CN116204001A - 一种大型泵站系统水位智能控制方法 - Google Patents

一种大型泵站系统水位智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及泵站系统水位控制技术领域，具体公开一种大型泵站系统水位智能控制方法，本发明通过监测灌溉水库的当前理想蓄水量，然后获取灌溉水库内的污泥占用体积，最后结合灌溉水库的当前理想蓄水量和污泥占用体积分析得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量，实现了灌溉水库内蓄水量的精准监测，有利于提高农作物灌溉需求的保障效果，与此同时本发明在对水泵进行运行时长控制时不仅执行了以水泵需求运行时长作为执行依据的前端控制，还增加了对实际控制结果的跟踪反馈，能够使实际控制结果处于可知的状态，实现了对灌溉水库内水位控制是否达标的验证，进而根据验证结果进行运行时长控制的校正，最大限度避免出现无效控制的情况。

Description

一种大型泵站系统水位智能控制方法
技术领域
本发明涉及泵站系统水位控制技术领域，具体而言是一种大型泵站系统水位智能控制方法。
背景技术
随着农业的不断发展，农作物灌溉的需求不断增加，但由于我国水资源呈现地域分布不均、季节性降雨不均和调节能力不足的特点，导致农业灌溉供需矛盾日渐突出。为了缓解农业灌溉供需矛盾，目前大都采用兴建灌溉水库的方式来保障农业用水。
鉴于灌溉水库承担着农作物用水的任务，灌溉水库中的蓄水量对农作物的灌溉需求保障效果起到了决定作用，具体体现在当蓄水量较少时存在无法满足农作物灌溉需求的风险，当蓄水量较多时容易发生洪涝隐患。在这种情况下，为了最大化提高农作物的灌溉需求保障效果，对灌溉水库的蓄水量进行监测和水位控制显得尤为必要。
目前对灌溉水库的蓄水量监测基本都是以水位高度作为监测指标，这种监测方式忽略了水库内沉积的污泥对水位高度的影响，从而导致以水位高度监测得到的蓄水量精确度不高，难以为后续判断蓄水量是否满足农作物灌溉需求提供真实可靠的参照依据，从而在一定程度上影响了农作物灌溉需求的保障效果。
在通过对灌溉水库的蓄水量监测识别蓄水量与农作物灌溉需求不匹配时就需要对灌溉水库的水位进行控制，为了提高灌溉水库内水位控制的效率，目前都采用建设泵站以水泵作为控制动力源进行控制，其中水泵的运行时长控制属于重点控制对象，其控制结果直接决定了灌溉水库内水位控制能否达标，进而影响了农作物灌溉需求的满足度，然而现有技术对水泵的运行时长控制为了操作方便都是直接以相关参数计算出的水泵需求运行时长作为执行依据，这种控制方式属于前端控制，缺乏对实际控制结果的跟踪反馈，导致实际控制结果属于未知状态，从而难以对水位控制达标情况进行验证，容易导致无效控制。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种大型泵站系统水位智能控制方法，通过对灌溉水库的蓄水量进行精准监测，并在识别监测得到的蓄水量与农作物灌溉需求不匹配时利用水泵进行灌溉水库水位反馈控制，有效解决了背景技术提到的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种大型泵站系统水位智能控制方法，包括：（1）灌溉水库理想蓄水量统计：在灌溉水库内安放水位计，由其实时监测灌溉水库的当前平均水位高度，与此同时将其结合灌溉水库的底面积统计灌溉水库对应的当前理想蓄水量。
（2）灌溉水库空间子区域划分：将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域，并将划分的各子区域结合灌溉水库的高度构成各空间子区域。
（3）污泥高度检测：将污泥监测仪分别从各空间子区域对应的水面区域插入水体，检测各空间子区域的污泥高度。
（4）污泥占用体积分析：根据各空间子区域的污泥高度分析灌溉水库对应的污泥占用体积。
（5）灌溉水库实际蓄水量分析：将灌溉水库对应的当前理想蓄水量与灌溉水库对应的污泥占用体积相减，得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量。
（6）灌溉水库水位控制需求判断：根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量，并与灌溉水库对应的当前实际蓄水量进行对比，判断灌溉水库是否存在水位控制需求。
（7）水泵选择及需求运行参数解析：当判断灌溉水库存在水位控制需求时分析灌溉水库对应的控水指征，据此选择适配水泵，并解析适配水泵的需求运行参数，具体为需求工作压力和需求运行时长。
