本發(fā)明涉及灌溉壓力調(diào)節(jié)方法，具體為一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中，如何精準控制水肥的分配以滿足作物生長需求，始終是關(guān)鍵技術(shù)問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，許多灌溉系統(tǒng)對主管道和分支管道的壓力、流速建模較為簡化，未能考慮到不同管道對流體的壓力和流速造成的影響，尤其忽略了管道彎折對流速和壓力分布的顯著影響，導致灌溉不均現(xiàn)象頻發(fā)。同時，對于噴頭處流量和土壤溫濕度的關(guān)系，傳統(tǒng)方法往往采用靜態(tài)或單一變量控制，缺乏對土壤溫濕度、實際壓力與噴頭閥門開合度之間動態(tài)關(guān)聯(lián)的建模能力，難以適應(yīng)復雜、多變的灌溉環(huán)境。此外，對于各灌溉區(qū)的實時數(shù)據(jù)采集與閥門的動態(tài)調(diào)整，多數(shù)系統(tǒng)未能形成完整的閉環(huán)控制，造成水資源浪費、灌溉效率低下的問題，尤其在多分支管網(wǎng)的大型灌溉系統(tǒng)中尤為突出。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的，公開號為cn105432431b公開了一種灌溉控制方法及裝置：將第一流量控制部件及第一壓力表設(shè)置于灌溉水源處后，對待灌溉作物進行灌溉；通過含水量檢測部件對待灌溉作物所處土壤中的含水量進行檢測，若所述含水量與預置含水量閾值不一致，則通過第一流量控制部件對流量進行調(diào)整，直至檢測結(jié)果為所述含水量與預置含水量閾值一致，并將對應(yīng)的流量作為當前最佳灌溉流量；通過第一壓力表獲取當前的系統(tǒng)壓力值作為最佳灌溉壓力，并保持最佳灌溉流量及最佳灌溉壓力對所述待灌溉作物進行灌溉，以保證待灌溉作物所處土壤中的水分條件處于最佳狀態(tài)。其雖然可以根據(jù)土壤中含水量逆向調(diào)節(jié)灌溉壓力，提高灌溉效率，但沒有考慮到不同管道之間的安裝高度、直徑、彎折等參數(shù)對內(nèi)部流體造成的影響，也沒有考慮到土壤溫度對水分蒸發(fā)造成的影響，因此導致其控制精度不夠，適用性較低。

3、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)方法及裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)方法，其特征在于，具體步驟包括：

4、s1：采集灌溉系統(tǒng)中主管道和分支管道的水利參數(shù)及管道參數(shù)，并基于伯努利方程分別構(gòu)建主管道和分支管道內(nèi)的壓力分布模型；

5、s2：分別基于主管道和分支管道的壓力分布模型生成對應(yīng)的壓力分布，得到主管道中的關(guān)鍵點以及分支管道上每個噴頭的實際壓力，并基于主管道中關(guān)鍵點的實際壓力來對水利參數(shù)進行調(diào)整；

6、s3：采集每個噴頭所對應(yīng)的灌溉區(qū)的土壤溫濕度，生成土壤溫濕度、實際壓力和噴頭的閥門開合度之間的關(guān)系模型，并基于理想的土壤溫濕度來對噴頭的閥門開合度進行調(diào)整。

7、優(yōu)選的，所述水利參數(shù)包括灌溉系統(tǒng)的總流量，主管道入口處的初始泵壓和初始流速，主管道與分支管道連接處、分支管道出口處的測量壓力和測量流速；

8、所述管道參數(shù)包括主管道和分支管道的管道長度、管道直徑、管道厚度、摩擦系數(shù)、彎折系數(shù)。

9、優(yōu)選的，構(gòu)建主管道和分支管道內(nèi)壓力分布模型的邏輯為：

10、將主管道入口的高度作為參考高度，基于伯努利方程分別構(gòu)建主管道和分支管道內(nèi)理想壓力、流速和高度差之間的關(guān)系模型，表示為：

11、；

12、；

13、其中表示主管道內(nèi)第??個關(guān)鍵點的理想壓力，表示分支管道內(nèi)第個噴頭處的理想壓力，下標表示關(guān)鍵點的索引，，為關(guān)鍵點數(shù)量，表示噴頭的索引，，為噴頭數(shù)量，表示灌溉系統(tǒng)中流體的密度，表示主管道內(nèi)第??個關(guān)鍵點的流速，表示分支管道內(nèi)第個噴頭處的流速，表示重力加速度，表示主管道內(nèi)第??個關(guān)鍵點與參考高度之間的高度差，表示分支管道內(nèi)第個噴頭處與參考高度之間的高度差，表示方程常數(shù)，其中方程常數(shù)的計算方式為：

14、；

15、其中、分別表示主管道入口處的初始泵壓和初始流速；

16、再計算主管道和分支管道內(nèi)的壓力損失，計算方法為：

17、；

18、；

19、式中、分別表示主管道和分支管道內(nèi)的壓力損失，、分別表示主管道和分支管道的摩擦系數(shù)，、分別表示主管道和分支管道的管道長度，、分別表示主管道和分支管道的管道直徑；

