本發(fā)明涉及智能化灌溉技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，智能化灌溉技術(shù)越來(lái)越受到重視。一方面，智能化灌溉技術(shù)能夠?qū)ψ魑飳?shí)現(xiàn)按需自動(dòng)灌溉，從而能夠大大減少人工的投入；另一方面，智能化灌溉技術(shù)能夠有效提高水的利用率，從而達(dá)到節(jié)水的目的。

理想化的智能灌溉是如專利文獻(xiàn)cn102037888a所公開的那樣通過采集土壤的濕度等信息，然后根據(jù)這些信息判斷是否需要對(duì)作物進(jìn)行灌溉，如果需要對(duì)作物進(jìn)行灌溉則開啟相應(yīng)的控制閥對(duì)相應(yīng)的作物進(jìn)行灌溉。但現(xiàn)實(shí)的情形卻無(wú)法理想化。

目前，國(guó)內(nèi)絕大部分農(nóng)田通過水渠輸水方式進(jìn)行灌溉。在同一灌溉水源的農(nóng)田灌溉區(qū)域內(nèi)，各種水渠組成樹狀網(wǎng)絡(luò)。首先是從作為灌溉水源的水庫(kù)或湖泊連接出來(lái)的主渠道，然后主渠道連接支渠道，支渠道再連接支渠道，最后支渠道連接農(nóng)田的小水渠。主渠道、支渠道、小水渠的上游端設(shè)置有水閘。這些主渠道、支渠道和小水渠基本上屬于明渠。這種基于明渠的灌溉系統(tǒng)需要解決以下問題：1、各種水渠通常很長(zhǎng)，本身具有蓄水功能，每次開閘放水需要考慮到水渠底水的水量，水閘處的流量與真正用于灌溉的水量之間不一致；2、水渠流水依賴于自然落差，無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，當(dāng)上游和下游水位齊平時(shí)，水流不動(dòng)，因此流速流量難以掌控；3、上游渠道與下游渠道之間的自然落差較小，需要利用渠道水閘開關(guān)在渠道內(nèi)蓄水構(gòu)建上下游的水位落差；4、灌溉面積很大，涉及幾百至幾千平方公里的灌溉面積，采用遍布傳感器采集土壤濕度的方案成本過高；5、由于灌溉面積大，考慮到不同地方土壤性質(zhì)的不同、作物性質(zhì)的不同所需要的水量也不同；6、由于灌溉面積大，甚至不同的灌溉點(diǎn)有著不同的降水；7、支渠道所覆蓋的灌溉面積不同，每個(gè)支渠道的水閘并不能同等對(duì)待。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是背景技術(shù)的明渠灌溉系統(tǒng)中所出現(xiàn)的各種問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及主機(jī)、主渠道上游設(shè)置的水閘、支渠道上游設(shè)置的水閘、農(nóng)田渠道上游設(shè)置的水閘、安裝在所述主渠道和支渠道上的水位計(jì)以及位于農(nóng)田側(cè)的需水采集終端；所述水閘、水位計(jì)和需水采集終端連接所述主機(jī)；所述水位計(jì)用于采集主渠道或支渠道的水位，并發(fā)送至所述主機(jī)；所述需水采集終端用于收集農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)發(fā)送至所述主機(jī)；該系統(tǒng)包括以下模塊：配置管理模塊、指數(shù)采集模塊、指數(shù)分析模塊、水位采集模塊、水位分析模塊、以及渠道注水放水調(diào)控模塊；

所述配置管理模塊用于配置和設(shè)定樹狀灌溉供水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；所述樹狀灌溉供水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包括于：主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系、主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系、農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)；

所述指數(shù)采集模塊用于從所述需水采集終端收集各個(gè)農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)；

所述指數(shù)分析模塊用于根據(jù)所述指數(shù)采集模塊所采集的農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)，結(jié)合所述農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出相應(yīng)的農(nóng)田側(cè)需水量，并將該需水量對(duì)應(yīng)至相應(yīng)的農(nóng)田渠道中作為相應(yīng)的農(nóng)田渠道的需水量，然后根據(jù)所述的主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系，對(duì)需水量逐級(jí)向上匯總得出各個(gè)主渠道、支渠道的需水量；

所述水位采集模塊用于通過水位計(jì)實(shí)時(shí)采集各個(gè)主渠道和支渠道的水位；

所述水位分析模塊用于根據(jù)所述水位采集模塊采集的水位，結(jié)合所述的主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出各個(gè)主渠道和支渠道的當(dāng)前儲(chǔ)水量；

所述渠道注水放水調(diào)控模塊用于以廣度優(yōu)先的方式自上而下遍歷各個(gè)的主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)和水閘狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制，直到對(duì)所有的農(nóng)田渠道的放水量滿足其對(duì)應(yīng)的農(nóng)田側(cè)的需水量的要求。

