[发明专利]灌区闸门远程自动控制节水系统

说明书

技术领域

本发明属于灌区自动化管理技术领域，特别是涉及到一种灌区闸门远程自动控制节水系统。

背景技术

世界各国利用的农业节水措施可概括为工程节水、农艺节水、生物节水和管理节水等四大类。这些节水措施的应用大致分布在四个基本环节中：一是减少渠系管道输水过程中的水量蒸发和渗漏损失，提高灌溉水的输水效率；二是减少田间灌溉过程中水分的深层渗漏和地表流失，提高灌溉水的利用率，减少单位灌溉面积的用水量；三是蓄水保墒，减少农田土壤的水分蒸发损失，最大限度地利用天然降水和灌溉水资源；四是提高作物水分利用效率，减少作物的水分奢侈性蒸腾消耗，获得较高的作物产量和用水效益。

我国灌区节水较发达国家差距较大，灌区节水改造还多限于发达国家已经完成的第一步，即解决输水过程的渗漏等跑冒滴漏初级问题，在研究领域多限于解决信息管理系统建设和闸门控制技术应用，缺乏从整个灌区系统的角度研究节水技术并将其与闸门控制和信息化管理有机地融为一体。江苏省淮安市洪金灌区管理处的孙健发表的洪金灌区自动化控制系统的开发与运用虽然提出了检测和控制闸门，但并没有量水设施，无法实现控制和流量测量的准确性；武汉理工大学的吴竞发表的灌区闸门远程控制系统设计虽然建立了数据库，但无法对明渠和管道均进行自动控制；武汉理工大学计算机学院的刘树波、徐占国等发表的陡山灌区渠首闸门自动控制与实现提出了闸门的远程自动控制，但无法实现根据流量变化实时调控闸门。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决“渠道量水与闸门自动控制有机结合”“灌区各级闸门自动控制优化配水”“闸门远程自动控制故障诊断和模糊控制”等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种灌区闸门远程自动控制节水系统，全面解决目前灌区管理现代化、自动化水平低的问题，提高灌溉水利用率，既节约了宝贵的水资源，又为灌区的可持续发展起到了关键作用，有助于农业现代化程度的提高。

灌区闸门远程自动控制节水系统，其特征是：包括监控中心、闸门现地控制单元、渠系、闸门以及量水槽；

所述监控中心包括主控制器和显示单元，所述主控制器包括流量监测单元、故障分析单元、存储单元、报警器以及优化配水单元；

所述闸门现地控制单元包括可编程控制器、闸门启闭传动机构、水位传感器，所述水位传感器与可编程控制器通信连接，可编程控制器的信号输出端分别与闸门启闭传动机构和设置在监控中心内部的主控制器通信连接；所述闸门启闭传动机构与闸门连接；

所述渠系包括两条渠道或两条以上的渠道，且每条渠道的进水口均设置有闸门；渠道的内部均设置有量水槽，渠堤上均设置有水位测井；所述水位传感器设置在水位测井内。

所述闸门启闭传动机构为涡轮丝杠升降机。

所述量水槽为机翼形量水槽或机翼柱形量水槽。

所述可编程控制器内部设置有模糊算法器和模糊判决器。

所述优化配水单元为支持向量机的优化配水模型，采用神经网络算法，将原始数据均分为K组，其中K为自然数，将每个子集数据分别做一次验证集，其余的K-1组子集数据作为训练集，得到K个模型，取K个模型最终的验证集的分类准确率的平均数为分类器的性能指标，选取参数。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：灌区闸门远程自动控制节水系统，全面解决目前灌区管理现代化、自动化水平低的问题，提高灌溉水利用率，既节约了宝贵的水资源，又为灌区的可持续发展起到了关键作用，有助于农业现代化程度的提高。

利用动态神经网络建立的非线性动态模型可较好的反映闸门控制过程的水力特性及其机械特性；采用先进的控制策略设计的自适应模糊控制器，能够保证闸门控制系统的稳定性、可靠性及灵活性；采用故障自诊断专家系统，保证当系统各个环节出现的故障时自动急停、断电，并在上位机发出报警信号，解决闸门远程自动控制过程中可能出现的故障问题；采用模糊控制技术、Java和GPRS无线网络技术、量水技术、支持向量机优化配水建模技术进行多学科领域技术集成创新，有效地实现了灌区闸门节水高精度远程自控系统。

采用机翼柱形量水槽进行渠道流量水量监测，为闸门远程自动控制调节提供准确依据，从而保证节水系统具有很高的节水效益和控制精度，可为灌区的优化配水提供可靠的闸门开度调度方案，在保证量水精度的前提下降低量水设施的投资，实用性强，操作简单，适应性好。

监控中心可实时监视现地控制单元的闸门启闭传动机构动作状态，当闸门启闭传动机构发生故障时，可发出报警信号，并进行故障分析，有利于系统运行保持通畅。