（8）水泵运行反馈校正：由水泵控制终端将适配水泵的需求工作压力传达至适配水泵，由其按照需求工作压力执行控水操作，并基于适配水泵对应的需求运行时长进行适配水泵运行时长控制，与此同时实时监测适配水泵对灌溉水库的控水进程，并反馈至水泵控制终端，由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正。
在一种可能的设计中，所述监测灌溉水库的当前平均水位高度对应的具体操作过程如下：在灌溉水库的水面区域均匀布设若干监测点。
分别在各监测点利用水位计进行水位高度监测，得到各监测点的水位高度。
将各监测点的水位高度进行均值计算，得到灌溉水库的当前平均水位高度。
在一种可能的设计中，所述将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域对应的实现方式如下：第一步、获取污泥监测仪的横截面直径，进而将其代入公式
Figure SMS_1
，计算出子区域划分面积
Figure SMS_2
，其中d表示为污泥监测仪的横截面直径，
Figure SMS_3
表示为配置的原始富余直径。
第二步、获取灌溉水库水位区域的面积，将其与计算的子区域划分面积作相除运算，统计得到灌溉水库水面区域对应子区域划分数量，记为n。
第三步、将灌溉水库水面区域对应子区域划分数量通过表达式
Figure SMS_4
，计算得到灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度
Figure SMS_5
。
第四步、将
Figure SMS_6
与预设的限定趋整度进行对比，若
Figure SMS_7
大于或等于限定趋整度，则按照当前计算的子区域划分面积和子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分，若
Figure SMS_8
小于限定趋整度，则调整原始富余直径，重新统计子区域划分面积及子区域划分数量，并由此计算灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度直至计算结果达到预设的限定趋整度，进而以该次计算中使用的子区域划分面积及子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分。
在一种可能的设计中，所述灌溉水库对应的污泥占用体积分析公式为
Figure SMS_9
，其中
Figure SMS_10
表示为第i空间子区域的污泥高度，i表示为空间子区域编号，
Figure SMS_11
。
在一种可能的设计中，所述根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量具体识别方法如下：（61）以当前年限为界划定若干历史监测年限。
（62）从历史农作物灌溉信息库中提取各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量。
（63）将各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量通过表达式
Figure SMS_12
，计算出当前月份对应的期望农作物灌溉水量分化指数
Figure SMS_13
，其中
Figure SMS_14
表示为第j历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量，j表示为历史监测年限编号，
Figure SMS_15
，m表示为划定的历史监测年限数量，
Figure SMS_16
表示为第j历史监测年限对应的年份，
Figure SMS_17
表示为当前年限对应的年份，e表示为自然常数。
（64）将
Figure SMS_18
与设置阈值
Figure SMS_19
进行对比，若
Figure SMS_20
小于或等于设定阈值
Figure SMS_21
，则以
Figure SMS_22
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，反之则以
Figure SMS_23
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，其中
Figure SMS_24
表示为灌溉水库对应的基础蓄水量。
在一种可能的设计中，所述判断灌溉水库是否存在水位控制需求对应的判断方式为：将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量导入判断模型
Figure SMS_25
，得到灌溉水库是否存在水位控制需求的判断结果。