進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)，所述渠道注水放水調(diào)控模塊包括：初始狀態(tài)校驗(yàn)?zāi)K、定時(shí)器和渠道狀態(tài)分析模塊；

所述初始狀態(tài)校驗(yàn)?zāi)K用于確定被執(zhí)行的灌溉所涉及的渠道的水閘都處于正常工作狀態(tài)，并且將所有渠道的水閘關(guān)閉，然后將需水量大于零的主渠道和分支渠道設(shè)定為待注水狀態(tài)，同時(shí)將需水量為零的主渠道和分支渠道設(shè)定為空閑狀態(tài)；

所述定時(shí)器用于按一定的時(shí)間間隔驅(qū)動(dòng)所述渠道狀態(tài)分析模塊執(zhí)行；

所述渠道狀態(tài)分析模塊首先分析各渠道的剩余需水量是否為零，當(dāng)所有的主渠道、支渠道和農(nóng)田渠道的剩余需水量為零時(shí)，則停止定時(shí)器并停止對(duì)注放水執(zhí)行模塊的執(zhí)行命令發(fā)送操作，否則遍歷各個(gè)主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制。

進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)，所述注水和放水控制包括注水控制和放水控制；

所述注水控制是對(duì)主渠道的注水控制，將該主渠道標(biāo)記為注水狀態(tài)，開啟該主渠道的水閘對(duì)該主渠道進(jìn)行注水；注水時(shí)，實(shí)時(shí)通過水位計(jì)采集該主渠道的水位并根據(jù)該主渠道的儲(chǔ)水量與水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及前后水位差估算當(dāng)前注水的水量；當(dāng)該主渠道的水位達(dá)到設(shè)定的上限或者該主渠道的儲(chǔ)水量達(dá)到該主渠道的剩余需水量或者當(dāng)該主渠道的水閘開啟時(shí)間超過上限時(shí)，關(guān)閉該主渠道的水閘，將該主渠道標(biāo)記為待放水狀態(tài)；

所述放水控制計(jì)算該渠道所有下游渠道中待注水狀態(tài)的農(nóng)田渠道的總需水量，然后將該總需水量與該渠道的處于待注水狀態(tài)的下游支渠道的需水量逐個(gè)進(jìn)行對(duì)比；如果該總需水量大于各個(gè)下游支渠道的需水量時(shí)，對(duì)該渠道進(jìn)行農(nóng)田渠道的放水控制，否則對(duì)該渠道進(jìn)行下游支渠道的放水控制。

進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)，所述放水控制為：將該渠道標(biāo)記為放水狀態(tài)，同時(shí)開啟所有處于待注水狀態(tài)的下游農(nóng)田渠道的水閘，對(duì)相應(yīng)的農(nóng)田渠道進(jìn)行放水；放水時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的該渠道的水位，計(jì)算出當(dāng)前放水量，然后根據(jù)所述主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)，計(jì)算出該渠道下游各個(gè)農(nóng)田渠道當(dāng)前的放水量；當(dāng)農(nóng)田渠道的放水量達(dá)到該農(nóng)田渠道的需水量時(shí)，關(guān)閉該農(nóng)田渠道的水閘；當(dāng)該渠道的水位達(dá)到底線以下時(shí)，關(guān)閉該渠道所有下游農(nóng)田渠道的水閘，并計(jì)算下游各個(gè)農(nóng)田渠道的剩余需水量和該渠道的剩余需水量；當(dāng)下游農(nóng)田渠道的剩余需水量為零時(shí)標(biāo)記該下游農(nóng)田渠道的狀態(tài)為空閑狀態(tài)；當(dāng)該渠道的剩余需水量大于零時(shí)，標(biāo)記該渠道為待注水狀態(tài)，否則標(biāo)記該渠道為空閑狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的一種基于明渠的灌溉控制方法，該方法涉及主機(jī)、主渠道上游設(shè)置的水閘、支渠道上游設(shè)置的水閘、農(nóng)田渠道上游設(shè)置的水閘、安裝在所述主渠道和支渠道上的水位計(jì)以及位于農(nóng)田側(cè)的需水采集終端；所述水閘、水位計(jì)和需水采集終端連接所述主機(jī)；所述水位計(jì)用于采集主渠道或支渠道的水位，并發(fā)送至所述主機(jī)；所述需水采集終端用于收集農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)發(fā)送至所述主機(jī)；所述方法包括如下步驟：

s1：獲取主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系、主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系、農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)，并初始關(guān)閉所有水閘；

s2：通過所述需水采集終端采集農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)，結(jié)合所采集的農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)和農(nóng)田側(cè)的需水量和需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到農(nóng)田側(cè)的需水量，然后根據(jù)主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游的關(guān)系，對(duì)農(nóng)田側(cè)的需水量逐級(jí)向上匯總得到計(jì)算出各個(gè)主渠道、支渠道和農(nóng)田渠道的需水量；

s3：通過水位計(jì)實(shí)時(shí)采集各個(gè)主渠道和支渠道的水位，結(jié)合相應(yīng)的主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出各個(gè)主渠道和支渠道的當(dāng)前儲(chǔ)水量；

s4：以廣度優(yōu)先的方式自上而下遍歷各個(gè)主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制，直到所有的農(nóng)田渠道的放水量滿足其對(duì)應(yīng)的農(nóng)田側(cè)的需水量的要求。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

