【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于節(jié)水灌溉控制領(lǐng)域，具體涉及一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是鞏固和提高糧食生產(chǎn)能力，保障國家糧食安全的關(guān)鍵舉措，電力灌溉是目前高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉的一種主要用能形式，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)過程中，除了保證輸配電的同時，還需要滿足信息化管理的需求；
2、在水稻大規(guī)模種植地區(qū)，由于天氣、種植品種等原因，區(qū)域內(nèi)的灌溉時機基本相同，也就是會區(qū)域內(nèi)泵站同時開啟灌溉作業(yè)，這會對電網(wǎng)出現(xiàn)短期用能較高的問題。而且水稻生產(chǎn)主要是在夏季進行灌水作業(yè)，而這一時期也是工業(yè)生產(chǎn)和生活用用電的高峰期。因此，通過預(yù)測水稻生長的需水規(guī)律，在滿足水稻對水分需求的前提下進行區(qū)域泵站進行作業(yè)調(diào)度，實現(xiàn)區(qū)域能泵站群的作物-能源協(xié)同。可以解決高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田配套輸配電設(shè)施的穩(wěn)定運行；
3、另外，低壓電力線高速載波通信(簡稱hplc)作為一種電力線載波通信技術(shù)，由于其通過既有供電線路通信，無需通過有線或無線的數(shù)據(jù)通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸，被用于低壓臺區(qū)用電信息采集。而在建立高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田配套農(nóng)田輸配電設(shè)施建設(shè)過程中，通過引入hplc電力載波通信技術(shù)進行泵站、灌溉設(shè)備的精準(zhǔn)管控，既可以滿足電力灌排的需求，也實現(xiàn)了信息化管理。解決了用于信息化管理的數(shù)據(jù)通信問題。
4、公告號為cn107035672a的中國專利公開了一種實現(xiàn)節(jié)水和能源優(yōu)化灌溉的光伏水泵系統(tǒng)及其控制方法，光伏水泵系統(tǒng)包括逆變器、水泵、主微控制器、決策控制器、水位傳感器、土壤濕度傳感器和wi-fi發(fā)射器等，控制方法包括步驟：1)根據(jù)出水量和
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是上述現(xiàn)有技術(shù)中，通過無線進行數(shù)據(jù)傳輸，可能存在數(shù)據(jù)傳輸斷開的問題，并且決策控制器無法自行更新優(yōu)化。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：
3、一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，包括以下步驟：
4、s1：建立包括數(shù)據(jù)采集模塊、灌水量預(yù)測模塊、泵站能耗模塊和動態(tài)規(guī)劃模塊的農(nóng)田灌排決策模型；
5、s2：利用數(shù)據(jù)采集模塊對田間水位信息進行采集，并將數(shù)據(jù)通過低壓電力線高速載波通信傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器；
6、s3：數(shù)據(jù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦嗨款A(yù)測模塊，灌水量預(yù)測模塊結(jié)合作物不同生長階段的所需要的水位知識和田塊大小信息，對所需要的灌水量進行預(yù)測；
7、s4：根據(jù)水泵運行時長建立泵站能耗模塊，泵站能耗模塊將泵站能耗預(yù)測結(jié)構(gòu)導(dǎo)入動態(tài)規(guī)劃模塊；
8、農(nóng)田灌排決策模型根據(jù)需要開啟或關(guān)閉泵站，實現(xiàn)對田間水位以及泵機能耗的調(diào)節(jié)，根據(jù)作物需要對作物的灌溉與排水進行決策調(diào)動。
9、通過采用上述技術(shù)方案，準(zhǔn)確預(yù)測作物在不同生長階段的需水量，可以避免過度灌溉或灌溉不足，從而節(jié)約水資源，減少不必要的能源消耗，泵站能耗預(yù)測模塊可以幫助優(yōu)化泵站的運行時間，避免在電網(wǎng)負荷高峰時期大量啟動泵站，減輕對電網(wǎng)的壓力，同時降低運行成本，利用低壓電力線高速載波通信(hplc)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、可靠傳輸，無需額外鋪設(shè)通信線路，降低了系統(tǒng)建設(shè)成本，動態(tài)規(guī)劃模塊可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)自動調(diào)整灌溉計劃，實現(xiàn)灌溉與排水的智能決策，提高管理效率，減少因不合理灌溉造成的水土流失和土壤鹽漬化，保護生態(tài)環(huán)境，通過合理調(diào)度泵站作業(yè)，減少溫室氣體排放，有利于環(huán)境保護，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，增加農(nóng)民收入，通過優(yōu)化泵站的運行時間，減少大規(guī)模同時啟動泵站對電網(wǎng)造成的瞬時大負荷，有助于維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，實現(xiàn)農(nóng)田灌溉的自動化、信息化管理，提高農(nóng)田管理水平，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。
