Controlling water reservoirs using a hybrid intelligent architecture
- 格式:pdf
- 大小:144.79 KB
- 文档页数:6
水利水电类专业英语—武汉大学出版社—刘景植主编— p23 文章Reservoir controlUncontrolled detention basins,as described in the above ,have been built in the past. However, since the last few decades can be used more efficiently when the reservoirs are controlled. This control may consist of a gate in the conduit and perhaps also a gate on the spillway crest. As a result, we may be able to use the reservoir more efficiently form a viewpoint of flood control and, moreover, we may be able to use the reservoir also for water supply purposes without harming the flood control interests. In order to develop these thoughts in an orderly fashion, let us first discuss in general the areas of freedom that we have in designing and controlling a reservoir, we may distinguish the following variables:1)Capacity of reservoir ;2)Diameter and control of conduit ;3)Length and control of spillway.In the initial stages of our flood control study, the most economic capacity of the reservoir is an unknown quantity. In fact, we do not even know if a reservoir of any size will be economic! Let us therefore assume that we have prepared a storage capacity versus elevation curve for the dam site and that we have arbitrarily chosen one or a few reservoir capacities for preliminary investigation. We should qualify this last statement a little more precisely. We can, namely, select arbitrarily either a full supply level, or a spillway crest level, or a maximum flood level, or the elevation of the top of the dam. Let us assume for the present discussion that we have selected the maximum flood level. This level corresponds to a certain capacity on the storage-elevation curve. This figure is often quoted as the storage capacity of a flood control reservoir.Having established arbitrarily, and for the time being, the capacity of the reservoir, let us turn to the next variable: the control and diameter of the conduits. In Figure 2 (a) is repeated the outflow hydrograph of the detention basin of Figure 1(b).It may be seen that although the storage capacity is substantial, the peak flow reduction is very significant. The situation could be improved if more water was discharged from the reservoir during the early part of the flood, so that more storage capacity would be available during the peak of the flood when it is needed. Let