1、本發(fā)明采用分步控制方法，保證整個(gè)渠道灌溉系統(tǒng)的安全；

2、本發(fā)明通過水位計(jì)計(jì)算蓄水量的方式避開了明渠流速流量難以掌控的問題。

3、本發(fā)明的分步控制可以控制多個(gè)不相關(guān)的渠道同時(shí)進(jìn)行開閘和合閘動(dòng)作，從而提高了灌溉過程效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中灌溉控制軟件的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中渠道注水放水調(diào)控模塊的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)涉及主機(jī)101、水閘102、需水采集終端103以及水位計(jì)。該系統(tǒng)安裝在主機(jī)101上，用于對(duì)基于明渠的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)智能化灌溉控制。

圖1中，901是作為灌溉水源的水庫(kù)，902是主渠道，903是支渠道，904是農(nóng)田渠道。其中，主渠道902的上游連接水庫(kù)901，也就是說(shuō)主渠道902沒有上游渠道。支渠道903為從主渠道902或另一支渠道903上接出的渠道，也就是說(shuō)，支渠道903的上游渠道可能是主渠道902，也可能是另一支渠道903。農(nóng)田渠道904是從主渠道902或支渠道903接出并連接農(nóng)田的渠道，也就是說(shuō)農(nóng)田渠道904的上游渠道可能是主渠道902，也可能是支渠道903。主渠道902、支渠道903和農(nóng)田渠道904構(gòu)成樹狀的且具有上下游關(guān)系的灌溉供水網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)。通常，主渠道902與其上游的水庫(kù)901之間具有較大的高度落差，農(nóng)田渠道904與其上游的主渠道902或支渠道903之間具有較大的高度落差，而主渠道902與其下游的支渠道903，或者支渠道903與其下游的支渠道903之間的高度落差不是很大，相應(yīng)地，主渠道902和支渠道903其自身的上游和下游的高度落差也不是很大。需要指出的是，圖1中的主渠道902只有一條，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，實(shí)際應(yīng)用中，主渠道902可能有多條。

水閘102位于各種渠道的上游，比如位于主渠道902的上游或位于支渠道903的上游或位于農(nóng)田渠道904的上游，用于向本渠道注水。開啟本渠道上游的水閘102是向本渠道注水，對(duì)于其上游渠道來(lái)說(shuō)是放水。農(nóng)田灌溉系統(tǒng)上的各種水閘102通常設(shè)于水閘房?jī)?nèi)。主機(jī)101設(shè)于控制中心的機(jī)房?jī)?nèi)。水閘102通過有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入主機(jī)101，并受主機(jī)101的控制。具體來(lái)說(shuō)，水閘102的開關(guān)狀態(tài)上傳至主機(jī)101，主機(jī)101能夠向水閘102下發(fā)水閘開關(guān)的控制指令控制水閘102執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。

需水采集終端103通常是移動(dòng)終端，比如智能手機(jī)或掌上電腦，位于農(nóng)田側(cè)，用于向主機(jī)101上傳其對(duì)應(yīng)農(nóng)田的需水指數(shù)。農(nóng)田巡檢員對(duì)農(nóng)田巡檢后分析農(nóng)田是否缺水，然后操作需水采集終端103通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向主機(jī)101上傳需水指數(shù)。需水指數(shù)分無(wú)需灌溉、例行灌溉、嚴(yán)重缺水以及極度缺水四級(jí)。默認(rèn)情形是無(wú)需灌溉。需水采集終端103也可以是位于農(nóng)田側(cè)的控制終端。該控制終端安裝在水閘房?jī)?nèi)，該水閘房也就是用于安裝農(nóng)田渠道904上游水閘的水閘房。該控制終端至少設(shè)有三個(gè)按鍵，分別代表例行灌溉、嚴(yán)重缺水以及極度缺水三級(jí)需水指數(shù)。當(dāng)按下該控制終端的按鍵后，該控制終端將該按鍵對(duì)應(yīng)的需水指數(shù)通過水閘房?jī)?nèi)水閘102與主機(jī)101的連接網(wǎng)絡(luò)向主機(jī)101上傳。

水位計(jì)安裝主渠道902和支渠道903內(nèi)，水位計(jì)通過有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入主機(jī)101。水位計(jì)用于采集其所安裝的主渠道902或支渠道903當(dāng)前的水位，并將相應(yīng)的水位數(shù)據(jù)上傳至主機(jī)101。

