[发明专利]一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统，其特征在于包括以下步骤：1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组优化模型，并确定其约束条件；2)采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组优化模型进行求解，基于得到的解对轮灌组进行分组优化。本发明建立滴灌轮灌组优化数学模型和智能求解算法，解决了手工计算轮罐组耗时耗力，效率低下问题，具有较好的通用性，适用于多数滴灌轮灌组划分问题。因此，本发明可以广泛应用于滴灌领域。

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统，属于滴灌技术领域。

背景技术

膜下滴灌是在滴灌技术与覆膜种植技术的优点相结合的基础上，针对新疆规模化种植特点、组装集成的一种适于机械化大田栽培的现代化节水灌溉技术。滴灌轮灌方式水量相对集中，管理简便，是适用于集中连片规模化经营土地的灌溉工程模式，也是目前新疆膜下滴灌工程主要应用模式。截止2019年，全疆应用膜下滴灌规模已超过5000万亩(含兵团1500万亩)，占全国比重的60％左右。

滴灌轮灌组以一条支管控制面积的灌溉范围为基本灌水单元，一条或多条支管构成一个轮灌组(例如1-1,1-2,1-3,2-1,2-2，2-3中，“-”前数字代表分干管，“-”后数字代表支管号，整体构成一个轮灌组)，每个轮灌组运行时，该轮灌组内支管上所有毛管全部开启，一个轮灌组灌水完成后，开启下一个轮灌组内的支管，然后关闭前一个轮灌组内的支管。管理人员按照工程规划的轮灌组划分顺序开关阀完成区域地块灌溉，即形成一种滴灌轮灌分组工作制度。随着新疆兵团大农业经营体制改革，部分企业通过对团场农业种植用地和农户实行统一的经营管理，实现了团场土地种植标准化、管理统一化，这种标准化场景作物种植、经营关系相对稳定。这种模式下，一个农户往往需要控制几百上千亩大田灌溉任务，由于滴灌轮灌组设计存在不合理等问题，往往导致农户开关阀劳动强度大，开关阀路径设置不合理导致来回跑路，工作效率低等问题。

传统轮灌组设计主要依据《微灌工程技术标准》标准，通过前期获取水源、作物、气象以及当地灌溉等基本资料，按照水力计算公式及管网流量均衡的要求计算，通过人工推算调整的方法得到轮灌组划分，在小规模地块设计轮灌组问题不大，但是在大规模地块设计轮灌组时往往难以获得较好解。且人工经验调整方法效率低下，耗时耗力。同时，现有滴灌轮灌组主要按照流量、扬程均衡等角度划分，缺乏在实际应用场景中减少农户劳动强度问题的计算，缺乏开关阀路径规划问题的计算问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统，以解决当前轮灌组手工划分效率低，农户开关阀劳动强度大的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其包括以下步骤：

1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组数学优化模型，并确定其约束条件；

2)采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组数学模型进行求解，基于得到的解对轮灌组进行分组优化。

进一步，所述步骤1)中，建立多目标轮灌组数学优化模型，并确定其约束条件的方法，包括以下步骤：

1.1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组数学模型；

1.2)根据相关执行技术标准，确定多目标轮灌组数学模型的约束条件。

进一步，所述步骤1.1)中，建立的多目标轮灌组优化模型为：