本發(fā)明涉及地下水灌溉計量，具體為一種基于電能消耗的地下水灌溉計量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)主要依賴于定時或經(jīng)驗驅(qū)動的方法來決定灌溉的時間和水量。這些系統(tǒng)通常沒有精確的水量控制，導(dǎo)致灌溉效率低下，水資源利用不充分。傳統(tǒng)方法包括漫灌、噴灌和滴灌等，這些技術(shù)雖然在不同程度上嘗試改善水的分配，但往往忽視了實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和能源管理，特別是在電能消耗和水泵效率方面。

2、隨著全球水資源短缺的問題日益嚴(yán)重，以及能源成本的不斷上升，開發(fā)一種能夠優(yōu)化水和能源使用的灌溉系統(tǒng)變得尤為重要。此外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，集成實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析技術(shù)到灌溉系統(tǒng)中，可以顯著提高灌溉的精度和效率。

3、基于上述方案發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)存在的局限至少包括如下問題，首先，傳統(tǒng)的灌溉管理通常未能充分利用歷史和實時數(shù)據(jù)來優(yōu)化灌溉過程，往往依賴經(jīng)驗法則或簡單的定時/定量灌溉策略，未能根據(jù)土壤的實際條件和環(huán)境變化進(jìn)行調(diào)整，從而導(dǎo)致水資源的浪費，因為灌溉水量往往難以精確匹配作物需求和土壤狀況。其次，傳統(tǒng)方法通常缺乏對灌溉設(shè)備效率變化的實時監(jiān)測和分析，使得設(shè)備老化和性能下降可能在不被察覺的情況下增加運(yùn)營成本和影響灌溉效果。此外，現(xiàn)有技術(shù)很少將氣候因素如降雨量直接納入灌溉計量分析中，這限制了灌溉策略在不同氣候條件下的適應(yīng)性和效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于電能消耗的地下水灌溉計量方法及系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的灌溉管理通常未能充分利用歷史和實時數(shù)據(jù)來優(yōu)化灌溉過程，往往依賴經(jīng)驗法則或簡單的定時/定量灌溉策略，未能根據(jù)土壤的實際條件和環(huán)境變化進(jìn)行調(diào)整，從而導(dǎo)致水資源的浪費，因為灌溉水量往往難以精確匹配作物需求和土壤狀況。其次，傳統(tǒng)方法通常缺乏對灌溉設(shè)備效率變化的實時監(jiān)測和分析，使得設(shè)備老化和性能下降可能在不被察覺的情況下增加運(yùn)營成本和影響灌溉效果。此外，現(xiàn)有技術(shù)很少將氣候因素如降雨量直接納入灌溉計量分析中，這限制了灌溉策略在不同氣候條件下的適應(yīng)性和效率的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種基于電能消耗的地下水灌溉計量方法，包括以下步驟：獲取灌溉區(qū)域的歷史灌溉數(shù)據(jù)、當(dāng)前灌溉數(shù)據(jù)以及當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水抽提高度值、當(dāng)前降雨量值；對灌溉區(qū)域的歷史灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到歷史灌溉水泵功率均值、灌溉水泵效率系數(shù)、供水損失值；對灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前灌溉水泵功率值、土壤含水修正值、土壤滲透修正值；將歷史灌溉水泵功率均值、灌溉水泵效率系數(shù)、供水損失值結(jié)合灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉水泵功率值、土壤含水修正值、土壤滲透修正值、當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水抽提高度值、當(dāng)前降雨量值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水灌溉估算量。

3、進(jìn)一步地，所述灌溉區(qū)域的歷史灌溉數(shù)據(jù)具體為歷史每次灌溉后的歷史電能消耗值、灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值、灌溉水泵歷史使用年限值、灌溉水管中地下水歷史平均流速值，所述灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉數(shù)據(jù)具體為當(dāng)前灌溉后的當(dāng)前電能消耗值、灌溉水泵當(dāng)前運(yùn)行時間值、當(dāng)前灌溉開始前的初始土壤含水量值、初始土壤滲透率值以及當(dāng)前灌溉結(jié)束后的最終土壤含水量值、最終土壤滲透率值。