在一种可能的设计中，所述控水指征包括控水方式和控水量，其中灌溉水库对应的控水指征具体分析如下：将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量进行对比，若灌溉水库对应的当前需求蓄水量大于当前实际蓄水量，则灌溉水库对应的控水方式为进水，反之灌溉水库对应的控水方式为出水。
利用公式
Figure SMS_26
，计算得到灌溉水库对应的控水量，其中P1表示为灌溉水库对应的控水方式为进水，P2表示为灌溉水库对应的控水方式为出水。
在一种可能的设计中，所述适配水泵的选择以
Figure SMS_27
为选择依据执行选择操作。
在一种可能的设计中，所述适配水泵的需求运行参数解析过程如下：（71）获取适配水泵对应输水管的材质和厚度，并据此解析适配水泵的需求工作压力。
（72）将适配水泵的需求工作压力与参考信息库中各种规格型号的水泵在各种工作压力下的输水管水流速进行比对，从中筛选出适配水泵对应输水管的水流速。
（73）获取适配水泵对应输水管的截面积，进而将适配水泵对应输水管的水流速结合截面积，利用公式
Figure SMS_28
，计算出适配水泵的需求运行时长t，其中U表示为灌溉水库的控水量，A表示为适配水泵对应输水管的截面积，
Figure SMS_29
表示为适配水泵对应输水管的水流速。
在一种可能的设计中，所述由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正对应的具体实施过程如下：（81）通过预估公式
Figure SMS_30
，预估得到灌溉水库在控水完成后的达标水位高度
Figure SMS_31
，
Figure SMS_32
表示为灌溉水库的当前平均水位高度，S表示为灌溉水库水位区域的面积。
（82）利用水位计在由适配水泵执行控水过程中实时监测灌溉水库的实际控水水位高度，并与
Figure SMS_33
进行对比，直至灌溉水库的实际控水水位高度达到
Figure SMS_34
时停止水泵运行，此时记录适配水泵的有效停止运行时刻。
（83）结合适配水泵的有效停止运行时刻和起始运行时刻获取适配水泵的有效运行时长。
（84）将适配水泵对应的需求运行时长与有效运行时长进行对比，若需求运行时长与有效运行时长一致，则判断不需要进行运行时长控制校正，反之则判断需要进行运行时长控制校正，此时利用适配水泵对应的有效运行时长进行运行时长控制校正。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：1.本发明在对灌溉水库的蓄水量进行监测时通过对灌溉水库的当前平均水位高度进行采集，由此获得灌溉水库的当前理想蓄水量，与此同时对灌溉水库内的污泥高度进行检测，以此获取污泥占用体积，最后结合灌溉水库的当前理想蓄水量和污泥占用体积分析得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量，实现了灌溉水库内蓄水量的精准监测，能够为后续判断蓄水量是否满足农作物灌溉需求提供蓄水量维度的真实可靠的参照依据，从而有利于提高农作物灌溉需求的保障效果。
2.本发明在对水泵进行运行时长控制时不仅执行了以水泵需求运行时长作为执行依据的前端控制，还增加了对实际控制结果的跟踪反馈，能够使实际控制结果处于可知的状态，实现了对灌溉水库内水位控制是否达标的验证，进而根据验证结果进行运行时长控制的校正，最大限度避免出现无效控制的情况，在一定程度上强化了农作物灌溉需求的保障力度。
3.本发明在分析灌溉水库的需求蓄水量时以当前月份作为分析基础实现了需求蓄水量的针对性、灵活性分析，相对于统一的设定需求蓄水量，该分析方式大大提高了分析结果的准确度，更贴合实际情况且更合理，更加具有实用价值，能够为后续判断蓄水量是否满足农作物灌溉需求提供农作物灌溉需求维度的可靠参照依据，有助于降低误判率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的方法实施步骤流程图。
图2为本发明中灌溉水库进行空间子区域划分示意图。
图3为本发明中识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量实施流程图。
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。
参照图1所示，本发明提出一种大型泵站系统水位智能控制方法，包括：（1）灌溉水库理想蓄水量统计：在灌溉水库内安放水位计，由其实时监测灌溉水库的当前平均水位高度，与此同时将其结合灌溉水库的底面积统计灌溉水库对应的当前理想蓄水量。
作为本发明的一种优选实施例，监测灌溉水库的当前平均水位高度对应的具体操作过程如下：在灌溉水库的水面区域均匀布设若干监测点。
分别在各监测点利用水位计进行水位高度监测，得到各监测点的水位高度。