10、進一步地，在步驟s1和s2中：在作物區(qū)域設(shè)置n個水位傳感器，水位傳感器連接低壓電力線高速載波的通信節(jié)點，通信節(jié)點與低壓電力線高速載波的智能網(wǎng)關(guān)連接，智能網(wǎng)關(guān)將水位傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。
11、通過采用上述技術(shù)方案，水位傳感器可以實時監(jiān)測田間水位的變化，確保數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性，利用現(xiàn)有的電力線進行數(shù)據(jù)傳輸，無需額外鋪設(shè)通信線路，大大降低了安裝和維護成本，hplc技術(shù)在電力線上傳輸數(shù)據(jù)具有較強的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，水位傳感器、通信節(jié)點和智能網(wǎng)關(guān)之間的無縫集成，使得整個系統(tǒng)更加高效和協(xié)調(diào)，智能網(wǎng)關(guān)將所有傳感器數(shù)據(jù)匯總并傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)集中管理和數(shù)據(jù)分析，便于后續(xù)的決策制定。
12、進一步地，在步驟s3中，灌水量預(yù)測模型包括四個輸入變量，分別是田間水位信息、水稻生長階段信息、田塊面積和氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，田間水位信息為數(shù)據(jù)采集模塊采集到的田間水位傳感器的水位數(shù)據(jù)；
13、水稻生長階段信息為水稻不同生長階段包括播種、分蘗、抽穗和灌漿，不同生長階段根據(jù)需求調(diào)整水位目標(biāo)；
14、田塊面積為作業(yè)區(qū)域內(nèi)提前測量到的田塊面積；
15、根據(jù)氣象預(yù)報數(shù)據(jù)為未來3天內(nèi)的降雨量預(yù)報。
16、通過采用上述技術(shù)方案，實時監(jiān)測田間的水位變化，確保灌溉決策基于當(dāng)前的實際水情，避免過度或不足灌溉,水稻生長階段信息：不同生長階段的水稻對水的需求不同。例如，分蘗期需要較多的水分，而抽穗期則需要保持一定的水位。根據(jù)生長階段調(diào)整水位目標(biāo)，可以更精準(zhǔn)地滿足作物的需求,考慮田塊的具體面積，確保灌溉量的計算更加精確，避免因面積差異導(dǎo)致的灌溉不均勻,結(jié)合未來3天的降雨量預(yù)報，可以提前調(diào)整灌溉計劃，避免在即將降雨的情況下進行不必要的灌溉，節(jié)約水資源,通過精準(zhǔn)的灌水量預(yù)測，避免了過度灌溉導(dǎo)致的水資源浪費。
17、進一步地，灌水量預(yù)測模型的預(yù)測過程包括以下步驟，
18、步驟s31：
19、數(shù)據(jù)采集與整理：
20、通過田間水位傳感器獲取當(dāng)前水位數(shù)據(jù)；
21、根據(jù)種植記錄，確定水稻的生長階段及其對應(yīng)的理想水位范圍；
22、獲取氣象預(yù)報，得到未來3天內(nèi)的降雨量預(yù)期數(shù)據(jù)；
23、步驟s32：
24、水位需求計算：
25、灌水量需求公式：
26、需水量＝理想水位-當(dāng)前水位
27、步驟s33：
28、灌水量調(diào)整：
29、灌水量調(diào)整公式：
30、調(diào)整后的需水量＝需水量-降水量預(yù)測；
31、若降雨量大于需水量，則灌水量調(diào)整為負值。
32、通過采用上述技術(shù)方案，精準(zhǔn)計算和調(diào)整灌水量，避免了過度灌溉導(dǎo)致的水資源浪費,確保每個生長階段的水稻都能獲得適量的水分，提高作物的生長質(zhì)量和產(chǎn)量，結(jié)合氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，合理安排灌溉時間，避免在降雨前進行不必要的灌溉，減少水資源的浪費，降低灌溉成本,根據(jù)水稻本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟S1和S2中：在作物區(qū)域設(shè)置N個水位傳感器，水位傳感器連接低壓電力線高速載波的通信節(jié)點，通信節(jié)點與低壓電力線高速載波的智能網(wǎng)關(guān)連接，智能網(wǎng)關(guān)將水位傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟S3中，灌水量預(yù)測模型包括四個輸入變量，分別是田間水位信息、水稻生長階段信息、田塊面積和氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，田間水位信息為數(shù)據(jù)采集模塊采集到的田間水位傳感器的水位數(shù)據(jù)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，灌水量預(yù)測模型的預(yù)測過程包括以下步驟，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟S4中，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟S4中動態(tài)規(guī)劃模塊在進行決策時包