主機(jī)101上安裝有灌溉控制軟件。主機(jī)101通過運(yùn)行該灌溉控制軟件執(zhí)行本發(fā)明所指的一種基于明渠的灌溉控制方法實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉控制。主機(jī)101所安裝的灌溉控制軟件所實(shí)現(xiàn)的功能也就是本方面所指的一種基于明渠的灌溉控制系統(tǒng)。本實(shí)施例中，該灌溉控制系統(tǒng)如圖2所示，包括配置管理模塊221、指數(shù)采集模塊211、指數(shù)分析模塊212、水位采集模塊231、水位分析模塊232、水閘控制模塊241、以及渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202、渠道注水放水調(diào)控模塊201。

配置管理模塊221是ui模塊，用于配置和設(shè)定樹狀灌溉供水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。樹狀灌溉供水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包括但不限于：主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系、主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系、農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)。配置管理模塊221所配置和設(shè)定的數(shù)據(jù)被傳遞并保存于渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中。配置管理模塊221對(duì)應(yīng)前述的基于明渠的灌溉控制方法中的步驟s1，也即，獲取主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系、主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系、農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)。

指數(shù)采集模塊211用于從需水采集終端103收集各個(gè)農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)。指數(shù)采集模塊211包含了網(wǎng)絡(luò)連接模塊，通過指數(shù)采集模塊211與需水采集終端103所建立的網(wǎng)絡(luò)連接獲取需水采集終端103上傳的需水指數(shù)。指數(shù)分析模塊212用于根據(jù)指數(shù)采集模塊211所采集的農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)，結(jié)合渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中的農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出相應(yīng)的農(nóng)田側(cè)需水量，并將該需水量對(duì)應(yīng)至相應(yīng)的農(nóng)田渠道中作為相應(yīng)的農(nóng)田渠道的需水量，然后根據(jù)渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中的主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游關(guān)系，對(duì)需水量逐級(jí)向上匯總得出各個(gè)主渠道、支渠道的需水量。指數(shù)分析模塊212得到的主渠道、支渠道和農(nóng)田渠道的需水量被傳遞至并保存于渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中。指數(shù)采集模塊211和指數(shù)分析模塊212所實(shí)現(xiàn)的功能也就是前述的基于明渠的灌溉控制方法中的步驟s2，也即，通過所述需水采集終端采集農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)，結(jié)合所采集的農(nóng)田側(cè)的需水指數(shù)和農(nóng)田側(cè)的需水量和需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到農(nóng)田側(cè)的需水量，然后根據(jù)主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道的上下游的關(guān)系，對(duì)農(nóng)田側(cè)的需水量逐級(jí)向上匯總得到計(jì)算出各個(gè)主渠道、支渠道和農(nóng)田渠道的需水量。需要指出的是，需水采集終端103所對(duì)應(yīng)的農(nóng)田側(cè)需水指數(shù)與其相應(yīng)的農(nóng)田渠道一一對(duì)應(yīng)。

水位采集模塊231用于通過水位計(jì)實(shí)時(shí)采集各個(gè)主渠道和支渠道的水位。水位采集模塊231包含了網(wǎng)絡(luò)連接模塊，通過水位采集模塊231與水位計(jì)所建立的網(wǎng)絡(luò)連接獲取水位計(jì)上傳的水位。由于需要實(shí)時(shí)采集水位，因此水位采集模塊231需要與各個(gè)水位計(jì)建立長(zhǎng)連接，并維護(hù)該連接。而且由于每個(gè)主渠道或支渠道中的水位計(jì)有多個(gè)，水位采集模塊231需要對(duì)每個(gè)主渠道或支渠道中的多個(gè)水位計(jì)進(jìn)行匯總，得到相應(yīng)渠道的水位。水位分析模塊232用于：根據(jù)水位采集模塊231采集的水位，結(jié)合渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中相應(yīng)的主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出各個(gè)主渠道和支渠道的當(dāng)前儲(chǔ)水量。水位分析模塊232得到的各個(gè)主渠道和支渠道的當(dāng)前儲(chǔ)水量以及當(dāng)前水位被傳遞至并保存于渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中。水位采集模塊231和水位分析模塊232所實(shí)現(xiàn)的功能也就是前述的基于明渠的灌溉控制方法中的步驟s3，也就是，通過水位計(jì)實(shí)時(shí)采集各個(gè)主渠道和支渠道的水位，結(jié)合相應(yīng)的主渠道和支渠道的儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出各個(gè)主渠道和支渠道的當(dāng)前儲(chǔ)水量。

水閘控制模塊241用于將渠道注水放水調(diào)控模塊201對(duì)各渠道的水閘控制指令通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至各個(gè)水閘中執(zhí)行開啟水閘和關(guān)閉水閘的指令，并通過網(wǎng)絡(luò)收集各個(gè)水閘的開啟和關(guān)閉的狀態(tài)。

渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202維護(hù)和保存了一個(gè)由渠道節(jié)點(diǎn)所組成的樹形結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。渠道節(jié)點(diǎn)保存了渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)。渠道數(shù)據(jù)和狀態(tài)管理模塊202中的各種數(shù)據(jù)用于渠道注水放水調(diào)控模塊201的分析。本實(shí)施例中，渠道節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

struct渠道節(jié)點(diǎn)

渠道標(biāo)識(shí)；

渠道類型::={主渠道、支渠道、農(nóng)田渠道}；

上游渠道標(biāo)識(shí)；

下游渠道標(biāo)識(shí)列表；

注水前的水位；

注水前的儲(chǔ)水量；

當(dāng)前水位；

當(dāng)前儲(chǔ)水量；

水位上限、水位下限；

與上游渠道的落差；

儲(chǔ)水量與水位對(duì)應(yīng)關(guān)系表；

農(nóng)田側(cè)需水量與需水指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；（當(dāng)渠道類型為農(nóng)田渠道時(shí)有效）

對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)；（當(dāng)渠道類型為農(nóng)田渠道時(shí)有效）

剩余需水量；

水閘標(biāo)識(shí)；

開閘時(shí)間；

注水最小時(shí)間間隔；

放水目標(biāo)下游渠道；

渠道狀態(tài)::={空閑、待注水、水閘開啟中、注水中、水閘關(guān)閉中、待放水、放水中}；（當(dāng)渠道類型為主渠道或支渠道時(shí)有效）

endstruct

渠道注水放水調(diào)控模塊201用于遍歷各個(gè)的主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制，直到對(duì)所有的農(nóng)田渠道的放水量滿足其對(duì)應(yīng)的農(nóng)田側(cè)的需水量的要求。渠道注水放水調(diào)控模塊201所實(shí)現(xiàn)的功能是前述的基于明渠的灌溉控制方法中的步驟s4，也就是，遍歷各個(gè)主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制，直到對(duì)所有的農(nóng)田渠道的放水量滿足其對(duì)應(yīng)的農(nóng)田側(cè)的需水量的要求。由于渠道上游下游的關(guān)系，下游渠道的注水也就是上游渠道的放水。本實(shí)施例中，由于遍歷過程是由主渠道至支渠道自上而下遍歷，因此，渠道注水放水調(diào)控模塊只需要實(shí)現(xiàn)主渠道的注水和放水控制和支渠道的放水控制，而支渠道的注水控制由其上游渠道放水控制實(shí)現(xiàn)。又由于主渠道的放水控制過程與支渠道的放水控制過程相同，因此，本實(shí)施例中，渠道注水放水調(diào)控模塊的功能劃分成注水控制和放水控制。注水控制是對(duì)主渠道的注水控制，而放水控制則是對(duì)主渠道或支渠道的放水控制。也就是，對(duì)主渠道來(lái)說(shuō)，當(dāng)主渠道的狀態(tài)為待注水時(shí)，執(zhí)行對(duì)該主渠道的注水控制；當(dāng)主渠道的狀態(tài)為待放水狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行對(duì)該主渠道的放水控制。而對(duì)支渠道來(lái)說(shuō)，當(dāng)支渠道的狀態(tài)為待放水狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行對(duì)該分渠道的放水控制，否則等待其上游渠道的放水控制將該其狀態(tài)修改成待放水狀態(tài)。這里涉及兩個(gè)控制原則：所有支渠道的水閘由其上游渠道的放水控制作出；所有支渠道的狀態(tài)從待注水狀態(tài)變遷待放水狀態(tài)的過程由其上游渠道的放水控制作出，而從待放水狀態(tài)變遷至待注水狀態(tài)的過程由其自身渠道的放水控制作出。

注水控制，是對(duì)主渠道的注水控制，主要過程如下：將該主渠道標(biāo)記為注水狀態(tài)，開啟該主渠道的水閘對(duì)該主渠道進(jìn)行注水；注水時(shí)，實(shí)時(shí)通過水位計(jì)采集該主渠道的水位并根據(jù)該主渠道的儲(chǔ)水量與水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及前后水位差估計(jì)當(dāng)前注水的水量；當(dāng)該主渠道的水位達(dá)到設(shè)定的上限或者該主渠道的儲(chǔ)水量達(dá)到該主渠道的剩余需水量或者當(dāng)該主渠道的水閘開啟時(shí)間超過上限時(shí)，關(guān)閉該主渠道的水閘，將該主渠道標(biāo)記為待放水狀態(tài)。

放水控制，是對(duì)主渠道或支渠道的放水控制，主要過程如下：

計(jì)算該渠道所有下游渠道為待注水狀態(tài)的農(nóng)田渠道的總需水量，然后將該總需水量與該渠道的處于待注水狀態(tài)的下游支渠道的需水量逐個(gè)進(jìn)行對(duì)比；如果該總需水量大于各個(gè)下游支渠道的需水量時(shí)，對(duì)該渠道進(jìn)行農(nóng)田渠道的放水控制，否則對(duì)該渠道進(jìn)行下游支渠道的放水控制。也就是放水控制分為農(nóng)田渠道的放水控制和下游支渠道的放水控制。