将各监测点的水位高度进行均值计算，得到灌溉水库的当前平均水位高度。
需要理解的是，本发明以灌溉水库的平均水位高度进行理想蓄水量统计的目的在于在灌溉水库水面存在波动的情况下，以单个监测点监测到的水位高度容易存在监测误差，不足以体现灌溉水库的真实水位高度，因此通过布设多个监测点得到的平均水位高度能够贴近灌溉水库的真实水位高度，使得理想蓄水量的统计更加准确。
需要说明的是，本发明对灌溉水库当前理想蓄水量的统计是以灌溉水库的水面区域轮廓和底面区域轮廓为正方形，使得灌溉水库的整体外形轮廓为方体的情况下进行统计，其统计公式为
Figure SMS_35
。
（2）灌溉水库空间子区域划分：参照图2所示，将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域，并将划分的各子区域结合灌溉水库的高度构成各空间子区域。
应用于上述实施例，将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域对应的实现方式如下：第一步、获取污泥监测仪的横截面直径，进而将其代入公式
Figure SMS_36
，计算出子区域划分面积
Figure SMS_37
，其中d表示为污泥监测仪的横截面直径，
Figure SMS_38
表示为配置的原始富余直径。
作为本发明的具体实施例，上述中提到的污泥监测仪为超声波泥位计。
需要解释的是，对灌溉水库水面区域进行子区域划分的目的在于分区域进行污泥高度监测，在这之中，子区域划分数量不宜过少也不宜过多，当子区域划分数量过少时会使得污泥高度监测数据较少，影响污泥占用体积分析的真实可靠性，当子区域划分数量较多时会使得单个子区域的面积较小，由于污泥监测仪在使用过程中本身要占用一部分面积，当单个子区域的面积较小时存在无法容纳污泥监测仪的情况，导致污泥监测仪在单个子区域中无法正常使用。在这种情况下就需要对子区域的划分数量设置合理，实现这一条件的前提就是基于污泥监测仪本身使用需要占用的面积进行子区域面积划定。
在本发明的进一步实施例中，考虑到超声波泥位计的截面为一般为圆形，而基于灌溉水库的外形轮廓为方体的情况下划分的子区域形状为正方形，由此根据超声波泥位计的截面圆形以外切正方形面积作为子区域面积计算依据，其中圆外切正方形面积公式为
Figure SMS_39
。
第二步、获取灌溉水库水位区域的面积，将其与计算的子区域划分面积作相除运算，统计得到灌溉水库水面区域对应子区域划分数量，记为n。
第三步、将灌溉水库水面区域对应子区域划分数量通过表达式
Figure SMS_40
，计算得到灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度
Figure SMS_41
。
第四步、将
Figure SMS_42
与预设的限定趋整度进行对比，若
Figure SMS_43
大于或等于限定趋整度，则按照当前计算的子区域划分面积和子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分，若
Figure SMS_44
小于限定趋整度，则调整原始富余直径，重新统计子区域划分面积及子区域划分数量，并由此计算灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度直至计算结果达到预设的限定趋整度，进而以该次计算中使用的子区域划分面积及子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分。
上述中原始富余直径的具体调整方式为：当
Figure SMS_45
时表明计算得到的子区域划分数量为接近
Figure SMS_46
的小数，示例性的，n=8.3，
Figure SMS_47
，在这种情况下，为了将划分的子区域数量8.3调整为整数8，需要将原始富余直径调大一些，当
Figure SMS_48
时表明计算得到的子区域划分数量为接近
Figure SMS_49
的小数，示例性的，n=8.7，
Figure SMS_50
，在这种情况下，为了将划分的子区域数量8.7调整为整数9，需要将原始富余直径调小一些。
（3）污泥高度检测：将污泥监测仪分别从各空间子区域对应的水面区域插入水体，检测各空间子区域的污泥高度。
（4）污泥占用体积分析：根据各空间子区域的污泥高度分析灌溉水库对应的污泥占用体积，具体分析公式为
Figure SMS_51
，其中
Figure SMS_52
表示为第i空间子区域的污泥高度，i表示为空间子区域编号，
Figure SMS_53
。
上述中对污泥占用体积的分析考虑到灌溉水库的整体外形轮廓为方体，在此之下各空间子区域对应的水面区域面积与底面区域面积相同，而底面区域正是污泥沉积占用区域。