us assume for a moment that we have an extremely large conduit. We could then simply let the river run through the conduit during the early part of the flood without filling up the reservoir, as shown in Figure 2 (b). When the river has reached a discharged O2, we start closing the gate of the conduit. The reservoir now begins to fill. We keep adjusting the gate on the conduit, so that its outflow remains constant at O2. The reservoir will have reached its maximum storage level when the recession curve of the flood hydrograph reaches a magnitude of O2. It will be appreciated, by comparing Figure 2(a) and 2(b) that with the same available storage capacity the second method of operation results in much lower reservoir outflows and therefore greater flood control benefits.Now that we have fixed the capacity of the reservoir and the diameter of the conduit, the only remaining variable is the spillway. We shall assume that from a hydrologic study of the drainage basin, the spillway design flood has been determined. In the hydraulic design of the spillway there are actually tow areas of freedom: first of all the length of the spillway; secondly, the spillway can be gated or ungated. The design of an ungated spillway of given length would take place somewhat as follows. The spillway design flood is routed through the reservoir and the maximumreservoir level and spillway discharge are found. The maximum reservoir level is shown as stage in Figure 3(a). The maximum spillway flow forms the basis of the design of the stilling basin.Maintaining the same maximum reservoir level at stage 1, we could also design a spillway of smaller length. In order to pass the same spillway design flood without exceeding stage 1, it is obviously necessary to lower the crest of the spillway, as is shown in Figure 3(b).The advantage of the design in Figure 3(b) over the design in Figure 3(a) is mainly its lower cost. In case we are dealing with an earth dam, the saving of narrower spillway may be substantial. When dealing with a concrete gravity dam the saving would be relatively small since we need a gravity section in any case. The disadvantage is in its lesser effectiveness of peak reduction of medium and small floods. Such floods reach the spillway crest in Figure 3(b) earlier than they do in Figure 3(a), and therefore they will not attain as high a reservoir elevation. A lower reservoir