大中型自流灌区全渠系智能控制方法与系统

1. 痛点问题

我国水资源总体短缺，农业灌溉用水占总用水量的 62% 以上。但由于灌区输配水系统复杂，相互影响大，传统灌溉管理手工操作，模式固定、工作量大、控制不准、效率低下，造成灌溉用水浪费、水资源效益和效能不高等现象，进一步加剧了水资源短缺危机。

2. 解决方案

自主研发了自流灌区全渠系智能控制模型，以积分时滞算法为基础，对多输入多输出的渠系控制系统进行二次型优化，实时感知全渠系各个设备工况，实时输出各个控制部件的最佳调度指令，全渠系多目标并行执行，解决了灌区输配水过程管理的复杂性问题，显著提高了灌区输配水精准度，大幅缩短了系统达到稳定的时间，成倍降低了管理人员工作强度。全渠系智能控制模型可提供 API 接口，方便嵌入和集成到灌区已有的灌溉管理系统和数字孪生平台。

图1  调控过程各闸门的水位偏差（左）及

与目标流量的偏差和控制开度的动作变化（右）

以模型为基础自行研发的全渠系智能控制系统包括智能调度控制、实时监控分析两个核心子系统，两个子系统并行运行，达到调度和监控的高度结合、实时互动、自动控制、持续优化。首先通过软硬系统交互接口获取渠道每个测控一体化闸门的状态数据，然后将状态和需配水目标输入全渠系智能控制算法进行计算，生成每个闸门的控制指令，并通过接口将控制指令发送至对应的闸门执行。随闸门状态改变、渠系联动、需配水目标改变、持续计算、持续控制。还可通过实时数据，分析目标达成状况、闸门状态变化，监控渠道运行风险、发出异常告警。

图2  软件系统功能架构

图3  全渠系多管理所多目标并行执行模式（左）

与应用集成（右）

全渠系智能控制系统特点：

1）以水联网总体架构的“实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理”为技术理念。

2）克服了灌区输配水控制的强耦合性、大时滞性、多扰动性、不确定性四大难题。

3）紧密结合我国大中型灌区的渠系特征，适用性和可操作性强。

4）构建了水联网全渠系智能控制技术体系，是数字孪生灌区智慧化的关键技术。