一种闸门开度控制系统

技术领域

本发明涉及闸门控制的技术领域，具体而言，涉及一种闸门开度控制系统。

背景技术

水利闸门，就是修建在河道、渠道或者湖、海口，利用闸门控制流量和调节水位的水工建筑物，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄(引)水的双重功能，关闭闸门则可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要，而开启闸门则可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量，且水利闸门一般建在平原地区，其功能是兼顾防洪、取水、排水、航运和发电，是综合水利工程。

但是随着水质问题的不断发生，水利闸门两侧的上游流域和下游流域都存在着不同程度的污染问题，且上游流域存在的污染源会明显多于下游流域，导致上游流域的水质污染会明显比下游流域严重，上游流域的下游流域的正常通水势必会减弱水质治理的效果，因此，对于水利闸门的要求不再只是防洪、取水、排水、航运和发电，急需一种对于闸门的精确化控制系统，能够根据水质污染度和水位情况对闸门开度进行智能调控，以配合进行水质治理，提高治理效果。

发明内容

本发明要解决的问题是：如何根据水质污染度和水位情况对闸门开度进行智能调控，以配合进行水质治理，提高治理效果。

为解决上述问题，本发明提供一种闸门开度控制系统，预先在河流上游和下游的交汇处设置多道闸门，河流上游内沿河道水流的流动方向依次设置有多个第一水位传感器，且河流上游均分为多个上游分区，每个所述上游分区内均设有一第一水质探测器，河流下游内沿河道水流的流动方向依次设置有多个第二水位传感器，且河流下游均分为多个下游分区，每个所述下游分区内均设有一第二水质探测器，所述闸门开度控制系统包括：

多个从机，每个所述从机分别与对应的所述闸门相连接，用于采集对应的所述闸门的实时开度；

一主机，分别连接各所述从机、各所述第一水位传感器、各所述第一水质探测器、各所述第二水位传感器和各所述第二水质探测器，所述主机包括：

一第一控制模块，用于控制各所述第一水位探测器、各所述第一水质探测器、各所述第二水位传感器和各所述第二水质探测器分别检测得到对应的第一水位、第一污染度、第二水位和第二污染度；

一分析模块，连接所述第一控制模块，用于将各所述第一水位、各所述第一污染度、各所述第二水位、各所述第二污染度和各所述实时开度输入至预先训练得到的开度分析模型中得到各所述闸门对应的一最优开度；

一第二控制模块，连接所述分析模块，用于控制各所述从机将各所述闸门的所述实时开度分别调整至对应的所述最优开度。

本方案中，考虑到河流各个区块的水质情况和水位情况可能存在不同，因此对河流上游和河流下游分别建立分区，通过在各自的所述上游分区和所述下游分区内分别投入所述第一水质探测器、所述第二水质探测器来测得对应的污染度，并结合河流上游各区块的所述第一水位和河流下游各区块的所述第二水位，利用所述开度分析模型对所述实时开度进行分析得到各所述闸门的所述最优开度，使得各所述闸门处于所述最优开度时，河流上游和河流下游之间的通水量不影响正常用水，同时保证河流下游的水质治理程度和来自河流上游的水质污染程度处于治理的最优点，能够配合进行水质治理，并有效提高治理效果。

优选的，所述主机还包括一绘图模块，用于根据预先获取的河流上游和河流下游的河道结构数据、各所述闸门的位置信息、各所述上游分区以及各所述下游分区绘制得到河流平面分区图，并根据河流上游和河流下游的所述河道结构数据、各所述第一水位传感器的位置信息以及各所述第二水位传感器的位置信息绘制得到河流纵深图以供工作人员进行查看。

本方案中，通过设置所述绘图模块，将河流上游、河流下游、各所述闸门、各所述上游分区和各所述下游分区呈现于所述河流平面分区图内以供工作人员更直观地进行查看，同时，将河流上游、河流下游、各所述第一水位传感器和各所述第二水位传感器呈现于所述河流纵深图内以供工作人员更直观的进行查看，结合所述河流平面分区图和所述河流纵深图即可查看到河流上游、河流下游、各所述闸门的全貌。