elevation means less flood water gone into storage, which in turn means a larger outflow.This disadvantage of the lower spillway crest can be eliminated when the spillway is equiped with a gate, as shown in Figure 3(c). The small and medium floods can now be stored more effectively in the reservoir, and the outflow would be at least as low as in Figure 3(a). In fact, with a good flood forecasting system, the conduit gates and spillway gates can be manipulation in such a way that the small and medium floods are stored up to stage 4 in Figure 3(c). Assuming that this elevation is higher than the maximum elevation that those same floods would have attained in Figure 3(a), this would in effect mean a further reduction of flood peaks. Since flood forecasting is not always reliable, the width of the spillway in Figure 3(c) should be greater than in Figure 3(b), so that when the flood turns out to be greater than expected the gates can be opened, and the reservoir levels maintained below stage 1.A gated spillway would yield further advantage, when the reservoir is part of a flood control system, including other reservoir. Many situations are possible whereby is would be advantage to completely stop the outflow from certain reservoir, if only for a few days, in order to reduce the peak flows in critical areas of the drainage basin. Assuming that the reservoir has already risen above the spillway crest, such a manipulation would only be possible when the conduits and the spillway are both equipped with gates.Google翻译的:水库控制不受控制的蓄滞洪区,在上面所述,在过去已建成。
计算机测量与控制.2021.29(1) 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 ·97 ·收稿日期:20201022; 修回日期:20201116。
基金项目:延安市科技计划项目(2019ZCNZ-001):陕西省能源大数据智能处理省市共建重点实验室研究基金(IPBED11、IPBED16);延安大学产学研合作项目(CXY201902);延安大学重点项目(YDJGZD18-04)。
作者简介:孙思敏(1997),男,陕西宝鸡人,本科,主要从事电子信息工程方向的研究。
引用格式:孙思敏,董宇欣,吕 杨.基于FDRE的节水灌溉智能控制系统的研究与设计[J].计算机测量与控制,2021,29(1):97101.文章编号:16714598(2021)01009705 DOI:10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2021.01.020 中图分类号:S237.5文献标识码:A基于犉犇犚犈的节水灌溉智能控制系统的研究与设计孙思敏,董宇欣,吕 杨(延安大学物理与电子信息学院,陕西延安 716000)摘要:针对当前节水灌溉智能控制系统灌溉效率低,灌溉后土壤湿度差的问题,提出了基于FDRE的节水灌溉智能控制系统;硬件由中央处理器模块、无线通信模块、传感器模块、电池模块、上位机模块以及下位机模块组成,中央处理器通过选用STM24865V5848的单机片增强信息处理能力,无线通信模块负责传递灌溉信息,利用AMS753电路增强供电稳定性,通过无线通信程序、上位机下位机调控程序实现软件操作;实验结果表明,基于FDRE的节水灌溉智能控制系统的灌溉后土壤湿度较高,能够有效提高系统灌溉效率。
