申请/专利权人：北京福通互联科技有限公司

申请日：2019-03-05

公开（公告）日：2024-02-27

公开（公告）号：CN109757345B

主分类号：A01G25/16

分类号：A01G25/16;G07F13/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.27#授权;2019.06.11#实质审查的生效;2019.05.17#公开

摘要：本发明公开了一种按户计量式统筹节水灌溉系统及灌溉方法，系统包括井群供水统筹单元。井群供水统筹单元与灌溉区域内各个位置上的机井供水控制单元通讯，各机井供水控制单元经由水管与主管道连接。对于每个用水户，其拥有的各地块分别配设一个电磁阀且所有电磁阀经由水管与为每个用水户设置的一个地块灌溉计量单元连接，地块灌溉计量单元控制各电磁阀的打开与关闭。各地块灌溉计量单元经由水管与主管道连接，各地块灌溉计量单元与井群供水统筹单元通讯。井群供水统筹单元与计算机控制系统通讯。本发明在原有机井基础上，通过灌溉计量到户实现了多户同时灌溉，对机井实施优化选择供水，提高了灌溉便捷性，节约了灌区所需机井数量。

主权项：1.一种按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：它包括井群供水统筹单元，其中：井群供水统筹单元与灌溉区域内各个位置上的机井供水控制单元通讯，各机井供水控制单元经由水管与主管道连接；对于每个用水户，其拥有的各地块分别配设一个电磁阀且所有电磁阀经由水管与为每个用水户设置的一个地块灌溉计量单元连接，地块灌溉计量单元控制各电磁阀的打开与关闭；各地块灌溉计量单元经由水管与主管道连接，各地块灌溉计量单元与井群供水统筹单元通讯；井群供水统筹单元与计算机控制系统通讯；井群供水统筹单元根据灌溉开始指令中用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的机井供水控制单元进行供水作业，其中，最佳的机井供水控制单元为与用水户预进行灌溉的地块邻近的至少一个机井供水控制单元；机井供水控制单元的启动数量由用水户需要灌溉的地块总面积决定，机井供水控制单元包括灌溉区域内原有的一个机井；地块灌溉信息包括用水户信息、所需灌溉的地块数量、所需灌溉的每个地块的位置信息和面积信息。