4、進(jìn)一步地，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水灌溉估算量的具體步驟如下：對當(dāng)前灌溉后的當(dāng)前電能消耗值、灌溉水泵當(dāng)前運(yùn)行時間值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前灌溉水泵功率值；將歷史灌溉水泵功率均值與灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前灌溉水泵功率值進(jìn)行均值分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的灌溉水泵修正功率；對灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的灌溉水泵修正功率、土壤含水修正值、土壤滲透修正值、當(dāng)前地下水抽提高度值、當(dāng)前降雨量值以及供水損失值進(jìn)行綜合分析，得到當(dāng)前地下水灌溉估算量。

5、進(jìn)一步地，計算灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前灌溉水泵功率值、灌溉水泵修正功率、當(dāng)前地下水灌溉估算量的具體公式如下：；其中，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前灌溉水泵功率值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前電能消耗值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的灌溉水泵當(dāng)前運(yùn)行時間值，為灌溉水泵修正功率，為歷史灌溉水泵功率均值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水灌溉估算量，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤含水修正值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤滲透修正值，為灌溉水泵效率系數(shù)，為地下水密度值，為重力加速度，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水抽提高度值，為供水損失值，為降水衰減系數(shù)，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前降雨量值。

6、進(jìn)一步地，得到歷史灌溉水泵功率均值的具體步驟如下：讀取歷史每次灌溉后的歷史電能消耗值、灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值，并結(jié)合移動指數(shù)平均法進(jìn)行均值分析，得到歷史灌溉水泵功率均值，其計算公式如下：；其中，為歷史灌溉水泵功率均值，為歷史第次灌溉后的歷史電能消耗值，為歷史第次灌溉后的灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值，為歷史第次灌溉后的歷史電能消耗值與灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值的比值的加權(quán)系數(shù)，為歷史第次灌溉后的歷史電能消耗值，為歷史第次灌溉后的灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值，為歷史第次灌溉后的歷史電能消耗值與灌溉水泵歷史運(yùn)行時間值的比值的加權(quán)系數(shù)，，，為獲取的歷史灌溉次數(shù)。

7、進(jìn)一步地，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤含水修正值、土壤滲透修正值的具體步驟如下：獲取灌溉區(qū)域的土壤體積值，并結(jié)合灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉開始前的初始土壤含水量值、當(dāng)前灌溉結(jié)束后的最終土壤含水量值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤含水修正值；將灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉開始前的初始土壤滲透率值、當(dāng)前灌溉結(jié)束后的最終土壤滲透率值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤滲透修正值。

8、進(jìn)一步地，計算灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤含水修正值、土壤滲透修正值的具體公式如下：；其中，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤含水修正值，為灌溉區(qū)域的土壤體積值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉開始前的初始土壤含水量值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的最終土壤含水量值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的土壤滲透修正值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉開始前的初始土壤滲透率值，為灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的最終土壤滲透率值。

9、進(jìn)一步地，得到灌溉水泵效率系數(shù)的具體步驟如下：獲取灌溉區(qū)域的灌溉水泵的初始效率值，并結(jié)合歷史每次灌溉后的灌溉水泵歷史使用年限值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉水泵效率系數(shù)，其計算公式如下：；其中，為灌溉水泵效率系數(shù)，為灌溉區(qū)域的灌溉水泵的初始效率值，為自然常數(shù)，為效率衰減因子，為歷史第次灌溉后的灌溉水泵歷史使用年限值，，為獲取的歷史灌溉次數(shù)。

10、進(jìn)一步地，得到供水損失值的具體步驟如下：獲取灌溉水管的管道長度值、管道直徑值，并結(jié)合歷史每次灌溉后的灌溉水管中地下水歷史平均流速值進(jìn)行綜合分析，得到供水損失值，其計算公式如下：；其中，為供水損失值，為流體摩擦系數(shù)，為灌溉水管的管道長度值，為灌溉水管的管道直徑值，為歷史第次灌溉后的灌溉水管中地下水歷史平均流速值，為重力加速度，，為獲取的歷史灌溉次數(shù)。

