【JD-SW3】【競道科技,雨量水位流速流量監(jiān)測設(shè)備,廠家直發(fā),質(zhì)量更有保障,價格可議】。
農(nóng)業(yè)灌溉場景中自動水位監(jiān)測與智能閘門聯(lián)動節(jié)水控制方案
在農(nóng)業(yè)灌溉中,傳統(tǒng)人工調(diào)控閘門常因響應(yīng)滯后導(dǎo)致水資源浪費(fèi)(如過度灌溉或供水不足)。通過自動水位監(jiān)測系統(tǒng)與智能閘門的深度聯(lián)動,可實現(xiàn)“按需供水"的精準(zhǔn)控制,節(jié)水率可達(dá)20%-30%。本文從數(shù)據(jù)感知、決策邏輯、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三方面解析技術(shù)實現(xiàn)路徑。
一、數(shù)據(jù)感知層:多參數(shù)融合監(jiān)測
水位實時采集
在渠道關(guān)鍵節(jié)點(如分水口、田間進(jìn)水口)部署超聲波/雷達(dá)水位計,精度±1mm,采樣頻率1次/分鐘,實時反映當(dāng)前水位;
結(jié)合壓力式水位計作為冗余備份,避免單一傳感器故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。
環(huán)境參數(shù)輔助
集成土壤濕度傳感器(如FDR型),監(jiān)測作物根系層含水率,判斷是否需要灌溉;
接入氣象站數(shù)據(jù)(降雨量、蒸發(fā)量),動態(tài)修正灌溉需求模型。
流量計量校準(zhǔn)
在閘門下游安裝電磁流量計或時差法超聲波流量計,實時計算實際過閘流量,與理論值對比以校驗閘門開度精度。
二、決策控制層:智能算法驅(qū)動聯(lián)動
閾值觸發(fā)控制
上限控制:當(dāng)渠道水位接近警戒值(如設(shè)計水位的90%)時,系統(tǒng)自動關(guān)閉閘門或減小開度,防止漫堤;
下限控制:水位低于灌溉需求下限(如田間持水量的60%)時,聯(lián)動開啟閘門至預(yù)設(shè)開度,維持最小生態(tài)流量。
模型預(yù)測控制
基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,輸入未來24小時天氣預(yù)報、作物生育期需水量,預(yù)測優(yōu)水位區(qū)間;
例如:在玉米抽雄期,模型預(yù)測需水量增加,提前1小時開大閘門至40%開度,避免臨時補(bǔ)水導(dǎo)致的水壓波動。
動態(tài)PID調(diào)節(jié)
對閘門執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用PID閉環(huán)控制,根據(jù)水位偏差(設(shè)定值-實際值)實時調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)開度精準(zhǔn)調(diào)節(jié)(誤差<1%);
加入抗積分飽和算法,防止閘門因長期偏差導(dǎo)致過度開閉。
三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)層:高可靠閘門控制
電動閘門改造
替換傳統(tǒng)手動閘門為電動螺桿式閘門,支持0-100%無級調(diào)節(jié),啟閉時間<30秒;
集成限位開關(guān)和扭矩傳感器,防止閘門卡阻或過載損壞。
雙鏈路通信保障
主鏈路采用4G/NB-IoT上傳數(shù)據(jù)至云端,接收控制指令;
備用鏈路通過LoRa本地組網(wǎng),在斷網(wǎng)時執(zhí)行預(yù)設(shè)灌溉策略(如“每天8:00開閘1小時")。
故障自恢復(fù)機(jī)制
當(dāng)水位傳感器異常時,系統(tǒng)自動切換至流量計推算水位;
閘門電機(jī)故障時,觸發(fā)聲光報警并推送至管理員手機(jī)APP,同時記錄故障代碼便于維修。
四、應(yīng)用成效與案例
某灌區(qū)試點:通過水位-閘門聯(lián)動,單季灌溉用水量減少28%,電費(fèi)支出降低15%;
作物產(chǎn)量提升:精準(zhǔn)供水使水稻分蘗率提高12%,玉米千粒重增加5g;
管理效率優(yōu)化:管理人員從每日巡渠4次減少至1次,人力成本下降60%。
五、擴(kuò)展功能建議
水權(quán)交易對接:將節(jié)水?dāng)?shù)據(jù)上傳至水權(quán)交易平臺,用戶可通過節(jié)水量獲得收益;
碳匯核算支持:統(tǒng)計節(jié)水減少的泵站能耗,折算為碳減排量參與碳交易;
無人機(jī)巡檢聯(lián)動:當(dāng)水位異常時,自動調(diào)度無人機(jī)查看閘門周邊是否有人為破壞或淤積。
通過“感知-決策-執(zhí)行"全鏈條智能化,自動水位監(jiān)測與智能閘門聯(lián)動可構(gòu)建節(jié)水型農(nóng)業(yè)灌溉體系,為鄉(xiāng)村振興提供可持續(xù)的水資源管理方案。
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