灌区渠网输配水优化调控方法及装置、电子设备、介质与流程

本申请涉及灌区灌溉配水，尤其涉及一种灌区渠网输配水优化调控方法及装置、电子设备、介质。

背景技术：

1、随着全球气候变化和人口增长，水资源供需矛盾日益凸显，特别是在农业领域，水资源的合理分配对于保障粮食安全和可持续发展至关重要。因此，如何科学指导灌区配水优化，减少渠系损失，提高灌溉水利用率，成为农田水利稳健发展的关键。

2、在传统的灌区配水过程中，由于缺乏实时数据支持和智能化管理，配水计划往往基于农作物生长制度、灌区渠系分布及人工经验进行制定，这种模式在时间尺度上较为固定，难以实时应对气象条件及水源水情的变化，导致输配水模式粗略且缺乏灵活性和时效性。随着信息技术和人工智能的发展，结合气象条件和灌溉需水预报的实时渠系输配水成为可能，优化目标也从单一的渠系输配水损失最小化，发展到兼顾渠系输水平稳的多目标建模。

3、在灌区渠系优化配水模型的研究中，已经出现了多种智能算法，如差分进化、多目标粒子群和nsga-ii，这些算法在灌区渠系输配水问题上的时效性、精细化有所改良，但在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：输水模型的仿真精度不够高，使得后续调优方案与实际相差较远。

4、综上所述，灌区渠网输配水优化调控技术的发展，不仅需要考虑水资源的合理分配和利用，还需要结合现代信息技术和智能算法，以实现灌区的科学化管理和高效调度。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种灌区渠网输配水优化调控方法及装置、电子设备、介质，以解决相关技术中存在的输水模型的仿真精度不够高的技术问题。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种灌区渠网输配水优化调控方法，包括：

3、s1：收集历史文字记录的灌区灌溉数据和信息化建设后传感器所采集的灌区灌溉数据，所述灌区灌溉数据包括气象特征数据、作物数据各灌片不同土层的墒情数据以及对应时段的闸门调度方案；

4、s2：构建渠网水动力模型；

5、s3：使用所述灌区灌溉数据率定所述渠网水动力模型，并利用率定完成的渠网水动力模型生成仿真数据集；

6、s4：构建transformer模型，并使用所述仿真数据集对transformer模型进行训练；

7、s5：使用训练后的transformer模型和粒子群算法，结合优化目标，寻找最优闸门调度方案；

8、s6：获取应用所述最优闸门调度方案的灌区实际灌溉数据，将所述灌区实际灌溉数据作为负反馈对s4训练后的transformer模型进行再训练。

9、根据本申请实施例的第二方面，提供一种灌区渠网输配水优化调控装置，包括：

10、数据获取模块，用于收集历史文字记录的灌区灌溉数据和信息化建设后传感器所采集的灌区灌溉数据，所述灌区灌溉数据包括气象特征数据、作物数据各灌片不同土层的墒情数据以及对应时段的闸门调度方案；

11、模型构建模块，用于构建渠网水动力模型；

12、率定及数据生成模块，用于使用所述灌区灌溉数据率定所述渠网水动力模型，并利用率定完成的渠网水动力模型生成仿真数据集；

13、模型构建及训练模块，用于构建transformer模型，并使用所述仿真数据集对transformer模型进行训练；

14、优化模块，用于使用训练后的transformer模型和粒子群算法，结合优化目标，寻找最优闸门调度方案；

15、负反馈模块，用于获取应用所述最优闸门调度方案的灌区实际灌溉数据，将所述灌区实际灌溉数据作为负反馈对模型构建及训练模块训练后的transformer模型进行再训练。

16、根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

17、一个或多个处理器；

18、存储器，用于存储一个或多个程序；

19、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

20、根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

21、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

22、采用先使用渠网水动力模型生成仿真数据集对transformer模型进行粗训练，再使用调度后的实际灌溉数据对transformer模型进行迭代训练的方式，不仅解决了输水模型的仿真精度不够高的问题，还降低了输水模型在信息化建设不足的灌区的应用难度。与基于水动力学模拟的灌区渠网输配水优化调控方法相比，本发明可根据实际情况和需要灵活调整模型复杂度。最低可在缺乏高精度的灌区三维矢量数据和不对圣维南方程组进行求解的情况下构建简化的渠网水动力模型，降低了本发明的使用门槛。

23、相较于基于rnn、lstm、gru和sru模型的灌区渠网输配水优化调控方法，本发明使用的transformer模型计算时不依赖上一次计算结果，计算速度更快，能更好的配合优化算法寻优。其次，通过使用渠网水动力模型生成仿真数据训练transformer模型，使其拥有了更强的鲁棒性。

24、此外，本发明考虑了模型后续维护的问题，通过使用具有注意力机制的transformer模型，使得模型在部署后仍能持续迭代预测精度，具有更强的泛用性。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种灌区渠网输配水优化调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，收集历史文字记录的灌区灌溉数据和信息化建设后传感器所采集的灌区灌溉数据后，还包括：对所述灌区灌溉数据进行数据清洗和格式化处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气象特征数据包括光照、降雨、温度和湿度，所述作物数据包括种植类型和生长期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建渠网水动力模型，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述灌区灌溉数据率定所述渠网水动力模型，并利用率定完成的渠网水动力模型生成仿真数据集，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建transformer模型，并使用所述仿真数据集对transformer模型进行训练，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用训练后的transformer模型和粒子群算法，结合优化目标，寻找最优闸门调度方案，包括：

8.一种灌区渠网输配水优化调控装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种灌区渠网输配水优化调控方法及装置、电子设备、介质，包括：收集历史文字记录的灌区灌溉数据和信息化建设后传感器所采集的灌区灌溉数据；构建渠网水动力模型；使用所述灌区灌溉数据率定所述渠网水动力模型，并利用率定完成的渠网水动力模型生成仿真数据集；构建Transformer模型，并使用所述仿真数据集对模型进行训练；使用训练后的模型和粒子群算法，结合优化目标，寻找最优闸门调度方案；获取应用所述最优闸门调度方案的灌区实际灌溉数据，将所述灌区实际灌溉数据作为负反馈对训练后的模型进行再训练。更为精准的满足灌区作物需水、实现水资源优化利用的同时，便于推广使用以及未来模型迭代。技术研发人员：苏玉杰,祝郑欧,蒋元中,过团挺,李河,顾文钰,周礼英,马技,廖佳庆,斯舰艇,田嘉皓,江志鹏,樊春龙,孙菁雯,曾嘉杰受保护的技术使用者：杭州定川信息技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23