11、一種基于電能消耗的地下水灌溉計量系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊、歷史數(shù)據(jù)分析模塊、當(dāng)前數(shù)據(jù)分析模塊、地下水灌溉估算量分析模塊；所述數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取灌溉區(qū)域的歷史灌溉數(shù)據(jù)、當(dāng)前灌溉數(shù)據(jù)以及當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水抽提高度值、當(dāng)前降雨量值；所述歷史數(shù)據(jù)分析模塊，用于對灌溉區(qū)域的歷史灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到歷史灌溉水泵功率均值、灌溉水泵效率系數(shù)、供水損失值；所述當(dāng)前數(shù)據(jù)分析模塊，用于對灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到當(dāng)前灌溉水泵功率值、土壤含水修正值、土壤滲透修正值；所述地下水灌溉估算量分析模塊，用于將歷史灌溉水泵功率均值、灌溉水泵效率系數(shù)、供水損失值、當(dāng)前灌溉水泵功率值、土壤含水修正值、土壤滲透修正值結(jié)合灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水抽提高度值、當(dāng)前降雨量值進(jìn)行綜合分析，得到灌溉區(qū)域的當(dāng)前灌溉結(jié)束后的當(dāng)前地下水灌溉估算量。

12、本發(fā)明具有以下有益效果：

13、（1）、該基于電能消耗的地下水灌溉計量方法，通過結(jié)合實時與歷史灌溉數(shù)據(jù)分析，從而能夠精確計算所需的灌溉量，避免過量或不足灌溉，利用電能消耗與灌溉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系來調(diào)整水泵的運(yùn)行，確保水泵運(yùn)行在最佳效率下，這種精確的水量調(diào)控有助于最大限度地減少水資源的浪費，特別是在水資源緊張的地區(qū)，確保每一次灌溉都能高效利用可用水資源。

14、（2）、該基于電能消耗的地下水灌溉計量方法，通過實時監(jiān)測土壤含水量和滲透率的變化，以及結(jié)合電能消耗數(shù)據(jù)，允許灌溉系統(tǒng)快速響應(yīng)土壤和氣候條件的變化，這種能力使得灌溉系統(tǒng)不僅反應(yīng)迅速，而且更加可靠，減少了因系統(tǒng)延遲調(diào)整或不當(dāng)調(diào)整造成的潛在作物損失。

15、（3）、該基于電能消耗的地下水灌溉計量方法，通過優(yōu)化灌溉水泵的效率和精確控制灌溉量來降低能源消耗和運(yùn)營成本，同時，合理的水量管理有助于提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，從而直接增加農(nóng)業(yè)收益，此外，減少過度灌溉還有助于降低地下水過度開采的風(fēng)險，有益于地下水資源的長期可持續(xù)管理和生態(tài)平衡。

16、（4）、該基于電能消耗的地下水灌溉計量系統(tǒng)，通過其組成模塊的協(xié)同工作，能夠提供實時數(shù)據(jù)和深入分析，極大地增強(qiáng)了灌溉管理的決策支持能力，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)獲取模塊不斷收集實時和歷史灌溉數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)分析模塊和當(dāng)前數(shù)據(jù)分析模塊分別處理這些數(shù)據(jù)，提供關(guān)于水泵效率和土壤條件的洞察，而地下水灌溉估算量分析模塊則利用這些分析結(jié)果來預(yù)測灌溉需求和調(diào)整灌溉策略，這種集成化的分析和預(yù)測能力支持農(nóng)業(yè)管理者做出更加科學(xué)和準(zhǔn)確的灌溉決策，減少了依賴于經(jīng)驗的不確定性，同時實現(xiàn)灌溉過程的自動化，減輕了人工操作的負(fù)擔(dān)。

17、當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。