CN117617096A - 一种智慧水利灌溉供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧水利灌溉供水系统，涉及水利灌溉技术领域，包括：位置信息获取模块；最优供水规划模块，所述最优供水规划模块与所述位置信息获取模块电性链接；供水需求确定模块，所述供水需求确定模块用于确定每个待灌溉区域的灌溉需求水量；供水能力确定模块，所述供水能力确定模块与所述最优供水规划模块和所述待灌溉区域电性连接；辅助供水规划模块，所述辅助供水规划模块与所述供水能力确定模块和供水需求确定模块电性连接。本发明的优点在于：实现对于灌溉供水站的灌溉供水的智能化规划，保证灌溉系统的整体的供水状态处于最佳状态，进而降低灌溉系统的整体供水成本，减少供水成本消耗。

Description

一种智慧水利灌溉供水系统

技术领域

本发明涉及水利灌溉技术领域，具体是涉及一种智慧水利灌溉供水系统。

背景技术

灌溉是指为地补充作物所需水分的技术措施。为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。

灌溉，即用水浇地。灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和时间要根据药用植物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。其种类主要有播种前灌水、催苗灌水、生长期灌水及冬季灌水等。

因此在农作物的不同的生长周期需要对农田进行不同程度的灌溉供水，而现有技术缺乏对于农田灌溉供水的合理化规划，在进行农田灌溉供水时，难以规划最优的供水线路，难以保证灌溉系统处于最优化的供水状态，易导致在进行农田灌溉时的资源浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种智慧水利灌溉供水系统，本技术方案解决了上述的现有技术缺乏对于农田灌溉供水的合理化规划，在进行农田灌溉供水时，难以规划最优的供水线路，难以保证灌溉系统处于最优化的供水状态，易导致在进行农田灌溉时的资源浪费的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种智慧水利灌溉供水系统，包括：

位置信息获取模块，所述位置信息获取模块用于获取现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息；

最优供水规划模块，所述最优供水规划模块与所述位置信息获取模块电性链接，所述最优供水规划模块用于基于现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息，规划每个待灌溉区域的最优灌溉供水站，记为初步规划供水方案；

供水需求确定模块，所述供水需求确定模块用于确定每个待灌溉区域的灌溉需求水量；

供水能力确定模块，所述供水能力确定模块与所述最优供水规划模块和所述待灌溉区域电性连接，所述供水能力确定模块用于基于每个待灌溉区域的灌溉需求水量和灌溉供水站的供水能力判断初步规划供水方案是否可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求；

辅助供水规划模块，所述辅助供水规划模块与所述供水能力确定模块和供水需求确定模块电性连接，所述辅助供水规划模块用于在初步规划供水方案是不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求时，规划辅助供水方案。

优选的，所述最优供水规划模块包括：

管路架设计算单元，所述管路架设计算单元用于基于待灌溉区域位置信息和现有灌溉供水站的位置信息确定灌溉供水管路架设长度，并基于供水管路架设长度计算管路架设耗费；

供水损耗计算单元，所述供水损耗计算单元用于基于每个灌溉供水站的基础供水成本结合灌溉供水管路架设长度，综合计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费；

总耗费计算单元，所述总耗费计算单元用于基于每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费和管路架设耗费，计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

筛选单元，所述筛选单元用于筛选出向待灌溉区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待灌溉区域的最优灌溉供水站，同时将该待灌溉区域记为该灌溉供水站的优先供水区域。

优选的，所述计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本具体包括：

通过综合计算公式计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

其中，所述综合计算公式具体为：

式中，M₁为管路架设耗费，L_g为灌溉供水管路架设长度，P为单位长度的供水管路架设费用，M₂为供水综合耗费，σ为单位长度的供水管路的供水耗能，K_w为待灌溉区域的灌溉需求水量，α为灌溉供水站的单位基础供水成本，M为灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本。

优选的，所述供水需求确定模块包括：

历史数据采集单元，所述历史数据采集单元用于确定待灌溉区域的规划种植物，并获取每个待灌溉区域的种植规划种植物时的历史灌溉需求水量数据；

数据处理单元，所述数据处理单元用于基于格拉布斯准则，对待灌溉区域的历史灌溉需求水量数据进行异常值剔除，得到待灌溉区域的标准灌溉需求水量数据；

需求计算单元，所述需求计算单元用于基于所有标准灌溉需求水量数据求取待灌溉区域的灌溉需求水量X_需，其中，式中，/>为所有标准灌溉需求水量数据的平均值，s’为所有标准灌溉需求水量数据的标准差。

优选的，所述格拉布斯准则的计算公式为：

式中，x_i为待灌溉区域的第i个历史灌溉需求水量数据，为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的平均值，s为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的标准差，bpn为异常点临界值，异常点临界值通过查格拉布斯表获得；