（5）灌溉水库实际蓄水量分析：将灌溉水库对应的当前理想蓄水量与灌溉水库对应的污泥占用体积相减，得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量。
可理解的是，灌溉水库的蓄水量实际是体积单位，通过将灌溉水库对应的当前理想蓄水量减去污泥占用体积，就可以得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量。
本发明在对灌溉水库的蓄水量进行监测时通过对灌溉水库的当前平均水位高度进行采集，由此获得灌溉水库的当前理想蓄水量，与此同时对灌溉水库内的污泥高度进行检测，以此获取污泥占用体积，最后结合灌溉水库的当前理想蓄水量和污泥占用体积分析得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量，实现了灌溉水库内蓄水量的精准监测，能够为后续判断蓄水量是否满足农作物灌溉需求提供蓄水量维度的真实可靠的参照依据，从而有利于提高农作物灌溉需求的保障效果。
（6）灌溉水库水位控制需求判断：根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量，并与灌溉水库对应的当前实际蓄水量进行对比，判断灌溉水库是否存在水位控制需求。
作为上述优选方案的实施例，参见图3所示，根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量具体识别方法如下：（61）以当前年限为界划定若干历史监测年限。
（62）从历史农作物灌溉信息库中提取各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量。
（63）将各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量通过表达式
Figure SMS_54
，计算出当前月份对应的期望农作物灌溉水量分化指数
Figure SMS_55
，其中
Figure SMS_56
表示为第j历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量，j表示为历史监测年限编号，
Figure SMS_57
，m表示为划定的历史监测年限数量，
Figure SMS_58
表示为第j历史监测年限对应的年份，
Figure SMS_59
表示为当前年限对应的年份，e表示为自然常数。
在上述期望农作物灌溉水量分化指数计算公式中，各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量越靠近平均农作物灌溉水量，当前月份对应的期望农作物灌溉水量分化指数越小，同时某历史监测年限对应的年份与当前年份越靠近，该历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量在计算期望农作物灌溉水量分化指数中更具有参考意义，进而起到的有效价值越大。
作为上述示例，各历史监测年限对应的年份分别为2013、2014、2015、2016、2017、2018，当前年限对应的年份为2019，此时年份为2018的历史监测年限因贴近当前年限对应的年份，在计算期望农作物灌溉水量分化指数中起到的有效价值越大。
（64）将
Figure SMS_60
与设置阈值
Figure SMS_61
进行对比，若
Figure SMS_62
小于或等于设定阈值
Figure SMS_63
，则以
Figure SMS_64
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，反之则以
Figure SMS_65
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，其中
Figure SMS_66
表示为灌溉水库对应的基础蓄水量。
上述中在
Figure SMS_67
大于设定阈值
Figure SMS_68
时表明当前月份对应的期望农作物灌溉水量分化程度越高，在这种情况下通过将最大农作物灌溉水量与最小农作物灌溉水量与平均农作物灌溉水量进行对比，从中识别农作物灌溉水量的偏向，由此进行灌溉水库对应的当前需求蓄水量分析能够大大提高分析结果的合理度。
本发明在分析灌溉水库的需求蓄水量时以当前月份作为分析基础实现了需求蓄水量的针对性、灵活性分析，相对于统一的设定需求蓄水量，该分析方式大大提高了分析结果的准确度，更贴合实际情况且更合理，更加具有实用价值，能够为后续判断蓄水量是否满足农作物灌溉需求提供农作物灌溉需求维度的可靠参照依据，有助于降低误判率。
