1.一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述控制系统包括:
数据采集模块,用于获取每个喷灌阀门所在的灌溉区域的不同土壤深度在每个时刻的湿度数据,同时获取每个喷灌阀门在最近一次灌溉时的开阀程度;
周期划分模块,用于将任意一个喷灌阀门所在的灌溉区域作为目标灌溉区域,将目标灌溉区域的任意一个土壤深度作为目标土壤深度,根据目标土壤深度的各时刻的所述湿度数据的变化,获得目标土壤深度的灌溉周期;
水分需求分析模块,用于将目标灌溉区域的每个土壤深度的最后一个所述灌溉周期作为每个土壤深度的当前灌溉周期,并将除所述当前灌溉周期之外的其他灌溉周期作为每个土壤深度的参考灌溉周期,根据目标土壤深度的每个灌溉周期中的各时刻的所述湿度数据的变化,以及目标灌溉区域的每个土壤深度的所述当前灌溉周期和各所述参考灌溉周期之间各时刻的所述湿度数据的差异,获得目标土壤深度的水分需求程度;
阀门控制模块,用于根据目标灌溉区域和除目标灌溉区域之外的其他灌溉区域之间相同土壤深度的所述水分需求程度的差异,获得每个其他灌溉区域的开阀参考程度;根据每个其他灌溉区域的喷灌阀门在最近一次灌溉时的所述开阀程度和所述开阀参考程度,获得目标灌溉区域的最佳开阀程度,将每个灌溉区域的喷灌阀门以对应的最佳开阀程度对作物进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标土壤深度的灌溉周期包括:将目标土壤深度在各时刻的所述湿度数据中的极小值,作为目标土壤深度的极小湿度数据;
将目标土壤深度的任意相邻的两个所述极小湿度数据的时刻之间的时间段,作为目标土壤深度的一个灌溉周期。
3.根据权利要求1所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标土壤深度的水分需求程度包括:将目标土壤深度的任意一个灌溉周期作为目标灌溉周期,将目标灌溉周期中所有时刻的所述湿度数据的最大值,作为目标灌溉周期的最大湿度数据;
将目标灌溉周期的所述最大湿度数据对应的时刻和目标灌溉周期的最后一个时刻之间的时间段,作为目标灌溉周期的水分吸收时段;
根据目标灌溉周期的水分吸收时段中各时刻的所述湿度数据的变化,获得目标灌溉周期的湿度下降指数和湿度水平指数;
根据目标灌溉区域的每个土壤深度的所述当前灌溉周期和每个所述参考灌溉周期之间所述最大湿度数据的差异,获得目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的参考权重;
使用加权最小二乘法,并基于目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的所述参考权重,对目标土壤深度的各参考灌溉周期的所述湿度下降指数进行曲线拟合,获得目标土壤深度的第一疑似生根时刻和第一水分需求系数;
使用加权最小二乘法,并基于目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的所述参考权重,对目标土壤深度的所有参考灌溉周期的所述湿度水平指数进行曲线拟合,获得目标土壤深度的第二疑似生根时刻和第二水分需求系数;
对目标土壤深度的所述第一水分需求系数和所述第二水分需求系数进行综合,获得目标土壤深度的综合水分需求系数;
对目标土壤深度的所述第一疑似生根时刻和所述第二疑似生根时刻的差值的绝对值进行负相关的归一化处理,获得目标土壤深度的水分需求置信度;
将目标土壤深度的所述水分需求置信度和所述综合水分需求系数的乘积值,作为目标土壤深度的水分需求程度。
4.根据权利要求3所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标灌溉周期的湿度下降指数和湿度水平指数包括:将目标灌溉周期的水分吸收时段中每个时刻的所述湿度数据和相邻的下一时刻的所述湿度数据的差值,作为目标灌溉周期的水分吸收时段中每个时刻的湿度瞬时下降趋势;
将目标灌溉周期的水分吸收时段中每个时刻的预设时域窗口内所有时刻的所述湿度下降速率的平均值,作为目标灌溉周期的水分吸收时段中每个时刻的湿度局部下降趋势;
分别基于湿度下降指数和湿度水平指数的计算公式,获得目标灌溉周期的湿度下降指数和湿度水平指数,所述湿度下降指数和湿度水平指数的计算公式为:其中,表示目标灌溉周期的湿度下降指数;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中第个时刻的湿度局部下降趋势;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中第个时刻的湿度局部下降趋势;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中第个时刻的湿度瞬时下降趋势;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中所有时刻的数量;表示目标灌溉周期的湿度水平指数;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中所有时刻的湿度局部下降趋势的最大值;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中第个时刻的湿度局部下降趋势;表示目标灌溉周期的水分吸收时段中第个时刻的湿度数据。