若满足异常值判定公式，则x_i为异常值。

优选的，所述供水能力确定模块具体包括：

供水需求计算单元，所述供水需求计算单元用于确定每个灌溉供水站的所有优先供水区域，并基于优先供水区域的灌溉需求水量进行求和，获得每个灌溉供水站的优先供水需求值；

供水能力获取单元，所述供水能力获取单元用于获取每个灌溉供水站的最大供水量；

比对判断单元，所述比对判断单元用于判断是否所有灌溉供水站的最大供水量是否大于灌溉供水站的优先供水需求值，若是，则判定初步规划供水方案可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求，若否，则判定初步规划供水方案不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求。

优选的，所述辅助供水规划模块包括：

不足水站确定单元，所述不足水站确定单元用于确定所有灌溉供水站的最大供水量小于灌溉供水站的优先供水需求值的灌溉供水站，记为水量不足供水站；

补水区域确定单元，所述补水区域确定单元用于确定水量不足供水站中，供水成本最高的一个或多个优先供水区域，记为待补水区域，并基于水量不足供水站的水量缺口，确定每个待补水区域的缺口供水需求量；

冗余水站确定单元，所述冗余水站确定单元用于筛选出最大供水量大于灌溉供水站的优先供水需求值的若干水站，记为冗余水站，并计算冗余水站的最大供水量与其优先供水需求值的差值作为冗余水站的冗余水量；

辅助水站确定单元，所述辅助水站确定单元用于确定每个待补水区域的辅助供水水站。

优选的，所述确定每个待补水区域的辅助供水水站具体包括：

确定冗余水量大于待补水区域的缺口供水需求量的若干个冗余水站，记为初步筛选水站；

确定初步筛选水站中向待补水区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待补水区域的辅助供水水站。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出一种智慧水利灌溉供水系统，基于每个灌溉供水站向待灌溉区域供水的供水综合耗费和管路架设耗费进行综合分析筛选出对待灌溉区域的最优化的灌溉供水站，进行规划初步规划供水方案，之后基于每个灌溉供水站的供水能力进行调整灌溉供水线路，进而实现对于灌溉供水站的灌溉供水的智能化规划，保证灌溉系统的整体的供水状态处于最佳状态，进而降低灌溉系统的整体供水成本，减少供水成本消耗。

附图说明

图1为本发明提出的智慧水利灌溉供水系统结构框图；

图2为本发明中的最优供水规划模块的结构框图；

图3为本发明中的供水需求确定模块的结构框图；

图4为本发明中的供水能力确定模块的结构框图；

图5为本发明中的辅助供水规划模块的结构框图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

参照图1所示，一种智慧水利灌溉供水系统，包括：

位置信息获取模块，所述位置信息获取模块用于获取现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息；

最优供水规划模块，所述最优供水规划模块与所述位置信息获取模块电性链接，所述最优供水规划模块用于基于现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息，规划每个待灌溉区域的最优灌溉供水站，记为初步规划供水方案；

供水需求确定模块，所述供水需求确定模块用于确定每个待灌溉区域的灌溉需求水量；

供水能力确定模块，所述供水能力确定模块与所述最优供水规划模块和所述待灌溉区域电性连接，所述供水能力确定模块用于基于每个待灌溉区域的灌溉需求水量和灌溉供水站的供水能力判断初步规划供水方案是否可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求；

辅助供水规划模块，所述辅助供水规划模块与所述供水能力确定模块和供水需求确定模块电性连接，所述辅助供水规划模块用于在初步规划供水方案是不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求时，规划辅助供水方案。

基于每个灌溉供水站向待灌溉区域供水的供水综合耗费和管路架设耗费进行综合分析筛选出对待灌溉区域的最优化的灌溉供水站，进行规划初步规划供水方案，之后基于每个灌溉供水站的供水能力进行调整灌溉供水线路，进而实现对于灌溉供水站的灌溉供水的智能化规划，保证灌溉系统的整体的供水状态处于最佳状态。

参照图2所示，所述最优供水规划模块包括：

管路架设计算单元，所述管路架设计算单元用于基于待灌溉区域位置信息和现有灌溉供水站的位置信息确定灌溉供水管路架设长度，并基于供水管路架设长度计算管路架设耗费；

供水损耗计算单元，所述供水损耗计算单元用于基于每个灌溉供水站的基础供水成本结合灌溉供水管路架设长度，综合计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费；

总耗费计算单元，所述总耗费计算单元用于基于每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费和管路架设耗费，计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

筛选单元，所述筛选单元用于筛选出向待灌溉区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待灌溉区域的最优灌溉供水站，同时将该待灌溉区域记为该灌溉供水站的优先供水区域。