优选的，各所述上游分区和各所述下游分区均设有对应的一分区编号，各所述第一水质探测器和各所述第二水质探测器分别与对应的所述分区编号相关联，所述主机还包括一第一可视化模块，连接所述绘图模块，用于将各所述第一污染度和各所述第二污染度按照对应的所述分区编号置入所述河流平面分区图内进行可视化展示，以及将各所述第一水位和各所述第二水位按照各所述第一水位传感器、各所述第二水位传感器的位置信息置入所述河流纵深图内进行可视化展示。

本方案中，为了系统识别的便利性，对每个所述上游分区和每个所述下游分区分别设置一个所述分区编号，同时，将各所述第一水质探测器检测得到的所述第一污染度和各所述第二水质探测器检测得到的所述第二污染度按照所述分区编号显示于对应的所述上游分区或所述下游分区内，使得工作人员可以直观掌握到各个分区的污染情况。

进一步的，考虑到各所述第一水位传感器和各所述第二水位传感器的位置设置逻辑与河流的分区逻辑可能存在不同，即无法用分区来代表各所述第一水位传感器和各所述第二水位传感器的具体设置位置，因此将各所述第一水位传感器检测得到的所述第一水位和各所述第二水位传感器检测得到的所述第二水位按照水位传感器的位置信息显示于所述河流纵深图内，使得工作人员可以直观掌握到河流上游和河流下游各处的水位情况。

优选的，每道所述闸门分别对应一数字编码，各所述从机分别与对应的所述数字编码相关联，所述主机还包括一第二可视化模块，连接所述绘图模块，用于将各所述闸门的所述实时开度按照对应的所述数字编码置入所述河流平面分区图内进行可视化展示。

本方案中，为了系统识别的便利性，对每个所述闸门赋予一个所述数字编码，同时，将各所述从机采集到的各所述闸门的实时开度按照所述数字编码显示于所述河流平面分区图内，使得工作人员可以直观掌握到每个闸门的开度情况。

优选的，所述主机还包括一紧急控制模块，连接所述第二控制模块，用于在接收到外部输入的一紧急指令时，根据所述紧急指令输出一紧急控制信号至所述第二控制模块，以使所述第二控制模块根据所述紧急控制信号控制各所述闸门关闭。

本方案中，通过设置所述紧急控制模块可以保证在紧急情况下可以直接一键关闭所有所述闸门，避免关闭不及时造成危害。

优选的，所述主机还包括一模型训练模块，连接所述分析模块，用于采集包含多个历史上游水位、多个历史下游水位、多个历史上游污染度、多个历史下游污染度、一历史调整前开度总值和一历史调整后开度总值的多组历史控制数据，并针对每组所述历史控制数据，为各所述历史上游水位、各所述历史下游水位、各所述历史上游污染度、各所述历史下游污染度、所述历史调整前开度总值分别配置对应的一可变权值，通过加权计算得到所述历史调整后污染度总值，以及将各所述各所述历史上游水位、各所述历史下游水位、各所述历史上游污染度、各所述历史下游污染度、所述历史调整前开度总值作为输入，将对应的所述历史调整后开度总值作为输出，训练得到所述开度分析模型。

本方案中，采用多组历史控制数据作为所述开度分析模型的训练数据，以历史上游水位、历史下游水位、历史上游污染度、历史下游污染度、历史调整前开度总值和历史调整后开度总值作为训练基数，通过多维度、多层次、多类别的数据计算提高机器学习的准确性。

优选的，所述历史调整前开度总值为各所述闸门对应的历史调整前开度的加和总值，所述历史调整后开度总值为各所述闸门对应的历史调整后开度的加和总值。

优选的，各所述从机分别通过一闸门开度仪连接所述闸门，则所述第二控制模块控制各所述闸门开度仪将各所述闸门的所述实时开度分别调整至对应的所述最优开度。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