對(duì)渠道進(jìn)行農(nóng)田渠道的放水控制如下：

將該渠道標(biāo)記為放水狀態(tài)，同時(shí)開啟所有處于待注水狀態(tài)的下游農(nóng)田渠道的水閘，對(duì)相應(yīng)的農(nóng)田渠道進(jìn)行放水；放水時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的該渠道的水位，計(jì)算出當(dāng)前放水量，然后根據(jù)所述主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)，計(jì)算出該渠道下游各個(gè)農(nóng)田渠道當(dāng)前的放水量；當(dāng)農(nóng)田渠道的放水量達(dá)到該農(nóng)田渠道的需水量時(shí)，關(guān)閉該農(nóng)田渠道的水閘；當(dāng)該渠道的水位達(dá)到底線以下時(shí)，關(guān)閉所有該渠道所有下游農(nóng)田渠道的水閘，并計(jì)算下游各個(gè)農(nóng)田渠道的剩余需水量和該渠道的剩余需水量；當(dāng)下游農(nóng)田渠道的剩余需水量為零時(shí)標(biāo)記該下游農(nóng)田渠道的狀態(tài)為空閑狀態(tài)；當(dāng)該渠道的剩余需水量大于零時(shí)，標(biāo)記該渠道為待注水狀態(tài)，否則標(biāo)記該渠道為空閑狀態(tài)。

對(duì)渠道進(jìn)行下游支渠道的放水控制如下：

選擇該渠道的處于待注水狀態(tài)的需水量最大的下游支渠道作為目標(biāo)支渠道；設(shè)置該渠道的狀態(tài)為放水狀態(tài)，并設(shè)置目標(biāo)支渠道的狀態(tài)為注水狀態(tài)，同時(shí)打開目標(biāo)支渠道的水閘對(duì)目標(biāo)支渠道進(jìn)行放水；放水時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的該渠道和目標(biāo)支渠道的水位，計(jì)算出目標(biāo)支渠道的注水量；當(dāng)目標(biāo)支渠道的放水量達(dá)到目標(biāo)支渠道的需水量時(shí)或者目標(biāo)支渠道的水位達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)或者目標(biāo)支渠道的水閘打開時(shí)間超過上限時(shí)或者當(dāng)該渠道的水位達(dá)到下限時(shí)或者該渠道的水位與目標(biāo)支渠道的落差達(dá)到下限時(shí)，關(guān)閉目標(biāo)支渠道的水閘，停止對(duì)目標(biāo)支渠道放水，同時(shí)標(biāo)記目標(biāo)支渠道的狀態(tài)為待放水狀態(tài)，并同時(shí)計(jì)算目標(biāo)支渠道的剩余需水量和該渠道的剩余需水量；當(dāng)該渠道的水位達(dá)到下限且該渠道的剩余需水量為零時(shí)，標(biāo)記該渠道為空閑狀態(tài)；當(dāng)該渠道的水位達(dá)到下限且該渠道的剩余需水量大于零時(shí)，標(biāo)記該渠道為待注水狀態(tài)；當(dāng)該渠道的水位高于上限標(biāo)記該渠道為待放水狀態(tài)。

渠道注水放水調(diào)控模塊201的注水控制和放水控制具體到本實(shí)施例中由定時(shí)器驅(qū)動(dòng)。如圖3所示，渠道注水放水調(diào)控模塊201包括灌溉決策模塊31和灌溉執(zhí)行模塊32。灌溉決策模塊用于通過需水量分析、灌溉執(zhí)行周期、結(jié)合最近天氣預(yù)報(bào)情況作出是否執(zhí)行灌溉程序。灌溉程序由灌溉執(zhí)行模塊32所執(zhí)行。灌溉執(zhí)行模塊32包括初始狀態(tài)校驗(yàn)?zāi)K321、定時(shí)器322和渠道狀態(tài)分析模塊323。

初始化校驗(yàn)?zāi)K321用于確定被執(zhí)行的灌溉所涉及的渠道的水閘都處于正常工作狀態(tài)，并且將所有渠道的水閘關(guān)閉，然后將需水量大于零的主渠道和分支渠道設(shè)定為待注水狀態(tài)，同時(shí)將需水量為零的主渠道和分支渠道設(shè)定為空閑狀態(tài)。也就是，初始化校驗(yàn)?zāi)K321需要確保所有渠道的水閘需要關(guān)閉，并且避開那些無(wú)法正常工作正處于維修或檢修狀態(tài)的水閘和水閘所對(duì)應(yīng)的渠道。