在上述方案基础上，判断灌溉水库是否存在水位控制需求对应的判断方式为：将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量导入判断模型
Figure SMS_69
，得到灌溉水库是否存在水位控制需求的判断结果。
（7）水泵选择及需求运行参数解析：当判断灌溉水库存在水位控制需求时分析灌溉水库对应的控水指征，据此选择适配水泵，并解析适配水泵的需求运行参数，具体为需求工作压力和需求运行时长。
上述中提到的控水指征包括控水方式和控水量，其中灌溉水库对应的控水指征具体分析如下：将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量进行对比，若灌溉水库对应的当前需求蓄水量大于当前实际蓄水量，则灌溉水库对应的控水方式为进水，反之灌溉水库对应的控水方式为出水。
利用公式
Figure SMS_70
，计算得到灌溉水库对应的控水量，其中P1表示为灌溉水库对应的控水方式为进水，P2表示为灌溉水库对应的控水方式为出水。
需要解释的是，上述对灌溉水库控水量的分析考虑到当控水方式为进水时是将外部的水输入到灌溉水库内，这种情况下需要使灌溉水库控水后的实际蓄水量满足需求蓄水量，因而控水量宜多不宜少，当控水方式为出水时是将灌溉水库内的水输出到外部，考虑到灌溉水库内存储的水来之不易且需要后续持续使用和水泵运行成本，只需要将灌溉水库控水后的蓄水量大致满足需求蓄水量就可以，因而控水量可以设置少一些。
在本发明进一步地实施例中，适配水泵的选择以
Figure SMS_71
为选择依据执行选择操作，具体体现在若控水方式为进水，则选择的适配水泵为进水水泵，若控水方式为出水，则选择的适配水泵为出水水泵。
在本发明又进一步地实施例中，适配水泵的需求运行参数解析过程如下：（71）获取适配水泵对应输水管的材质和厚度，进而将输水管的材质与参考信息库中各种输水管材质在单位厚度下的耐冲击压力进行匹配，得到适配水泵对应输水管在单位厚度下的耐冲击压力，与此同时将适配水泵对应输水管在单位厚度下的耐冲击压力乘以适配水泵对应输水管的厚度计算出适配水泵对应输水管的耐冲击压力，将其作为适配水泵的需求工作压力。
（72）将适配水泵的需求工作压力与参考信息库中各种规格型号的水泵在各种工作压力下的输水管水流速进行比对，具体比对方式为获取适配水泵的规格型号，进而将适配水泵的规格型号和需求工作压力与各种规格型号的水泵在各种工作压力下的输水管水流速进行逐一匹配，从中筛选出适配水泵对应输水管的水流速。
（73）获取适配水泵对应输水管的截面积，进而将适配水泵对应输水管的水流速结合截面积，利用公式
Figure SMS_72
，计算出适配水泵的需求运行时长t，其中U表示为灌溉水库的控水量，A表示为适配水泵对应输水管的截面积，
Figure SMS_73
表示为适配水泵对应输水管的水流速。
本发明中对适配水泵需求运行时长的计算是基于
Figure SMS_74
的公式变换得到的。
（8）水泵运行反馈校正：由水泵控制终端将适配水泵的需求工作压力传达至适配水泵，由其按照需求工作压力执行控水操作，并基于适配水泵对应的需求运行时长进行适配水泵运行时长控制，与此同时实时监测适配水泵对灌溉水库的控水进程，并反馈至水泵控制终端，由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正。
上述中由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正对应的具体实施过程如下：（81）通过预估公式
Figure SMS_75
，预估得到灌溉水库在控水完成后的达标水位高度
Figure SMS_76
，
Figure SMS_77
表示为灌溉水库的当前平均水位高度，S表示为灌溉水库水位区域的面积。
（82）利用水位计在由适配水泵执行控水过程中实时监测灌溉水库的实际控水水位高度，并与
Figure SMS_78
进行对比，直至灌溉水库的实际控水水位高度达到
Figure SMS_79
时停止水泵运行，此时记录适配水泵的有效停止运行时刻。
（83）结合适配水泵的有效停止运行时刻和起始运行时刻获取适配水泵的有效运行时长。
（84）将适配水泵对应的需求运行时长与有效运行时长进行对比，若需求运行时长与有效运行时长一致，则判断不需要进行运行时长控制校正，反之则判断需要进行运行时长控制校正，此时利用适配水泵对应的有效运行时长进行运行时长控制校正。
本发明在实施过程中还用到了参考信息库，用于存储各种输水管材质在单位厚度下的耐冲击压力，并存储各种规格型号的水泵在各种工作压力下的输水管水流速。