附图标记说明：1、闸门；2、第一水位传感器；3、第一水质探测器；4、第二水位传感器；5、第二水质探测器；6、从机；7、主机；71、第一控制模块；72、分析模块；73、第二控制模块；74、绘图模块；75、第一可视化模块；76、第二可视化模块；77、紧急控制模块；78、模型训练模块；8、闸门开度仪。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种闸门开度控制系统，预先在河流上游和下游的交汇处设置多道闸门1，河流上游内沿河道水流的流动方向依次设置有多个第一水位传感器2，且河流上游均分为多个上游分区，每个上游分区内均设有一第一水质探测器3，河流下游内沿河道水流的流动方向依次设置有多个第二水位传感器4，且河流下游均分为多个下游分区，每个下游分区内均设有一第二水质探测器5，如图1所示，闸门开度控制系统包括：

多个从机6，每个从机6分别与对应的闸门1相连接，用于采集对应的闸门1的实时开度；

一主机7，分别连接各从机6、各第一水位传感器2、各第一水质探测器3、各第二水位传感器4和各第二水质探测器5，主机7包括：

一第一控制模块71，用于控制各第一水位探测器2、各第一水质探测器3、各第二水位传感器4和各第二水质探测器5分别检测得到对应的第一水位、第一污染度、第二水位和第二污染度；

一分析模块72，连接第一控制模块71，用于将各第一水位、各第一污染度、各第二水位、各第二污染度和各实时开度输入至预先训练得到的开度分析模型中得到各闸门1对应的一最优开度；

一第二控制模块73，连接分析模块72，用于控制各从机6将各闸门1的实时开度分别调整至对应的最优开度。

具体地，本实施例中，考虑到河流各个区块的水质情况和水位情况可能存在不同，因此对河流上游和河流下游分别建立分区，通过在各自的上游分区和下游分区内分别投入第一水质探测器3、第二水质探测器5来测得对应的污染度，并结合河流上游各区块的第一水位和河流下游各区块的第二水位，利用开度分析模型对实时开度进行分析得到各闸门1的最优开度，使得各闸门1处于最优开度时，河流上游和河流下游之间的通水量不影响正常用水，同时保证河流下游的水质治理程度和来自河流上游的水质污染程度处于治理的最优点，能够配合进行水质治理，并有效提高治理效果。

优选的，通过在河流上游内沿河道水流的流动方向依次设置多个第一水位传感器2，在河流下游内沿河道水流的流动方向依次设置多个第二水位传感器4来实现各区块的河流水位检测，保证水位检测全覆盖。

优选的，通过将河流上游均分为多个上游分区，在每个上游分区内设置一个第一水质探测器3，将河流下游均分为多个下游分区，在每个下游分区内设置一个第二水质探测器5来实现各区块的河流污染度检测，保证污染度检测全覆盖。

本发明的较佳的实施例中，主机7还包括一绘图模块74，用于根据预先获取的河流上游和河流下游的河道结构数据、各闸门1的位置信息、各上游分区以及各下游分区绘制得到河流平面分区图，并根据河流上游和河流下游的河道结构数据、各第一水位传感器2的位置信息以及各第二水位传感器4的位置信息绘制得到河流纵深图以供工作人员进行查看。

具体地，本实施例中，通过设置绘图模块74，将河流上游、河流下游、各闸门1、各上游分区和各下游分区呈现于河流平面分区图内以供工作人员更直观地进行查看，同时，将河流上游、河流下游、各第一水位传感器2和各第二水位传感器4呈现于河流纵深图内以供工作人员更直观的进行查看，结合河流平面分区图和河流纵深图即可查看到河流上游、河流下游、各闸门1的全貌。

优选的，河流平面分区图可以采用俯视视角呈现河流上游、河流下游、各闸门1、各上游分区和各下游分区的位置，而河流纵深图可以采用截面视角呈现河流上游、河流下游、各第一水位传感器2和各第二水位传感器4的位置。

