1. 痛點(diǎn)問題

我國(guó)水資源總體短缺，農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的 62% 以上。但由于灌區(qū)輸配水系統(tǒng)復(fù)雜，相互影響大，傳統(tǒng)灌溉管理手工操作，模式固定、工作量大、控制不準(zhǔn)、效率低下，造成灌溉用水浪費(fèi)、水資源效益和效能不高等現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了水資源短缺危機(jī)。

2. 解決方案

自主研發(fā)了自流灌區(qū)全渠系智能控制模型，以積分時(shí)滯算法為基礎(chǔ)，對(duì)多輸入多輸出的渠系控制系統(tǒng)進(jìn)行二次型優(yōu)化，實(shí)時(shí)感知全渠系各個(gè)設(shè)備工況，實(shí)時(shí)輸出各個(gè)控制部件的最佳調(diào)度指令，全渠系多目標(biāo)并行執(zhí)行，解決了灌區(qū)輸配水過程管理的復(fù)雜性問題，顯著提高了灌區(qū)輸配水精準(zhǔn)度，大幅縮短了系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，成倍降低了管理人員工作強(qiáng)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區(qū)已有的灌溉管理系統(tǒng)和數(shù)字孿生平臺(tái)。

圖1  調(diào)控過程各閘門的水位偏差（左）及

與目標(biāo)流量的偏差和控制開度的動(dòng)作變化（右）

以模型為基礎(chǔ)自行研發(fā)的全渠系智能控制系統(tǒng)包括智能調(diào)度控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控分析兩個(gè)核心子系統(tǒng)，兩個(gè)子系統(tǒng)并行運(yùn)行，達(dá)到調(diào)度和監(jiān)控的高度結(jié)合、實(shí)時(shí)互動(dòng)、自動(dòng)控制、持續(xù)優(yōu)化。首先通過軟硬系統(tǒng)交互接口獲取渠道每個(gè)測(cè)控一體化閘門的狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后將狀態(tài)和需配水目標(biāo)輸入全渠系智能控制算法進(jìn)行計(jì)算，生成每個(gè)閘門的控制指令，并通過接口將控制指令發(fā)送至對(duì)應(yīng)的閘門執(zhí)行。隨閘門狀態(tài)改變、渠系聯(lián)動(dòng)、需配水目標(biāo)改變、持續(xù)計(jì)算、持續(xù)控制。還可通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析目標(biāo)達(dá)成狀況、閘門狀態(tài)變化，監(jiān)控渠道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)出異常告警。

圖2  軟件系統(tǒng)功能架構(gòu)

圖3  全渠系多管理所多目標(biāo)并行執(zhí)行模式（左）

與應(yīng)用集成（右）

全渠系智能控制系統(tǒng)特點(diǎn)：

1）以水聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)的“實(shí)時(shí)感知、水信互聯(lián)、過程跟蹤、智能處理”為技術(shù)理念。

2）克服了灌區(qū)輸配水控制的強(qiáng)耦合性、大時(shí)滯性、多擾動(dòng)性、不確定性四大難題。

3）緊密結(jié)合我國(guó)大中型灌區(qū)的渠系特征，適用性和可操作性強(qiáng)。

4）構(gòu)建了水聯(lián)網(wǎng)全渠系智能控制技術(shù)體系，是數(shù)字孿生灌區(qū)智慧化的關(guān)鍵技術(shù)。