本发明在对水泵进行运行时长控制时不仅执行了以水泵需求运行时长作为执行依据的前端控制，还增加了对实际控制结果的跟踪反馈，能够使实际控制结果处于可知的状态，实现了对灌溉水库内水位控制是否达标的验证，进而根据验证结果进行运行时长控制的校正，最大限度避免出现无效控制的情况，在一定程度上强化了农作物灌溉需求的保障力度。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于，包括：
（1）灌溉水库理想蓄水量统计：在灌溉水库内安放水位计，由其实时监测灌溉水库的当前平均水位高度，与此同时将其结合灌溉水库的底面积统计灌溉水库对应的当前理想蓄水量；
（2）灌溉水库空间子区域划分：将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域，并将划分的各子区域结合灌溉水库的高度构成各空间子区域；
（3）污泥高度检测：将污泥监测仪分别从各空间子区域对应的水面区域插入水体，检测各空间子区域的污泥高度；
（4）污泥占用体积分析：根据各空间子区域的污泥高度分析灌溉水库对应的污泥占用体积；
（5）灌溉水库实际蓄水量分析：将灌溉水库对应的当前理想蓄水量与灌溉水库对应的污泥占用体积相减，得到灌溉水库对应的当前实际蓄水量；
（6）灌溉水库水位控制需求判断：根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量，并与灌溉水库对应的当前实际蓄水量进行对比，判断灌溉水库是否存在水位控制需求；
（7）水泵选择及需求运行参数解析：当判断灌溉水库存在水位控制需求时分析灌溉水库对应的控水指征，据此选择适配水泵，并解析适配水泵的需求运行参数，具体为需求工作压力和需求运行时长；
（8）水泵运行反馈校正：由水泵控制终端将适配水泵的需求工作压力传达至适配水泵，由其按照需求工作压力执行控水操作，并基于适配水泵对应的需求运行时长进行适配水泵运行时长控制，与此同时实时监测适配水泵对灌溉水库的控水进程，并反馈至水泵控制终端，由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正。
2.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述监测灌溉水库的当前平均水位高度对应的具体操作过程如下：
在灌溉水库的水面区域均匀布设若干监测点；
分别在各监测点利用水位计进行水位高度监测，得到各监测点的水位高度；
将各监测点的水位高度进行均值计算，得到灌溉水库的当前平均水位高度。
3.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述将灌溉水库水面区域以平面网格方式划分为若干子区域对应的实现方式如下：
第一步、获取污泥监测仪的横截面直径，进而将其代入公式
Figure QLYQS_1
，计算出子区域划分面积
Figure QLYQS_2
，其中d表示为污泥监测仪的横截面直径，
Figure QLYQS_3
表示为配置的原始富余直径；
第二步、获取灌溉水库水位区域的面积，将其与计算的子区域划分面积作相除运算，统计得到灌溉水库水面区域对应子区域划分数量，记为n；
第三步、将灌溉水库水面区域对应子区域划分数量通过表达式
Figure QLYQS_4
，计算得到灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度
Figure QLYQS_5
；
第四步、将
Figure QLYQS_6
与预设的限定趋整度进行对比，若
Figure QLYQS_7
大于或等于限定趋整度，则按照当前计算的子区域划分面积和子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分，若
Figure QLYQS_8
小于限定趋整度，则调整原始富余直径，重新统计子区域划分面积及子区域划分数量，并由此计算灌溉水库水面区域中子区域划分数量趋整度直至计算结果达到预设的限定趋整度，进而以该次计算中使用的子区域划分面积及子区域划分数量对灌溉水库水面区域进行子区域划分。
4.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述灌溉水库对应的污泥占用体积分析公式为
Figure QLYQS_9
，其中
Figure QLYQS_10
表示为第i空间子区域的污泥高度，i表示为空间子区域编号，
Figure QLYQS_11
。
5.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述根据当前月份识别灌溉水库对应的当前需求蓄水量具体识别方法如下：
（61）以当前年限为界划定若干历史监测年限；