优选的，河流平面分区图和河流纵深图可以是对河流上游和河流下游的河道结构数据等比缩放数倍后得到。

优选的，考虑到各第一水位传感器2和各第二水位传感器4的位置设置逻辑与河流的分区逻辑可能存在不同，即无法用分区来代表各第一水位传感器2和各第二水位传感器4的具体设置位置，因此将各第一水位传感器2检测得到的第一水位和各第二水位传感器4检测得到的第二水位按照水位传感器的位置信息显示于河流纵深图内，使得工作人员可以直观掌握到河流上游和河流下游各处的水位情况。

本发明的较佳的实施例中，各上游分区和各下游分区均设有对应的一分区编号，各第一水质探测器3和各第二水质探测器5分别与对应的分区编号相关联，主机7还包括一第一可视化模块75，连接绘图模块74，用于将各第一污染度和各第二污染度按照对应的分区编号置入河流平面分区图内进行可视化展示，以及将各第一水位和各第二水位按照各第一水位传感器2、各第二水位传感器4的位置信息置入河流纵深图内进行可视化展示。

具体地，本实施例中，为了系统识别的便利性，对每个上游分区和每个下游分区分别设置一个分区编号，同时，将各第一水质探测器3检测得到的第一污染度和各第二水质探测器5检测得到的第二污染度按照分区编号显示于对应的上游分区或下游分区内，使得工作人员可以直观掌握到各个分区的污染情况。

优选的，在具体操作时，可以根据各个分区的污染度大小进行不同深度颜色的呈现，使得污染程度大的分区更加明显直观。

本发明的较佳的实施例中，每道闸门1分别对应一数字编码，各从机6分别与对应的数字编码相关联，主机7还包括一第二可视化模块76，连接绘图模块74，用于将各闸门1的实时开度按照对应的数字编码置入河流平面分区图内进行可视化展示。

具体地，本实施例中，为了系统识别的便利性，对每个闸门1赋予一个数字编码，同时，将各从机6采集到的各闸门1的实时开度按照数字编码显示于河流平面分区图内，使得工作人员可以直观掌握到每个闸门1的开度情况。

本发明的较佳的实施例中，主机7还包括一紧急控制模块77，连接第二控制模块73，用于在接收到外部输入的一紧急指令时，根据紧急指令输出一紧急控制信号至第二控制模块73，以使第二控制模块73根据紧急控制信号控制各闸门1关闭。

具体地，本实施例中，通过设置紧急控制模块77可以保证在紧急情况下可以直接一键关闭所有闸门1，避免关闭不及时造成危害。

本发明的较佳的实施例中，主机7还包括一模型训练模块78，连接分析模块72，用于采集包含多个历史上游水位、多个历史下游水位、多个历史上游污染度、多个历史下游污染度、一历史调整前开度总值和一历史调整后开度总值的多组历史控制数据，并针对每组历史控制数据，为各历史上游水位、各历史下游水位、各历史上游污染度、各历史下游污染度、历史调整前开度总值分别配置对应的一可变权值，通过加权计算得到历史调整后污染度总值，以及将各各历史上游水位、各历史下游水位、各历史上游污染度、各历史下游污染度、历史调整前开度总值作为输入，将对应的历史调整后开度总值作为输出，训练得到开度分析模型。

具体地，本实施例中，采用多组历史控制数据作为开度分析模型的训练数据，以历史上游水位、历史下游水位、历史上游污染度、历史下游污染度、历史调整前开度总值和历史调整后开度总值作为训练基数，通过多维度、多层次、多类别的数据计算提高机器学习的准确性。

优选的，在不断的模拟计算过程中，不断地调整各个可变权值的具体参数，以此不断提高开度分析模型得到的最优开度的准确性。

本发明的较佳的实施例中，历史调整前开度总值为各闸门1对应的历史调整前开度的加和总值，历史调整后开度总值为各闸门1对应的历史调整后开度的加和总值。

具体地，本实施例中，开度分析模型分析得到的是最优开度的加和总值，工作人员可以根据实际情况下各个闸门1的实时开度，为每个闸门1分配对应的最优开度，使得各个闸门1开度调整的幅度最小。

本发明的较佳的实施例中，各从机6分别通过一闸门开度仪8连接闸门1，则第二控制模块73控制各闸门开度仪8将各闸门1的实时开度分别调整至对应的最优开度。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。