所述计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本具体包括：

通过综合计算公式计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

其中，所述综合计算公式具体为：

式中，M₁为管路架设耗费，L_g为灌溉供水管路架设长度，P为单位长度的供水管路架设费用，M₂为供水综合耗费，σ为单位长度的供水管路的供水耗能，K_w为待灌溉区域的灌溉需求水量，α为灌溉供水站的单位基础供水成本，M为灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本。

可以理解的是，对于灌溉供水管路架设长度越长，架设管路时的管路硬件成本越高，同时在进行供水时，水压需求越高，则供水成本越高，此外，不同灌溉供水站的取水成本不相同，基于此，本方案构建综合计算公式进行综合化计算灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本，供水成本越高，则供水时的耗费越大，通过筛选出向待灌溉区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待灌溉区域的最优灌溉供水站，在供水站供水能力满足要求的情况下，可保证供水耗费成本最低。

参照图3所示，所述供水需求确定模块包括：

历史数据采集单元，所述历史数据采集单元用于确定待灌溉区域的规划种植物，并获取每个待灌溉区域的种植规划种植物时的历史灌溉需求水量数据；

数据处理单元，所述数据处理单元用于基于格拉布斯准则，对待灌溉区域的历史灌溉需求水量数据进行异常值剔除，得到待灌溉区域的标准灌溉需求水量数据；

需求计算单元，所述需求计算单元用于基于所有标准灌溉需求水量数据求取待灌溉区域的灌溉需求水量X_需，其中，式中，/>为所有标准灌溉需求水量数据的平均值，s’为所有标准灌溉需求水量数据的标准差。

所述格拉布斯准则的计算公式为：

式中，x_i为待灌溉区域的第i个历史灌溉需求水量数据，为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的平均值，s为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的标准差，bpn为异常点临界值，异常点临界值通过查格拉布斯表获得；

若满足异常值判定公式，则x_i为异常值。

可以理解的是，在正常种植状态下，每个种植物的水量耗费在符合正态分布的区间内进行波动，当出现异常气候状态时，水量耗费出现异常的升高或降低，为降低异常值对于计算灌溉区域的灌溉需求水量的影响，通过格拉布斯准则将其中不符合正态分布的异常值进行剔除，进行求取待灌溉区域的灌溉需求水量，该灌溉需求水量可有效的反映灌溉需求水量在当前种植物状态下的水量需求最大值。

参照图4所示，所述供水能力确定模块具体包括：

供水需求计算单元，所述供水需求计算单元用于确定每个灌溉供水站的所有优先供水区域，并基于优先供水区域的灌溉需求水量进行求和，获得每个灌溉供水站的优先供水需求值；

供水能力获取单元，所述供水能力获取单元用于获取每个灌溉供水站的最大供水量；

比对判断单元，所述比对判断单元用于判断是否所有灌溉供水站的最大供水量是否大于灌溉供水站的优先供水需求值，若是，则判定初步规划供水方案可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求，若否，则判定初步规划供水方案不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求。

参照图5所示，所述辅助供水规划模块包括：

不足水站确定单元，所述不足水站确定单元用于确定所有灌溉供水站的最大供水量小于灌溉供水站的优先供水需求值的灌溉供水站，记为水量不足供水站；

补水区域确定单元，所述补水区域确定单元用于确定水量不足供水站中，供水成本最高的一个或多个优先供水区域，记为待补水区域，并基于水量不足供水站的水量缺口，确定每个待补水区域的缺口供水需求量；

冗余水站确定单元，所述冗余水站确定单元用于筛选出最大供水量大于灌溉供水站的优先供水需求值的若干水站，记为冗余水站，并计算冗余水站的最大供水量与其优先供水需求值的差值作为冗余水站的冗余水量；

辅助水站确定单元，所述辅助水站确定单元用于确定每个待补水区域的辅助供水水站。

所述确定每个待补水区域的辅助供水水站具体包括：

确定冗余水量大于待补水区域的缺口供水需求量的若干个冗余水站，记为初步筛选水站；

确定初步筛选水站中向待补水区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待补水区域的辅助供水水站。

本方案中，为保证管路架设时的难度，在进行筛选待补水区域的辅助供水水站时，采用唯一性准则，即确保冗余水量大于待补水区域的缺口供水需求量，进而可有效的筛选出待补水区域的最优化辅助供水水站，进而实现对于灌溉系统的最优化供水。

综上所述，本发明的优点在于：实现对于灌溉供水站的灌溉供水的智能化规划，保证灌溉系统的整体的供水状态处于最佳状态，进而降低灌溉系统的整体供水成本，减少供水成本消耗。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，包括：

位置信息获取模块，所述位置信息获取模块用于获取现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息；

最优供水规划模块，所述最优供水规划模块与所述位置信息获取模块电性链接，所述最优供水规划模块用于基于现有的若干个待灌溉区域位置信息和获取若干个现有灌溉供水站的位置信息，规划每个待灌溉区域的最优灌溉供水站，记为初步规划供水方案；