关键词:FDRE;节水灌溉;智能控制;控制系统犚犲狊犲犪狉犮犺犪狀犱犇犲狊犻犵狀狅犳犠犪狋犲狉犛犪狏犻狀犵犐狉狉犻犵犪狋犻狅狀犐狀狋犲犾犾犻犵犲狀狋犆狅狀狋狉狅犾犛狔狊狋犲犿犅犪狊犲犱狅狀犉犇犚犈SunSimin,DongYuxin,LüYang(CollegeofPhysics&ElectronicInformation,Yan’anUniversity,Yan’an 716000,China)犃犫狊狋狉犪犮狋:Aimingattheproblemsoflowirrigationefficiencyofthecurrentwater-savingirrigationintelligentcontrolsystemandpoorsoilmoistureafterirrigation,awater-savingirrigationintelligentcontrolsystembasedonFDREisproposed.Thehardwareconsistsofacentralprocessingunitmodule,awirelesscommunicationmodule,asensormodule,abatterymodule,anuppercomput ermoduleandalowercomputermodule.ThecentralprocessingunitselectsSTM24865V5848singlechiptoenhanceitsinformationprocessingcapability,andthewirelesscommunicationmoduleisresponsiblefortransmittingirrigationinformation,usingAMS753thecircuitenhancesthestabilityofpowersupply,andrealizessoftwareoperationthroughwirelesscommunicationprogram,uppercomputerandlowercomputercontrolprogram.ExperimentalresultsshowthattheFDRE-basedwater-savingirrigationintelligentcontrolsystemhashighersoilmoistureafterirrigation,whichcaneffectivelyimprovetheirrigationefficiencyofthesystem.犓犲狔狑狅狉犱狊:FDRE;water-savingirrigation;intelligentcontrol;controlsystem0 引言我国作为农业生产大国,每一年的农作物产量高达上千万吨,在保证农作生长方面,灌溉辅助起到了决定性作用[12]。
智慧灌区智能节水灌溉系统设计与应用目录一、内容简述 (2)1. 研究背景和意义 (2)2. 国内外研究现状及发展趋势 (4)3. 研究目的与任务 (5)二、系统架构设计 (6)1. 整体架构设计 (8)2. 数据采集层 (9)3. 数据传输层 (10)4. 数据处理层 (11)5. 应用层 (13)三、智能节水灌溉系统关键技术 (14)1. 传感器技术及应用 (15)2. 物联网技术及应用 (17)3. 大数据分析及应用技术 (18)4. 云计算技术及应用 (19)四、智慧灌区智能节水灌溉系统详细设计 (20)1. 灌区基本情况分析 (21)2. 灌溉系统规划与设计 (22)3. 节水灌溉措施选择与实施 (23)4. 系统操作流程设计 (25)五、系统应用与实施效果分析 (26)1. 系统应用环境搭建 (27)2. 系统应用流程演示与分析 (28)3. 效果评价与改进建议 (29)六、智慧灌区管理中智能节水灌溉系统的优势与挑战分析 (31)一、内容简述随着全球水资源日益紧张和农业用水压力不断增大,高效节水和智能管理已成为农业发展的迫切需求。
在此背景下,智慧灌区智能节水灌溉系统应运而生,为现代农业的可持续发展提供了有力支持。
智慧灌区智能节水灌溉系统通过集成先进的信息技术、自动化控制技术和物联网技术,实现了对灌区水资源的精准感知、智能决策和高效管理。
该系统能够实时监测土壤湿度、气象条件等数据,并根据作物生长需求和水资源状况,自动调整灌溉计划和灌溉量,从而确保作物在最佳水分条件下生长,提高水资源利用效率。
智慧灌区智能节水灌溉系统还具备远程监控和故障诊断功能,方便用户随时随地掌握灌溉情况,及时发现并处理潜在问题。
该系统还能够为灌区管理者提供决策支持和管理建议,帮助其优化资源配置、提升灌区管理水平。
智慧灌区智能节水灌溉系统通过实现灌区水资源的智能化管理和优化配置,为农业节水和可持续发展做出了积极贡献。
1. 研究背景和意义随着全球水资源日益紧张,节水灌溉已成为农业可持续发展的重要措施。
《基于地理信息系统(GIS)的水污染控制规划研究》篇一一、引言水污染问题日益严峻,成为全球环境保护和公共卫生领域的关注焦点。
为有效管理和控制水污染,制定科学的规划至关重要。
地理信息系统(GIS)作为强大的空间数据分析和可视化工具,在水污染控制规划中发挥着举足轻重的作用。
本文将深入探讨基于地理信息系统(GIS)的水污染控制规划研究。
二、水污染的严峻现状与挑战随着工业化和城市化的快速发展,水污染问题愈发严重。
工业废水、农业排放、城市污水等严重威胁着人类生存环境。
面对这一严峻现状,水污染控制规划必须立足科学,利用先进的技术手段,确保水资源的安全与可持续利用。
三、地理信息系统(GIS)在水污染控制规划中的应用地理信息系统(GIS)作为一种强大的空间数据分析和可视化工具,能够实现对水污染相关数据的集成、存储、操作和分析。