（62）从历史农作物灌溉信息库中提取各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量；
（63）将各历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量通过表达式
Figure QLYQS_12
，计算出当前月份对应的期望农作物灌溉水量分化指数
Figure QLYQS_13
，其中
Figure QLYQS_14
表示为第j历史监测年限在当前月份的农作物灌溉水量，j表示为历史监测年限编号，
Figure QLYQS_15
，m表示为划定的历史监测年限数量，
Figure QLYQS_16
表示为第j历史监测年限对应的年份，
Figure QLYQS_17
表示为当前年限对应的年份，e表示为自然常数；
（64）将
Figure QLYQS_18
与设置阈值
Figure QLYQS_19
进行对比，若
Figure QLYQS_20
小于或等于设定阈值
Figure QLYQS_21
，则以
Figure QLYQS_22
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，反之则以
Figure QLYQS_23
作为灌溉水库对应的当前需求蓄水量，其中
Figure QLYQS_24
表示为灌溉水库对应的基础蓄水量。
6.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述判断灌溉水库是否存在水位控制需求对应的判断方式为：将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量导入判断模型
Figure QLYQS_25
，得到灌溉水库是否存在水位控制需求的判断结果。
7.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述控水指征包括控水方式和控水量，其中灌溉水库对应的控水指征具体分析如下：
将灌溉水库对应的当前需求蓄水量与当前实际蓄水量进行对比，若灌溉水库对应的当前需求蓄水量大于当前实际蓄水量，则灌溉水库对应的控水方式为进水，反之灌溉水库对应的控水方式为出水；
利用公式
Figure QLYQS_26
，计算得到灌溉水库对应的控水量，其中P1表示为灌溉水库对应的控水方式为进水，P2表示为灌溉水库对应的控水方式为出水。
8.根据权利要求7所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述适配水泵的选择以
Figure QLYQS_27
为选择依据执行选择操作。
9.根据权利要求1所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述适配水泵的需求运行参数解析过程如下：
（71）获取适配水泵对应输水管的材质和厚度，并据此解析适配水泵的需求工作压力；
（72）将适配水泵的需求工作压力与参考信息库中各种规格型号的水泵在各种工作压力下的输水管水流速进行比对，从中筛选出适配水泵对应输水管的水流速；
（73）获取适配水泵对应输水管的截面积，进而将适配水泵对应输水管的水流速结合截面积，利用公式
Figure QLYQS_28
，计算出适配水泵的需求运行时长t，其中U表示为灌溉水库的控水量，A表示为适配水泵对应输水管的截面积，
Figure QLYQS_29
表示为适配水泵对应输水管的水流速。
10.根据权利要求7所述的一种大型泵站系统水位智能控制方法，其特征在于：所述由水泵控制终端对适配水泵的运行时长控制进行校正对应的具体实施过程如下：
（81）通过预估公式
Figure QLYQS_30
，预估得到灌溉水库在控水完成后的达标水位高度
Figure QLYQS_31
，
Figure QLYQS_32
表示为灌溉水库的当前平均水位高度，S表示为灌溉水库水位区域的面积；
（82）利用水位计在由适配水泵执行控水过程中实时监测灌溉水库的实际控水水位高度，并与
Figure QLYQS_33
进行对比，直至灌溉水库的实际控水水位高度达到
Figure QLYQS_34
时停止水泵运行，此时记录适配水泵的有效停止运行时刻；
（83）结合适配水泵的有效停止运行时刻和起始运行时刻获取适配水泵的有效运行时长；
（84）将适配水泵对应的需求运行时长与有效运行时长进行对比，若需求运行时长与有效运行时长一致，则判断不需要进行运行时长控制校正，反之则判断需要进行运行时长控制校正，此时利用适配水泵对应的有效运行时长进行运行时长控制校正。
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