定時(shí)器322用于按一定的時(shí)間間隔驅(qū)動(dòng)渠道狀態(tài)分析模塊323執(zhí)行。渠道狀態(tài)分析模塊323首先分析各渠道的剩余需水量為零，當(dāng)所有的主渠道、支渠道和農(nóng)田渠道的剩余需水量為零時(shí)，則停止定時(shí)器322以及灌溉執(zhí)行模塊323的執(zhí)行，否則遍歷各個(gè)主渠道和支渠道，對(duì)每個(gè)主渠道和支渠道根據(jù)其渠道數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行注水和放水控制。渠道狀態(tài)分析模塊遍歷時(shí)，首先遍歷各個(gè)主渠道：當(dāng)主渠道的狀態(tài)為待注水狀態(tài)時(shí)，由渠道注水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3231對(duì)該主渠道執(zhí)行注水控制，當(dāng)主渠道的狀態(tài)為待放水狀態(tài)時(shí)，由渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊對(duì)該主渠道執(zhí)行放水控制；然后再遍歷各個(gè)支渠道：當(dāng)該支渠道的狀態(tài)為待放水狀態(tài)時(shí)，由渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3232對(duì)該支渠道執(zhí)行放水控制。

考慮到水閘開啟和關(guān)閉需要一定的時(shí)間，而且由主機(jī)下發(fā)控制指令至各個(gè)渠道的水閘需要一定的時(shí)間。由此，本實(shí)施例中，注水狀態(tài)進(jìn)一步細(xì)化成：水閘開啟中、注水中和水閘關(guān)閉中三種狀態(tài)。上述細(xì)化的注水狀態(tài)和放水狀態(tài)詳見前述的渠道節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)定義。

此外，由于水閘開啟和關(guān)閉的時(shí)間問題。定時(shí)器322所設(shè)定的時(shí)間間隔不小于水閘開啟和關(guān)閉的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，水閘開啟和關(guān)閉需要1分鐘左右的時(shí)間，由此定時(shí)器322所設(shè)定的時(shí)間間隔為1~2分鐘。也就是說(shuō)，定時(shí)器322驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的渠道狀態(tài)分析模塊323實(shí)質(zhì)上是一個(gè)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)。渠道狀態(tài)分析模塊323的每一次執(zhí)行，渠道的狀態(tài)最多只變化一次。在該有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)內(nèi)，主渠道和支渠道的狀態(tài)變遷如下：

待注水=>水閘開啟中=>注水中=>水閘關(guān)閉中=>待放水=>放水中=>.......=>待注水=>水閘開啟中=>注水中=>水閘關(guān)閉中=>待放水=>放水中=>空閑。

農(nóng)田渠道的狀態(tài)變遷如下：待注水=>水閘開啟中=>注水中=>水閘關(guān)閉中=>.......=>待注水=>水閘開啟中=>注水中=>水閘關(guān)閉中=>空閑。

渠道狀態(tài)分析模塊323需要對(duì)各個(gè)渠道進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷。具體過程如下為：對(duì)各個(gè)渠道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，對(duì)于每個(gè)渠道節(jié)點(diǎn)而言，首先判斷該渠道節(jié)點(diǎn)的類型，然后根據(jù)渠道節(jié)點(diǎn)的類型分別執(zhí)行。

如果是主渠道，分析渠道狀態(tài)：如果是待注水狀態(tài)、或水閘開啟中狀態(tài)、或注水中狀態(tài)、或水閘關(guān)閉中狀態(tài)，則由渠道注水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3231執(zhí)行注水控制；如果是待放水狀態(tài)、或放水中狀態(tài)由渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3232執(zhí)行放水控制；如果是空閑狀態(tài)，則直接返回。

如果是支渠道，分析渠道狀態(tài)：如果是待放水狀態(tài)、或放水中狀態(tài)由渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3232執(zhí)行放水控制；否則直接返回。

渠道注水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3231分析主渠道的狀態(tài)，然后根據(jù)狀態(tài)分別執(zhí)行：

如果是待注水狀態(tài)，則開啟水閘，并將狀態(tài)修改成水閘開啟中狀態(tài)；

如果是水閘開啟中狀態(tài)，則判斷水閘是否開啟：如果水閘正常開啟，則修改狀態(tài)為注水中狀態(tài)；如果水閘無(wú)法正常開啟，則拋出異常，對(duì)異常進(jìn)行處理；

如果是注水中狀態(tài)，則判斷通過水位計(jì)采集該主渠道的水位并根據(jù)該主渠道的儲(chǔ)水量與水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及前后水位差估計(jì)當(dāng)前注水的水量；當(dāng)該主渠道的水位達(dá)到設(shè)定的上限或者該主渠道的儲(chǔ)水量達(dá)到該主渠道的剩余需水量或者當(dāng)該主渠道的水閘開啟時(shí)間超過上限時(shí)，關(guān)閉水閘，并將狀態(tài)修改成水閘關(guān)閉中狀態(tài)；

如果是水閘關(guān)閉中狀態(tài)，判斷水閘是否關(guān)閉；如果水閘正常關(guān)閉，則將狀態(tài)修改成待放水狀態(tài)。

渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3232分析渠道的狀態(tài)，然后根據(jù)狀態(tài)分別執(zhí)行：