7.一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1-6任一項所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，所述作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控系統(tǒng)包括智能網(wǎng)關(guān)、通信節(jié)點和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，三者之間均通過低壓電力線高速載波通信通信模式進行數(shù)據(jù)傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控系統(tǒng)，其特征在于，所述通信節(jié)點包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點，采集節(jié)點與田間水位傳感器連接實現(xiàn)田間水位信息的采集，并通過低壓電力線高速載波通信通信方式傳輸至所述智能網(wǎng)關(guān)，所述通信智能網(wǎng)關(guān)將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)服務(wù)器，根據(jù)所述作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌溉的調(diào)度方法實現(xiàn)灌溉決策，并將決策結(jié)果傳輸至所述智能網(wǎng)關(guān)，所述智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)所獲取的決策結(jié)果通過所述控制節(jié)點實現(xiàn)對泵站、閘門和電磁閥的精準(zhǔn)控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控系統(tǒng)，其特征在于，所述作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控系統(tǒng)具有灌溉和排水兩種工作模式，在作物灌水階段執(zhí)行灌溉工作模式，在非灌溉期間執(zhí)行排水工作模式，所述智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)采集的田間水位信息和設(shè)定的排水水位高度，控制田間電磁閥和閘門，實現(xiàn)田間灌排作業(yè)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟s1和s2中：在作物區(qū)域設(shè)置n個水位傳感器，水位傳感器連接低壓電力線高速載波的通信節(jié)點，通信節(jié)點與低壓電力線高速載波的智能網(wǎng)關(guān)連接，智能網(wǎng)關(guān)將水位傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟s3中，灌水量預(yù)測模型包括四個輸入變量，分別是田間水位信息、水稻生長階段信息、田塊面積和氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，田間水位信息為數(shù)據(jù)采集模塊采集到的田間水位傳感器的水位數(shù)據(jù)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，灌水量預(yù)測模型的預(yù)測過程包括以下步驟，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟s4中，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田灌排智慧管控方法，其特征在于，在步驟s4中動態(tài)規(guī)劃模塊在進行決策時包括以下步驟，
7.一種作物-能源協(xié)同的高標(biāo)準(zhǔn)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王萬勇，燕鑫煒，王紀(jì)章，袁萌，華淼杰，葉晨暉，李亞楠，徐衛(wèi)華，許耀，孫愛兵，黃瑋，包魯峰，劉振揚，付益輝，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州供電分公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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