在水污染控制规划中,GIS的应用主要体现在以下几个方面:1. 数据收集与整合:GIS能够整合各类水污染相关数据,包括水质监测数据、排放源数据、地形地貌数据等,为水污染控制规划提供全面、准确的数据支持。
2. 空间分析与建模:GIS的空间分析功能可以实现对水污染的动态监测和模拟,有助于识别污染源和传播途径,为制定控制策略提供科学依据。
3. 决策支持:GIS的强大分析功能可以为水污染控制规划提供决策支持,包括制定控制策略、优化资源配置、评估政策效果等。
4. 成果展示与传播:GIS的可视化功能可以将水污染控制规划的成果以地图、图表等形式展示出来,便于公众理解和接受。
四、基于GIS的水污染控制规划研究方法基于GIS的水污染控制规划研究主要包括以下几个步骤:1. 数据收集:收集各类水污染相关数据,包括水质监测数据、排放源数据、地形地貌数据等。
2. 数据处理与分析:利用GIS软件对数据进行处理和分析,包括空间插值、聚类分析、趋势分析等。
3. 制定控制策略:根据分析结果,制定针对性的水污染控制策略,包括源头控制、过程控制和末端治理等。
智能测控工程在水利工程中的应用水利工程作为国家基础设施建设的重要组成部分,对于保障人民生命财产安全、促进经济发展和社会稳定具有至关重要的作用。
随着科技的不断进步,智能测控工程在水利工程中的应用越来越广泛,为水利工程的高效运行和科学管理提供了有力的支持。
智能测控工程是一门融合了测控技术、计算机技术、通信技术和自动控制技术等多学科知识的综合性技术。
它通过对各种物理量、化学量和生物量等参数的实时监测和控制,实现对系统的智能化管理和优化运行。
在水利工程中,智能测控工程主要应用于水文监测、水资源调度、水利设施运行监控、水环境保护等方面。
在水文监测方面,智能测控技术的应用极大地提高了监测的精度和效率。
传统的水文监测方法主要依靠人工观测和简单的仪器测量,存在监测数据不准确、不及时等问题。
而智能测控系统则可以通过安装在河流、湖泊、水库等水域的传感器,实时采集水位、流量、流速、水质等参数,并将数据通过通信网络传输到监控中心。
监控中心的计算机系统对这些数据进行处理和分析,及时掌握水文变化情况,为防洪抗旱、水资源管理等决策提供科学依据。
例如,在洪水来临时,智能测控系统可以实时监测水位的上涨情况,并及时发出预警信号,为人员疏散和防洪抢险争取宝贵的时间。
水资源调度是水利工程中的一项重要任务,关系到水资源的合理利用和优化配置。
智能测控工程在水资源调度中的应用,可以实现对水资源的实时监测和精准调度。
通过在水库、渠道、泵站等水利设施安装传感器和监控设备,可以实时掌握水资源的存储量、流量和分配情况。
利用计算机模型和算法,对水资源进行优化调度,确保水资源在不同地区和不同用户之间的合理分配,提高水资源的利用效率。
例如,在干旱季节,智能测控系统可以根据各地的需水情况和水资源储备量,合理调配水库的放水流量,保障农业灌溉和居民生活用水的需求。
水利设施的运行监控是保障水利工程安全稳定运行的关键。
智能测控工程可以对大坝、闸门、泵站等水利设施的运行状态进行实时监测和故障诊断。
智能测控工程在水利工程中的应用水利工程作为关乎国计民生的重要基础设施,对于水资源的合理调配、防洪抗旱以及能源供应等方面都发挥着至关重要的作用。
随着科技的不断进步,智能测控工程逐渐在水利工程领域得到广泛应用,为水利事业的发展带来了新的机遇和挑战。
智能测控工程是一门融合了测量技术、控制技术、计算机技术和通信技术等多学科知识的综合性工程技术。
其在水利工程中的应用,主要体现在对水利工程中各种物理量的监测、数据采集与处理,以及对水利设施的自动化控制等方面。
在水利工程中,对水位、流量、水质、水压等物理量的精确测量是至关重要的。
传统的测量方法往往存在测量精度低、实时性差、数据处理困难等问题。
而智能测控技术的应用,则有效地解决了这些问题。
例如,通过采用先进的传感器技术,如雷达水位计、超声波流量计、水质传感器等,可以实现对水利工程中各种物理量的实时、高精度测量。
这些传感器能够将测量到的数据实时传输到数据采集系统中,经过数据处理和分析后,为水利工程的运行管理提供科学依据。
智能测控工程在水利工程中的另一个重要应用是数据采集与处理。
在水利工程中,需要采集大量的数据,如水文数据、气象数据、工程运行数据等。
这些数据的采集和处理对于水利工程的规划、设计、运行和管理都具有重要意义。
智能测控技术的应用,可以实现数据的自动采集、传输、存储和处理。
通过建立数据采集与监控系统(SCADA系统),可以将分布在不同地点的监测点的数据集中采集到控制中心,并进行实时分析和处理。
同时,利用大数据技术和人工智能算法,可以对采集到的数据进行深入挖掘和分析,提取有价值的信息,为水利工程的决策提供支持。
水利工程中的闸门、泵站、水电站等设施的自动化控制,也是智能测控工程的重要应用领域。
通过采用自动化控制系统,可以实现对这些设施的远程监控和控制,提高水利工程的运行效率和安全性。
例如,在闸门控制中,通过安装电动或液压驱动装置,并结合传感器和控制器,可以实现闸门的自动开启和关闭,根据水位和流量的变化自动调节闸门开度,从而达到精确控制水流的目的。
地表水地下水协同控制在城市发展规划中的应用随着城市化进程的加速和人口的迅速增长,城市面临着越来越多的水资源供需矛盾和环境污染问题。
而地表水和地下水作为城市水资源的主要来源,协同控制成为实现可持续城市发展的重要策略之一。
本文将从地表水地下水协同控制的概念、意义、影响因素以及在城市发展规划中的应用等方面展开探讨。
地表水地下水协同控制是指在城市发展规划中,通过合理配置和管理地表水和地下水资源,实现两者之间的协同关系,以满足城市水需求,并有效控制地表水和地下水之间的相互影响。