20、主管道和分支管道內(nèi)實際壓力表示為：

21、；

22、；

23、式中表示主管道內(nèi)第??個關(guān)鍵點的實際壓力，表示分支管道內(nèi)第個噴頭處的實際壓力。

24、優(yōu)選的，所述主管道中的關(guān)鍵點包括主管道的彎折點及主管道與分支管道的連接處，基于主管道中關(guān)鍵點的實際壓力來對水利參數(shù)進行調(diào)整的邏輯為：

25、分別計算主管道中每個關(guān)鍵點的實際壓力，將其中主管道與分支管道的連接處的實際壓力與水利參數(shù)中分支管道入口處的測量壓力進行比較，生成對應(yīng)的誤差系數(shù)，計算方式為：

26、；

27、式中、分別表示主管道與兩根分支管道的連接處的實際壓力，、分別表示主管道與兩根分支管道的連接處的測量壓力；

28、再利用誤差系數(shù)對關(guān)鍵點的實際壓力進行修正，修正后的實際壓力表示為：

29、；

30、通過調(diào)整主管道入口處的初始泵壓，使得每個關(guān)鍵點修正后的實際壓力都滿足，則認為調(diào)整完成，其中表示預設(shè)的最低壓力，表示主管道和分支管道的壓力閾值，表示波動系數(shù)，且。

31、優(yōu)選的，主管道和分支管道內(nèi)不同位置的流速計算方法分別為：

32、；

33、；

34、式中表示灌溉系統(tǒng)的總流量，、分別表示第??個關(guān)鍵點和第個噴頭處與管道中心的距離，表示管道的彎折系數(shù)，表示分支管道的管道厚度。

35、優(yōu)選的，生成噴頭所對應(yīng)灌溉區(qū)的土壤溫濕度、實際壓力和噴頭的閥門開合度之間的關(guān)系模型的邏輯為：

36、首先基于誤差系數(shù)對噴頭處的理想壓力進行修正，計算方式為：

37、；

38、再將噴頭處經(jīng)過修正后的理想壓力、噴頭的閥門開合度、土壤溫度作為自變量，土壤濕度作為因變量，構(gòu)建多元回歸模型作為土壤溫濕度、實際壓力和噴頭的閥門開合度之間的關(guān)系模型，模型表示為：

39、；

40、式中均表示模型參數(shù)，、分別表示第個噴頭所對應(yīng)的灌溉區(qū)的土壤濕度和土壤溫度，表示第個噴頭的閥門開合度。

41、優(yōu)選的，調(diào)整噴頭閥門開合度的邏輯為：

42、計算分支管道內(nèi)每個噴頭處的流速，再計算每個噴頭處的實際壓力；

43、將理想的土壤濕度、土壤溫度、實際壓力代入多元回歸模型；

44、對多元回歸模型求解，得到每個噴頭最佳的閥門開合度并進行調(diào)整。

45、一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)裝置，所述基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)裝置用于執(zhí)行上述的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的一拖二水肥灌溉壓力調(diào)節(jié)方法，具體包括：

46、水利傳感模塊，所述水利傳感模塊用于采集灌溉系統(tǒng)的總流量，主管道入口處的初始泵壓和初始流速，主管道與分支管道連接處、分支管道出口處的測量壓力和測量流速；

47、溫濕度傳感模塊，所述溫濕度傳感模塊包括若干組溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器和濕度傳感器設(shè)置在噴頭所對應(yīng)的灌溉區(qū)的中心位置，用于檢測灌溉區(qū)的土壤溫度和土壤濕度；

48、模型構(gòu)建模塊，所述模型構(gòu)建模塊用于分別構(gòu)建主管道和分支管道內(nèi)的壓力分布模型；

49、數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊用于生成土壤溫濕度、實際壓力和噴頭的閥門開合度之間的關(guān)系模型，并基于理想的土壤溫濕度來生成對噴頭閥門的控制指令；

50、閥門控制模塊，所述閥門控制模塊用于根據(jù)控制指令來對噴頭的閥門開合度進行調(diào)整。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

52、本發(fā)明通過差異化建模和動態(tài)調(diào)整策略，解決了現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)中壓力計算不準確、流速分布不均以及灌溉調(diào)控不精細的問題，起到提升灌溉系統(tǒng)的精準性和資源利用效率的效果。通過對主管道和分支管道分別采用層流和湍流模型，結(jié)合誤差修正機制，確保了管道內(nèi)壓力和流速計算的高精度；借助多元回歸模型，將土壤溫濕度、噴頭壓力與閥門開合度動態(tài)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了全域灌溉的均勻性和智能化調(diào)控；最后通過實時采集土壤參數(shù)和優(yōu)化噴頭流量分配，大幅減少了水肥浪費，確保土壤環(huán)境維持在理想狀態(tài)。相比傳統(tǒng)技術(shù)，本方案不僅提高了灌溉效率，還適用于不同土壤和作物環(huán)境，為大型農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)提供了智能、高效、節(jié)水的解決方案。