全文数据：一种按户计量式统筹节水灌溉系统及灌溉方法技术领域本发明涉及一种按户计量式统筹节水灌溉系统及基于该系统实现的灌溉方法，属于井群灌溉技术领域。背景技术据预测，到2050年，世界总人口将由目前的70亿人增加到90亿人，人类对粮食的需求将在当前水平上再增长70％以上。世界淡水资源日益紧缺，而人类对粮食的需求也不断上升，淡水资源已经成为影响农业发展和世界粮食正常供应的重要因素。要破解耕地面积有限、淡水资源紧缺和世界粮食需求上涨之间的难题，发展节水灌溉成为关键。节水灌溉是以最低限度的用水量获得最大的产量或收益，也就是最大限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。数据显示，目前，全世界的总耕地面积仅为15亿公顷，有灌排设施的耕地面积仅占27％，却生产出了全世界55％的粮食。目前市面上出现的节水措施主要有渠道防渗、低压管灌、喷灌、微灌及灌溉管理制度，滴灌、膜下滴灌、中心支轴式喷灌、平移式喷灌、微喷灌等都是灌溉水利用率较高的灌溉形式，其中的滴灌、膜下滴灌在我国部分地区已实施成型。从实际来看，通过节水灌溉，农作物可得到及时的灌溉，提高了灌溉保证率，能有效促进粮食增产增收，一定程度上实现了节水、节地、节电等效益。我国目前采用的节水灌溉方法主要分为节水设备灌溉和节水控制系统灌溉。节水设备灌溉显然是利用节水设备自身的节水性能来提高节水灌溉效果，但是节水设备通常成本高昂，一旦在操作过程中出现故障，设备维护的成本很高，因此很难在我国这种农业大国推广普及。目前我国出现的节水控制系统灌溉是在应用计算机控制技术、可编程控制器技术、4G和无线组网通信技术的基础上实现的，其在农业用水机井使用灌溉控制器和计量设备，通过IC卡刷卡方式控制机井供水水泵的开始和停止，并对机井的取水量进行计量，其构成如图1所示，根据某地区的灌溉条件和需求设置数个机井机井1至N，每个机井与一个灌溉控制器相连接，灌溉控制器用于控制机井供水的启停和机井取水计量，当某个地块的用水户要进行灌溉时，通过IC卡在灌溉控制器上刷卡，即可启动与该灌溉控制器相连的机井，该机井即对该地块进行灌溉，从而该机井在灌溉过程中对该用水户的取水量进行计量。从实际实施中可以看出，现有的这种农业井灌溉计量控制方式为按井计量控制，当一个用水户进行灌溉时，属于同一口机井的其它用水户因计量问题而无法同时进行灌溉，势必对其它用水户造成了极大的不便，影响了农户的正常劳作。发明内容本发明的目的在于提供一种按户计量式统筹节水灌溉系统及基于该系统实现的灌溉方法，该按户计量式统筹节水灌溉系统在原有机井基础上，采用灌溉计量到户，实现了多户同时灌溉的目的，且对机井实施优化选择供水，达到了提高灌溉便捷性，节约灌区所需机井数量，提升灌溉效率的目的。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：它包括井群供水统筹单元，其中：井群供水统筹单元与灌溉区域内各个位置上的机井供水控制单元通讯，各机井供水控制单元经由水管与主管道连接；对于每个用水户，其拥有的各地块分别配设一个电磁阀且所有电磁阀经由水管与为每个用水户设置的一个地块灌溉计量单元连接，地块灌溉计量单元控制各电磁阀的打开与关闭；各地块灌溉计量单元经由水管与主管道连接，各地块灌溉计量单元与井群供水统筹单元通讯；井群供水统筹单元与计算机控制系统通讯。一种基于所述的按户计量式统筹节水灌溉系统实现的灌溉方法，其特征在于，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，通过所述计算机控制系统或使用智能终端在所述计算机控制系统选择需要灌溉的地块，继而发出灌溉开始指令，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2所述计算机控制系统将灌溉开始指令发送给灌溉区域内的所述井群供水统筹单元；3所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令，将灌溉开始指令发送给对应的所述地块灌溉计量单元，所述地块灌溉计量单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息打开需要灌溉的地块所对应设置的所述电磁阀；4所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的所述机井供水控制单元进行供水作业；5所述地块灌溉计量单元计量用水量；6所述地块灌溉计量单元定期将用水量数据上报到所述井群供水统筹单元；7所述井群供水统筹单元将用水量数据上传到所述计算机控制系统；8所述计算机控制系统对用水户进行反馈。一种基于所述的按户计量式统筹节水灌溉系统实现的灌溉方法，其特征在于，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，在需要灌溉的地块安装的电磁阀位置通过刷IC卡的方式打开该地块的所述电磁阀，然后由所述地块灌溉计量单元将灌溉开始指令发送给所述井群供水统筹单元，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2所述井群供水统筹单元将灌溉开始指令发送到所述计算机控制系统；3所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的所述机井供水控制单元进行供水作业；4所述地块灌溉计量单元计量用水量；5所述地块灌溉计量单元定期将用水量数据上报到所述井群供水统筹单元；6所述井群供水统筹单元将用水量数据上传到所述计算机控制系统；7所述计算机控制系统对用水户进行反馈。本发明的优点是：本发明在原有机井，即不增加机井数量的基础上，一方面通过灌溉计量到户的方式，从已有的按机井计量变为按户计量，实现了多个用水户的并行灌溉，为农户提供了便捷的灌溉途径，提升了灌溉效率，另一方面，通过井群供水统筹单元对机井进行优化选择供水，减少了灌溉区域所需的机井数量，减少了机井的用电量。附图说明图1是已有节水控制系统灌溉的组成示意图。图2是本发明按户计量式统筹节水灌溉系统的组成示意图。具体实施方式如图2所示，本发明按户计量式统筹节水灌溉系统包括井群供水统筹单元20，其中：井群供水统筹单元20与灌溉区域内各个位置上的机井供水控制单元30有线或无线通讯，各机井供水控制单元30经由水管与主管道70连接；对于每个用水户，每个用水户拥有的各地块60分别配设一个电磁阀50且所有电磁阀50经由水管与为每个用水户设置的一个地块灌溉计量单元40连接，地块灌溉计量单元40经由有线或无线通讯方式控制各电磁阀50的打开与关闭；各地块灌溉计量单元40经由水管与主管道70连接，各地块灌溉计量单元40与井群供水统筹单元20有线或无线通讯；井群供水统筹单元20与计算机控制系统10有线或无线通讯。