如果是待放水狀態(tài)，則計(jì)算該渠道所有下游渠道為待注水狀態(tài)的農(nóng)田渠道的總需水量，然后將該總需水量與該渠道的處于待注水狀態(tài)的下游支渠道的需水量逐個(gè)進(jìn)行對(duì)比；如果該總需水量大于各個(gè)下游支渠道的需水量時(shí)，對(duì)該渠道進(jìn)行農(nóng)田渠道的放水控制，否則對(duì)該渠道進(jìn)行下游支渠道的放水控制；農(nóng)田渠道的放水控制時(shí)，同時(shí)開啟所有處于待注水狀態(tài)的下游農(nóng)田渠道的水閘，對(duì)相應(yīng)的農(nóng)田渠道進(jìn)行放水，同時(shí)標(biāo)記相應(yīng)的農(nóng)田渠道狀態(tài)為水閘開啟中狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置該渠道的狀態(tài)為放水中狀態(tài)；下游支渠道的放水控制時(shí)，選擇該渠道的處于待注水狀態(tài)的需水量最大的下游支渠道作為目標(biāo)支渠道，然后開啟目標(biāo)支渠道，設(shè)置目標(biāo)支渠道的狀態(tài)為水閘開啟中狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置該渠道的狀態(tài)為放水中狀態(tài)；

如果是放水中狀態(tài)，則分析各個(gè)相應(yīng)的下游渠道處于水閘開啟中狀態(tài)的水閘是否正常開啟；如果正常開啟，則將相應(yīng)的下游渠道的狀態(tài)修改成注水中狀態(tài)；如果不能正常開啟，則拋出異常，對(duì)異常進(jìn)行處理；然后分析分析各個(gè)相應(yīng)的下游渠道處于水閘關(guān)閉中狀態(tài)的水閘是否正常關(guān)閉；如果正常關(guān)閉，則計(jì)算下游渠道的剩余需水量，如果剩余需水量大于零，則將相應(yīng)的下游渠道的狀態(tài)修改成待注水狀態(tài)，否則將相應(yīng)的下游渠道的狀態(tài)修改成空閑狀態(tài)；在所有下游渠道水閘關(guān)閉的情形下，計(jì)算該渠道的剩余需水量，如果該渠道的剩余需水量大于零，則修改該渠道的狀態(tài)為待注水狀態(tài)，否則修改該渠道的狀態(tài)為空閑狀態(tài)；如果下游渠道水閘不能正常關(guān)閉，則拋出異常，對(duì)異常進(jìn)行處理；在所有渠道水閘正常開啟或關(guān)閉的狀態(tài)下，如果是對(duì)農(nóng)田渠道放水，則根據(jù)實(shí)時(shí)采集的該渠道的水位，計(jì)算出當(dāng)前放水量，然后根據(jù)所述主渠道和支渠道對(duì)農(nóng)田渠道的分配系數(shù)，計(jì)算出該渠道下游各個(gè)農(nóng)田渠道當(dāng)前的放水量；當(dāng)農(nóng)田渠道的放水量達(dá)到該農(nóng)田渠道的需水量時(shí)，關(guān)閉該農(nóng)田渠道的水閘，設(shè)置該農(nóng)田渠道的狀態(tài)為水閘關(guān)閉中；當(dāng)該渠道的水位達(dá)到底線以下時(shí)，關(guān)閉所有該渠道所有處于注水中狀態(tài)的下游農(nóng)田渠道的水閘，并將相應(yīng)的農(nóng)田渠道的狀態(tài)修改為下游農(nóng)田渠道的狀態(tài)為水閘關(guān)閉中；所有渠道水閘正常開啟或關(guān)閉的狀態(tài)下，如果是對(duì)目標(biāo)支渠道放水，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的該渠道和目標(biāo)支渠道的水位，計(jì)算出目標(biāo)支渠道的注水量；當(dāng)目標(biāo)支渠道的放水量達(dá)到目標(biāo)支渠道的需水量時(shí)或者目標(biāo)支渠道的水位達(dá)到設(shè)定的上限時(shí)或者目標(biāo)支渠道的水閘打開時(shí)間超過上限時(shí)或者當(dāng)該渠道的水位達(dá)到下限時(shí)或者該渠道的水位與目標(biāo)支渠道的落差達(dá)到下限時(shí)，關(guān)閉目標(biāo)支渠道的水閘，停止對(duì)目標(biāo)支渠道放水，同時(shí)標(biāo)記目標(biāo)支渠道的狀態(tài)為水閘關(guān)閉中狀態(tài)。

也就是說(shuō)，本實(shí)施中，渠道狀態(tài)分析模塊323的渠道注水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3231和渠道放水執(zhí)行狀態(tài)分析模塊3232將前述的注水控制和放水控制的動(dòng)作進(jìn)行拆分，然后根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行分別處理。