供水需求确定模块，所述供水需求确定模块用于确定每个待灌溉区域的灌溉需求水量；

供水能力确定模块，所述供水能力确定模块与所述最优供水规划模块和所述待灌溉区域电性连接，所述供水能力确定模块用于基于每个待灌溉区域的灌溉需求水量和灌溉供水站的供水能力判断初步规划供水方案是否可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求；

辅助供水规划模块，所述辅助供水规划模块与所述供水能力确定模块和供水需求确定模块电性连接，所述辅助供水规划模块用于在初步规划供水方案是不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求时，规划辅助供水方案。

2.根据权利要求1所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述最优供水规划模块包括：

管路架设计算单元，所述管路架设计算单元用于基于待灌溉区域位置信息和现有灌溉供水站的位置信息确定灌溉供水管路架设长度，并基于供水管路架设长度计算管路架设耗费；

供水损耗计算单元，所述供水损耗计算单元用于基于每个灌溉供水站的基础供水成本结合灌溉供水管路架设长度，综合计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费；

总耗费计算单元，所述总耗费计算单元用于基于每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水综合耗费和管路架设耗费，计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

筛选单元，所述筛选单元用于筛选出向待灌溉区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待灌溉区域的最优灌溉供水站，同时将该待灌溉区域记为该灌溉供水站的优先供水区域。

3.根据权利要求2所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本具体包括：

通过综合计算公式计算每个灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本；

其中，所述综合计算公式具体为：

式中，M₁为管路架设耗费，L_g为灌溉供水管路架设长度，P为单位长度的供水管路架设费用，M₂为供水综合耗费，σ为单位长度的供水管路的供水耗能，K_w为待灌溉区域的灌溉需求水量，α为灌溉供水站的单位基础供水成本，M为灌溉供水站向待灌溉区域的供水成本。

4.根据权利要求3所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述供水需求确定模块包括：

历史数据采集单元，所述历史数据采集单元用于确定待灌溉区域的规划种植物，并获取每个待灌溉区域的种植规划种植物时的历史灌溉需求水量数据；

数据处理单元，所述数据处理单元用于基于格拉布斯准则，对待灌溉区域的历史灌溉需求水量数据进行异常值剔除，得到待灌溉区域的标准灌溉需求水量数据；

需求计算单元，所述需求计算单元用于基于所有标准灌溉需求水量数据求取待灌溉区域的灌溉需求水量X_需，其中，式中，/>为所有标准灌溉需求水量数据的平均值，s’为所有标准灌溉需求水量数据的标准差。

5.根据权利要求4所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述格拉布斯准则的计算公式为：

式中，x_i为待灌溉区域的第i个历史灌溉需求水量数据，为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的平均值，s为待灌溉区域的所有历史灌溉需求水量数据的标准差，bpn为异常点临界值，异常点临界值通过查格拉布斯表获得；

若满足异常值判定公式，则x_i为异常值。

6.根据权利要求5所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述供水能力确定模块具体包括：

供水需求计算单元，所述供水需求计算单元用于确定每个灌溉供水站的所有优先供水区域，并基于优先供水区域的灌溉需求水量进行求和，获得每个灌溉供水站的优先供水需求值；

供水能力获取单元，所述供水能力获取单元用于获取每个灌溉供水站的最大供水量；

比对判断单元，所述比对判断单元用于判断是否所有灌溉供水站的最大供水量是否大于灌溉供水站的优先供水需求值，若是，则判定初步规划供水方案可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求，若否，则判定初步规划供水方案不可以满足所有待灌溉区域的灌溉需求。

7.根据权利要求6所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述辅助供水规划模块包括：

不足水站确定单元，所述不足水站确定单元用于确定所有灌溉供水站的最大供水量小于灌溉供水站的优先供水需求值的灌溉供水站，记为水量不足供水站；

补水区域确定单元，所述补水区域确定单元用于确定水量不足供水站中，供水成本最高的一个或多个优先供水区域，记为待补水区域，并基于水量不足供水站的水量缺口，确定每个待补水区域的缺口供水需求量；

冗余水站确定单元，所述冗余水站确定单元用于筛选出最大供水量大于灌溉供水站的优先供水需求值的若干水站，记为冗余水站，并计算冗余水站的最大供水量与其优先供水需求值的差值作为冗余水站的冗余水量；

辅助水站确定单元，所述辅助水站确定单元用于确定每个待补水区域的辅助供水水站。

8.根据权利要求7所述的一种智慧水利灌溉供水系统，其特征在于，所述确定每个待补水区域的辅助供水水站具体包括：

确定冗余水量大于待补水区域的缺口供水需求量的若干个冗余水站，记为初步筛选水站；

确定初步筛选水站中向待补水区域的供水成本最低的灌溉供水站，记为该待补水区域的辅助供水水站。