在本发明中，通常而言，一个用水户是指拥有一个地块或邻近若干个地块的农民。若一个农民同时拥有两个相距很远的地块，则在实际实施中，该农民对于每个地块而言视为一个用水户，也就是说，鉴于避免水管铺设产生浪费问题，该两个相距很远的地块分别独立进行灌溉与计量。如图2所示，相邻的地块1-1和地块1-2属于一个用水户，相邻的地块N-1和地块N-2属于另一个用水户。在图2中，粗实线表示用于传输灌溉水的管子，即水管或主管道70，虚线表示设备之间进行有线或无线通讯。在实际设计中，井群供水统筹单元20包括用于有线或无线通讯的通讯设备、PLC控制器，其中：通讯设备可选用DTUDataTransferunit，数据传输单元，PLC控制器的各信号管脚经由DTU与计算机控制系统10、各机井供水控制单元30、各地块灌溉计量单元40进行信息交互。在实际设计中，机井供水控制单元30包括灌溉区域内原有的一个机井，机井上安装有水泵，水泵与变频器连接，水泵上可安装用于检测水泵用电量的电表，监测管道内压力的压力表，变频器、电表、压力表与具有有线或无线通讯功能的控制器连接，控制器可选用RTURemoteTerminalUnit，远程终端单元。控制器主要用于，与井群供水统筹单元20进行信息交互，控制水泵的开闭、运行，以及采集电表、压力表数据等，用于抽取机井水的水泵经由水管与主管道70连接。在实际设计中，地块灌溉计量单元40包括安装在水管上的水表或流量计，水表、电磁阀50与具有有线或无线通讯功能的控制器连接，控制器可选用RTURemoteTerminalUnit，远程终端单元。控制器主要用于，与井群供水统筹单元20进行信息交互，控制电磁阀50的开闭，以及采集水表数据等。另外，电磁阀50可具有IC卡识别功能。在本发明中，计算机控制系统10包括用于有线或无线通讯的通讯设备、控制设备，其中的通讯设备、控制设备可选用本领域的已有设备，计算机控制系统10能够与用水户的智能终端通讯。在实际实施时，计算机控制系统10中登记用水户信息、与用水户对应的地块灌溉计量单元信息等。基于上述本发明按户计量式统筹节水灌溉系统，本发明提出了一种灌溉方法，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，通过计算机控制系统10或使用智能终端如手机、电脑等在计算机控制系统10选择需要灌溉的地块，继而发出灌溉开始指令，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2计算机控制系统10将灌溉开始指令发送给灌溉区域内的井群供水统筹单元20；3井群供水统筹单元20根据灌溉开始指令，将灌溉开始指令发送给对应的地块灌溉计量单元40，地块灌溉计量单元40根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息打开需要灌溉的地块所对应设置的电磁阀50；4井群供水统筹单元20根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内所有用水户此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的机井供水控制单元30进行供水作业；5地块灌溉计量单元40计量用水量；6地块灌溉计量单元40定期将用水量数据上报到井群供水统筹单元20；7井群供水统筹单元20将用水量数据上传到计算机控制系统10；8计算机控制系统10对用水户进行反馈，反馈信息可包括用水量和用水花费。基于上述本发明按户计量式统筹节水灌溉系统，本发明还提出了另一种灌溉方法，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，在需要灌溉的地块安装的电磁阀位置通过刷IC卡的方式打开该地块的电磁阀50，然后由地块灌溉计量单元40将灌溉开始指令发送给井群供水统筹单元20，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2井群供水统筹单元20将灌溉开始指令发送到计算机控制系统10；3井群供水统筹单元20根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内所有用水户此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的机井供水控制单元30进行供水作业；4地块灌溉计量单元40计量用水量；5地块灌溉计量单元40定期将用水量数据上报到井群供水统筹单元20；6井群供水统筹单元20将用水量数据上传到计算机控制系统10；7计算机控制系统10对用水户进行反馈，反馈信息可包括用水量和用水花费。在本发明中，地块灌溉信息包括用水户信息如姓名、拥有地块数量、位置、面积等，所需灌溉的地块数量，所需灌溉的每个地块的位置信息和面积信息。在实际实施中，最佳的机井供水控制单元30，即最佳位置和最佳数量的机井供水控制单元30，具体为与用水户预进行灌溉的地块邻近的至少一个机井供水控制单元30，其中，机井供水控制单元30的启动数量可由用水户需要灌溉的地块总面积决定。此处需要说明的是，一个机井供水控制单元30可同时为两个或两个以上的用水户提供灌溉用水，因此，启动哪个位置、几个机井供水控制单元30还与此时其它用水户灌溉的地块位置和总面积有关。在实际实施时，机井供水控制单元30进行供水的过程为：开启水泵，水泵从机井抽水并送入主管道70，继而经由相应的地块灌溉计量单元40、电磁阀50流入待灌溉的地块60。在灌溉期间，电表对水泵的用电量进行计量。灌溉结束后，机井供水控制单元30将用电量数据上报到井群供水统筹单元20，井群供水统筹单元20将用电量数据上传到计算机控制系统10，以使计算机控制系统10对用水户进行反馈。在实际实施时，结束灌溉的过程通常为：用水户适时通过计算机控制系统10如使用智能终端或通过刷IC卡关闭电磁阀50的方式发出灌溉停止指令，于是井群供水统筹单元20基于接收的灌溉停止指令，控制相应的机井供水控制单元30停止运行，以及非IC卡方式时经由地块灌溉计量单元40控制对应的电磁阀50关闭。此处需要说明的是，例如，若一个机井供水控制单元30同时为两个用水户提供灌溉用水，当一个用水户发出灌溉停止指令，而另一个用水户没有发出灌溉停止指令，则此机井供水控制单元30不停止运行。本发明在原有机井，即不增加机井数量的基础上，一方面通过灌溉计量到户的方式，从已有的按机井计量变为按户计量，实现了多个用水户的并行灌溉，为农户提供了便捷的灌溉途径，提升了灌溉效率，另一方面，通过井群供水统筹单元对机井进行优化选择供水，减少了灌溉区域所需的机井数量，减少了机井的用电量。以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