5.根据权利要求3所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的参考权重包括:基于参考权重的计算公式,获得目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的参考权重,所述参考权重的计算公式为:其中,表示目标灌溉区域关于第个参考灌溉周期的参考权重;表示目标灌溉区域的第个土壤深度对应的深度数值;表示目标灌溉区域的第个土壤深度对应的深度数值;表示目标灌溉区域的第个土壤深度的第个参考灌溉周期的最大湿度数据;表示目标灌溉区域的第个土壤深度的当前灌溉周期的最大湿度数据;表示不同土壤深度的数量;表示归一化函数,用于归一化处理。
6.根据权利要求3所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标土壤深度的第一疑似生根时刻和第一水分需求系数包括:使用加权最小二乘法,并基于目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的所述参考权重,对目标土壤深度的每个参考灌溉周期对应的序号值和所述湿度下降指数组成的数据点进行曲线拟合,获得目标土壤深度的第一拟合曲线;
将所述第一拟合曲线上的斜率绝对值的最大值的数据点对应的参考灌溉周期的第一个时刻,作为目标土壤深度的第一疑似生根时刻;
将所述第一拟合曲线上的斜率绝对值的最大值的数据点对应的参考灌溉周期之前的所有参考灌溉周期的所述湿度下降指数的平均值,作为目标土壤深度的湿度下降参考值;
基于第一水分需求系数的计算公式,获得目标土壤深度的第一水分需求系数,所述第一水分需求系数的计算公式为:其中,表示目标土壤深度的第一水分需求系数;表示目标土壤深度的当前灌溉周期的湿度下降指数;表示目标土壤深度的湿度下降参考值;表示最后一个时刻;表示目标土壤深度的第一疑似生根时刻;表示以自然常数为底的指数函数。
7.根据权利要求3所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标土壤深度的第二疑似生根时刻和第二水分需求系数包括:使用加权最小二乘法,并基于目标灌溉区域关于每个参考灌溉周期的所述参考权重,对目标土壤深度的每个参考灌溉周期对应的序号值和所述湿度水平指数组成的数据点进行曲线拟合,获得目标土壤深度的第二拟合曲线;
将所述第二拟合曲线上的斜率绝对值的最大值的数据点对应的参考灌溉周期的第一个时刻,作为目标土壤深度的第二疑似生根时刻;
将所述第二拟合曲线上的斜率绝对值的最大值的数据点对应的参考灌溉周期之前的所有参考灌溉周期的所述湿度水平指数的平均值,作为目标土壤深度的湿度水平参考值;
基于第二水分需求系数的计算公式,获得目标土壤深度的第二水分需求系数,所述第二水分需求系数的计算公式为:其中,表示目标土壤深度的第二水分需求系数;表示目标土壤深度的当前灌溉周期的湿度水平指数;表示目标土壤深度的湿度水平参考值;表示最后一个时刻;表示目标土壤深度的第二疑似生根时刻;表示以自然常数为底的指数函数。
8.根据权利要求1所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得每个其他灌溉区域的开阀参考程度包括:基于开阀参考程度的计算公式,获得除目标灌溉区域之外的每个其他灌溉区域的开阀参考程度,所述开阀参考程度的计算公式为:其中,表示除目标灌溉区域之外的第个其他灌溉区域的开阀参考程度;表示除目标灌溉区域之外的第个其他灌溉区域的第个土壤深度的水分需求程度;表示目标灌溉区域的第个土壤深度的水分需求程度;表示不同土壤深度的数量;表示以自然常数为底的指数函数。
9.根据权利要求1所述的一种用于灌溉水利工程的控制系统,其特征在于,所述获得目标灌溉区域的最佳开阀程度包括:基于最佳开阀程度的计算公式,获得目标灌溉区域的最佳开阀程度,所述最佳开阀程度的计算公式为:其中,表示目标灌溉区域的最佳开阀程度;表示除目标灌溉区域之外的第个其他灌溉区域的开阀参考程度;表示除目标灌溉区域之外的第个其他灌溉区域的开阀参考程度;表示除目标灌溉区域之外的第个其他灌溉区域的喷灌阀门在最近一次灌溉时的所述开阀程度;表示除目标灌溉区域之外的所有其他灌溉区域的数量。
10.一种用于灌溉水利工程的智慧阀组,包括多个喷灌阀门,均匀设置在不同的灌溉区域中,所述智慧阀组还包括用于控制所述喷灌阀门的阀门控制模块以及用于对每个灌溉区域的不同土壤深度进行湿度数据采集的湿度传感器,所述阀门控制模块采样连接所述湿度传感器,以获取湿度数据,并对所述湿度数据进行处理,以实现如权利要求1~9任意一项所述控制系统的步骤。