协同控制的核心目标是在满足城市发展需要的同时保护水资源的可持续利用和生态环境的可持续发展。
地表水地下水协同控制在城市发展规划中的应用具有重要意义。
首先,协同控制可以避免地表水资源的过度开采和地下水位下降的问题。
合理利用地下水可以弥补地表水的供水不足,同时减少地下水资源的开采压力,保证水资源的充足供应。
其次,协同控制可以改善水质状况,减少地表水和地下水的相互污染。
通过科学规划和管理,可以有效防止地下污染物对地表水的渗透,减少水资源的损失和质量问题。
再次,协同控制可以保护生态环境,维护地表水和地下水的生态功能。
通过合理的控制措施,可以减少土地沉降和地表水水位下降对生态系统的影响,实现生态与城市发展的协调。
地表水地下水协同控制在城市发展规划中受到许多影响因素的制约。
首先,地理条件是影响协同控制的重要因素之一。
城市所处的地理位置、气候特点和水文地质条件都会对协同控制的实施产生影响。
其次,城市人口规模和用水需求是影响协同控制的关键因素。
城市人口的增加和用水需求的不断增长会加大地表水和地下水资源的利用压力,提出更高的要求和挑战。
第三,城市经济发展水平和科技水平也是影响协同控制的重要因素。
经济发展水平的提高和科技水平的进步将推动协同控制的创新和实践,提高资源利用效率和水资源管理水平。
在城市发展规划中,应用地表水地下水协同控制需要注意以下几个方面。
水文云模型在水资源管理中的应用研究水资源是人类生活和经济发展不可或缺的重要资源,而随着人口的增加和经济的发展,水资源管理面临着越来越多的挑战。
为了更好地管理和保护水资源,科学家们开展了许多研究,并提出了多种模型来预测和评估水资源的情况。
其中,水文云模型被广泛应用于水资源管理领域,并取得了显著的成果。
水文云模型是一种基于云计算平台的模拟和预测水资源变化的模型。
它利用大数据技术、云计算平台和水文学模型相结合的方法,可以较为准确地估计流量、水位、水质等水资源指标,为水资源管理者提供决策支持。
通过对气象、地形、土壤等数据的分析和处理,水文云模型可以模拟水资源的变化趋势,并预测未来的水资源情况。
这为水资源管理提供了科学依据,帮助决策者制定合理的水资源管理策略。
在水资源管理中,水文云模型的应用具有多个优势。
首先,它能够对水资源进行全面、及时和准确的监测。
传统的水资源监测方法往往需要人力和物力投入较大,而且监测数据的时效性和准确性有限。
而水文云模型利用云计算平台能够快速处理大数据,并实现数据的实时监测和分析,提供水资源变化的准确信息。
这对于及时发现水资源问题、制定有效的应对措施具有重要意义。
其次,水文云模型能够帮助决策者进行水资源规划和管理。
通过对水文云模型的应用,决策者可以了解到不同区域的水资源状况和变化趋势,为制定合理的水资源规划提供依据。
模型可以预测未来的水资源供需状况,指导决策者制定合理的用水政策,优化水资源配置和利用方式。
这有助于保证水资源的可持续利用,促进经济和社会的可持续发展。
此外,水文云模型还可以帮助决策者进行预警和应急管理。
在水资源紧张的情况下,水文云模型可以对水资源进行实时监测和预测,及时发现问题并提前采取应对措施。
例如,在干旱季节,模型可以提前预警水源地的干旱风险,帮助决策者采取相应的调水措施,保证供水的可靠性。
模型还可以帮助决策者制定应急预案,应对突发事件对水资源的影响。
这提高了水资源管理和应急管理的效率和效果,保障了人民生活和社会经济的稳定。
RepresentationKnowledgeModuleDomainKnowledgeSamplesStatisticalAnalysisModuleFirst and HigherRules & statisticalorder CorrelationInitialMLPTrainingDataSupplementaryRulesStatisticalNN OutputDecisionsAvailableDataAvailableKnowledgeKnowledgemoduleModuleExtractionRule System
Expert
Decision
Integrated
Maker
Hybrid
Output
Decisions
ES
Output
Decisions
Set
Topology
Discreti-
zation
Initial
(DOR)
NLALearned ConceptsRules
Updated
Rule-Base
IF AQ1
W1
IF B AND CW2Q2
IF B OR C AND DQ3
IF E AND D OR CQ2
W5
Q1IF A AND B AND DQ2IF C OR EQ4IF NOT B Q1AQ2Q3Q4Q1BCDEW1W5W8W5W7W4NLAIF A AND C OR B AND D
W3
W4
W6
W7
W8
light links to and from the self-anded nodes
(b): A corresponding initial connectionist architecture generated by the NLA
(a) A simple rule-based system.
W2W6W3
W3
W4
W7
-0.7
1.0
a
b0.750.39µ1µ2µ3µ4
µ5
σ1σ2σ4σ5
0.5
A continuous range between [a,b]
Degree of membership
σ3
A Measured input feature z
The discretization result X = [0.39,0.75,0,0,0 ]