权利要求：1.一种按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：它包括井群供水统筹单元，其中：井群供水统筹单元与灌溉区域内各个位置上的机井供水控制单元通讯，各机井供水控制单元经由水管与主管道连接；对于每个用水户，其拥有的各地块分别配设一个电磁阀且所有电磁阀经由水管与为每个用水户设置的一个地块灌溉计量单元连接，地块灌溉计量单元控制各电磁阀的打开与关闭；各地块灌溉计量单元经由水管与主管道连接，各地块灌溉计量单元与井群供水统筹单元通讯；井群供水统筹单元与计算机控制系统通讯。2.如权利要求1所述的按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：所述井群供水统筹单元包括通讯设备、PLC控制器。3.如权利要求1所述的按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：所述机井供水控制单元包括灌溉区域内原有的一个机井，机井上安装有水泵和变频器，水泵经由变频器与具有通讯功能的控制器连接，水泵经由水管与所述主管道连接。4.如权利要求1所述的按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：所述地块灌溉计量单元包括控制器和安装在水管上的水表，水表、所述电磁阀与具有通讯功能的控制器连接。5.如权利要求4所述的按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：所述电磁阀具有IC卡识别功能。6.如权利要求1至5中任一项所述的按户计量式统筹节水灌溉系统，其特征在于：所述计算机控制系统包括通讯设备、控制设备；所述计算机控制系统能够与用水户的智能终端通讯。7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的按户计量式统筹节水灌溉系统实现的灌溉方法，其特征在于，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，通过所述计算机控制系统或使用智能终端在所述计算机控制系统选择需要灌溉的地块，继而发出灌溉开始指令，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2所述计算机控制系统将灌溉开始指令发送给灌溉区域内的所述井群供水统筹单元；3所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令，将灌溉开始指令发送给对应的所述地块灌溉计量单元，所述地块灌溉计量单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息打开需要灌溉的地块所对应设置的所述电磁阀；4所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的所述机井供水控制单元进行供水作业；5所述地块灌溉计量单元计量用水量；6所述地块灌溉计量单元定期将用水量数据上报到所述井群供水统筹单元；7所述井群供水统筹单元将用水量数据上传到所述计算机控制系统；8所述计算机控制系统对用水户进行反馈。8.一种基于权利要求1至6中任一项所述的按户计量式统筹节水灌溉系统实现的灌溉方法，其特征在于，它包括步骤：1用水户预进行灌溉时，在需要灌溉的地块安装的电磁阀位置通过刷IC卡的方式打开该地块的所述电磁阀，然后由所述地块灌溉计量单元将灌溉开始指令发送给所述井群供水统筹单元，灌溉开始指令包括该用水户的地块灌溉信息；2所述井群供水统筹单元将灌溉开始指令发送到所述计算机控制系统；3所述井群供水统筹单元根据灌溉开始指令中该用水户的地块灌溉信息以及灌溉区域内此时需要同时进行灌溉的地块总面积，启动最佳的所述机井供水控制单元进行供水作业；4所述地块灌溉计量单元计量用水量；5所述地块灌溉计量单元定期将用水量数据上报到所述井群供水统筹单元；6所述井群供水统筹单元将用水量数据上传到所述计算机控制系统；7所述计算机控制系统对用水户进行反馈。9.如权利要求7或8所述的灌溉方法，其特征在于：所述地块灌溉信息包括用水户信息，所需灌溉的地块数量，所需灌溉的每个地块的位置信息和面积信息。10.如权利要求7或8所述的灌溉方法，其特征在于：最佳的所述机井供水控制单元为与用水户预进行灌溉的地块邻近的至少一个所述机井供水控制单元，其中，所述机井供水控制单元的启动数量由用水户需要灌溉的地块总面积决定。

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