的开关控制水的流通；
自适应的神经网络控制器，与电磁阀6连接，用于控制电磁阀6的开关；
蓄电池，设置于灯杆杆身1的内部，通过线缆与照明灯头2、太阳能电池板3以及自适应的神经网络控制器连接，用于收集太阳能电池板3由太阳能转化的电能，并向照明灯头2和自适应的神经网络控制器供电。
进一步地，参见图3，所述自适应的神经网络控制器包括基于自适应的神经网络模糊控制的模糊蒸散量估算系统、模糊灌溉控制系统以及模糊灌溉系统；其中模糊蒸散量估计系统通过预设的模糊规则估算植物前日的蒸散量，模糊灌溉控制系统根据土壤参数得到灌水定额，模糊灌溉系统根据灌水定额、灌水系数、根部保护系数以及降水限制系数得到灌水量。
进一步地，所述模糊蒸散量估算系统的预设的模糊规则计算过程具体为：选取影响植物蒸散量的因素：日照时数、相对湿度、温度以及风速中的任意两个影响因素组成影响因素对，通过Penman-Montieth方程计算各影响因素对得到的蒸散量误差大小，参见图4，将误差最小的影响因素对中的两个影响因素作为主要影响因素，并将该影响因素对作为输入变量，分别计算三角隶属函数、梯形隶属函数、广义钟型隶属函数、高斯隶属函数、pi型隶属函数、差型sigmoidal隶属函数以及积型sigmoidal隶属函数的结果，参见图5，选取其中误差最小的隶属函数，结合主要影响因素，最终得到模糊蒸散量估计系统的模糊规则。
进一步地，所述模糊灌溉控制系统根据土壤参数设定有灌水定额h；
Figure BDA0002963047630000051
上式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，γ1、γ2分别为土壤含水量的最大值和最小值，m为土壤利用水系数；
进一步地，所述模糊灌溉系统将灌水定额h、灌水系数α1、根部保护系数α2以及降水限制系数α3相乘得到灌水量，再将灌水量乘以灌溉面积得到总灌水量。
进一步地，所述灌水系数α1由MATLAB的模糊推理工具得到，输入土壤有效含水量的范围值、植物前日的蒸散量以及灌水系数α1的取值范围[0,1]，建立灌水系数α1的模糊规则，并解模糊得到灌水系数α1；
其中土壤有效含水量：
ASW＝10bscθ
式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，θ为土壤含水率；其中土壤含水率通过土壤湿度传感器读数得到；土壤有效含水量根据灌溉地区和植物类别设定有一阈值，当实际土壤有效含水量高于该阈值时，作为输入的土壤有效含水量取该阈值。
进一步地，所述根部保护系数α2使灌水量低于一确定阈值，用于使土壤湿度处于适宜范围内的较低值，有利于植物根系向深处发展。
进一步地，所述降水限制系数α3的计算过程为：当日降水量超过了当日土壤含水量的最大值时，令降水限制系数α3的值为0；其中当日土壤含水量等于前日土壤含水量减去前日植物蒸散量加上前日灌水量以及前日降水量。
综上，本发明提出了一种具有节水绿化灌溉功能的路灯，灯杆杆身内设置有水管、电磁阀、蓄电池以及自适应的神经网络控制器，通过设置于灯杆杆身顶部太阳能电池板将太阳能转化为电能，电能储存于蓄电池并供给神经网络控制器和灯杆两侧的照明灯头，自适应的神经网络控制器可根据气象参数估算植物前日蒸散量以及当前土壤状况，并据此判定植物是否需要灌溉以及具体的灌水量，进而控制电磁阀的开关；喷灌时电磁阀打开，水由与水管连接的绿化喷灌喷头喷出，对植物进行灌溉。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：该路灯包括：
中空的灯杆杆身；
一对照明灯头，设置于所述灯杆杆身的两侧，用于照明；
太阳能电池板，设置于所述灯杆杆身的顶部，用于收集太阳能为该路灯提供能源；
水管，设置于所述灯杆杆身的内部，连接有水源；
一对绿化带喷灌喷头，设置于所述灯杆杆身的底部，与所述水管连接，用于对植物进行喷灌；
电磁阀，设置于所述水管上，作为水管的开关控制水的流通；
自适应的神经网络控制器，与所述电磁阀连接，用于控制电磁阀的开关；
蓄电池，设置于所述灯杆杆身的内部，通过线缆与所述照明灯头、太阳能电池板以及自适应的神经网络控制器连接，用于收集太阳能电池板由太阳能转化的电能，并向照明灯头和自适应的神经网络控制器供电。
2.根据权利要求1所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述自适应的神经网络控制器包括基于自适应的神经网络模糊控制的模糊蒸散量估算系统、模糊灌溉控制系统以及模糊灌溉系统；其中模糊蒸散量估计系统通过预设的模糊规则估算植物前日的蒸散量，模糊灌溉控制系统根据土壤参数得到灌水定额，模糊灌溉系统根据灌水定额、灌水系数、根部保护系数以及降水限制系数得到灌水量。
3.根据权利要求2所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述模糊蒸散量估算系统的预设的模糊规则计算过程具体为：选取影响植物蒸散量的因素：日照时数、相对湿度、温度以及风速中的任意两个影响因素组成影响因素对，通过Penman-Montieth方程计算各影响因素对得到的蒸散量误差大小，将误差最小的影响因素对中的两个影响因素作为主要影响因素，并将该影响因素对作为输入变量，分别计算三角隶属函数、梯形隶属函数、广义钟型隶属函数、高斯隶属函数、pi型隶属函数、差型sigmoidal隶属函数以及积型sigmoidal隶属函数的结果，选取其中误差最小的隶属函数，结合主要影响因素，最终得到模糊蒸散量估计系统的模糊规则。
4.根据权利要求2所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述模糊灌溉控制系统根据土壤参数设定有灌水定额h；
Figure FDA0002963047620000021
上式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，γ1、γ2分别为土壤含水量的最大值和最小值，m为土壤利用水系数。
5.根据权利要求2所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述模糊灌溉系统将灌水定额h、灌水系数α1、根部保护系数α2以及降水限制系数α3相乘得到灌水量，再将灌水量乘以灌溉面积得到总灌水量。
6.根据权利要求5所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述灌水系数α1由MATLAB的模糊推理工具得到，输入土壤有效含水量的范围值、植物前日的蒸散量以及灌水系数α1的取值范围[0,1]，建立灌水系数α1的模糊规则，并解模糊得到灌水系数α1；
其中土壤有效含水量：
ASW＝10bscθ
式中bs为土壤干容重，c为土壤深度，θ为土壤含水率；其中土壤含水率通过土壤湿度传感器读数得到；土壤有效含水量根据灌溉地区和植物类别设定有一阈值，当实际土壤有效含水量高于该阈值时，作为输入的土壤有效含水量取该阈值。
7.根据权利要求5所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述根部保护系数α2使灌水量低于一确定阈值，用于使土壤湿度处于适宜范围内的较低值，有利于植物根系向深处发展。
8.根据权利要求5所述的具有节水绿化灌溉功能的路灯，其特征在于：所述降水限制系数α3的计算过程为：当日降水量超过了当日土壤含水量的最大值时，令降水限制系数α3的值为0；其中当日土壤含水量等于前日土壤含水量减去前日植物蒸散量加上前日灌水量以及前日降水量。
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