本发明涉及灌溉闸门控制领域，具体涉及一种闸门灌溉控制系统及控制方法。
背景技术：
1、闸门灌溉是一种广泛应用于农业领域的水资源管理技术，通过在水渠中设置闸门来调节水流量，以实现对农田的定量灌溉。该方法常用于渠道灌溉系统中，通过控制闸门的开闭，实现水流的分配和控制。随着农业技术的发展，闸门灌溉逐渐成为现代农业中不可或缺的一部分，有助于优化水资源的使用，提高作物的生长条件，进而提升农业产量。然而，现有的闸门灌溉系统通常集中于对单个闸门的简单控制，缺乏对整体灌区内不同地块需水量的精细化管理。由于灌区内不同地块的作物种类、土壤条件和地理位置存在差异，各地块对水量的需求不尽相同，这种情况下，采用单一的闸门控制可能导致一些地块灌溉过多，而另一些地块则灌溉不足，严重影响灌溉效率和作物产量。
2、针对上述问题，现有技术中虽然提出了一些改进措施，例如，公告号为cn115981221b的中国专利文件公开了逐级优化的渠道灌溉闸门控制方法及系统，其通过本级闸门确定下一级闸门的目标流速，下一级闸门确定下下一级闸门的目标流速，以逐级控制的方式，动态调整各闸门的流速，能够使灌溉水精准高效的进入农田，避免渠头渠尾的灌溉差异。但是，这种方法存在一些技术缺陷：难以实时、准确地根据各地块上作物的需水量变化调整灌溉策略，容易造成各地块局部灌溉不均的问题。因此，现有技术在解决灌区内不同地块的需水量差异方面仍然存在诸多不足，难以实现高效的水资源利用和稳定的作物生产。
技术实现思路
1、针对上述不能根据作物需水量调节灌溉策略的问题，在第一方面中本发明提出了一种闸门灌溉控制方法，包括：划分多个初始灌溉区域，所述初始灌溉区域包含多个设定大小的地块；采用预先获取的最优聚类半径对地块的空间坐标进行聚类，得到聚类结果，将所述聚类结果中聚类簇对应灌溉区域记为精准灌溉区域，所述空间坐标包含地块的位置信息与地块上作物的需水量信息；获取各精准灌溉区域的闸门的开度，所述闸门的开度与精准灌溉区域内作物的总需水量呈正相关，与灌溉时间、闸门宽度、流量系数以及水流量呈负相关；所述最优聚类半径获取过程为：在聚类时，设定初始聚类半径，递增生成多个聚类半径；获取每个聚类半径的半径适配度指标，拟合半径与半径适配度指标的关系曲线；基于所述关系曲线的峰值与斜率变化确定最优聚类半径；所述半径适配度指标，具体为：
2、
3、其中表示类内距离均值；表示类间距离均值；表示所有聚类簇中心点所在初始灌溉区域包含的地块数量与聚类簇包含总数据量的比例的最小值；表示所有初始灌溉区域包含的聚类簇数量的均值；表示所有聚类簇中包含数据点对应地块上作物的需水量极差的均值。
4、该方法通过对地块上作物的需水量和地块坐标进行聚类，并利用聚类半径的适配度指标来确定最优的聚类半径，从而能够精准地确定每个灌溉区域内作物的总需水量。通过此方法，可以实现更加精准的灌溉控制，减少水资源浪费，提升作物产量。传统的灌溉方法通常依赖于固定的区域划分和经验性的数据，无法动态调整灌溉策略，可能导致过度或不足的灌溉。本发明通过引入聚类分析和适配度指标，大幅提升了灌溉的精准性和效率，与现有技术相比，能更有效地利用水资源，降低运行成本。
5、进一步地，所述作物的需水量信息计算方法为：
6、
7、其中表示坐标为的地块上作物的需水量；表示坐标为的地块的土壤水分修正系数，为农田缺水情况下土壤含水量对作物需水量的影响的校正系数；表示坐标为的地块上种植作物的作物系数，为作物生长的需水量与潜在的蒸散发之比；表示参考作物蒸发量，所述参考作物蒸发量根据彭曼-蒙蒂斯公式计算。
8、通过引入土壤水分修正系数、作物系数和参考作物蒸发量的计算模型，使得需水量计算更加准确，能够更好地适应不同环境下的灌溉需求。传统的需水量计算方法往往忽略了土壤水分和作物系数的动态变化，导致计算结果不准确。本发明通过综合考虑这些因素，提高了需水量计算的精度，优化了灌溉方案。
9、进一步地，所述各精准灌溉区域的闸门的开度计算方法为：
10、
11、其中表示第个闸门的闸门开度；表示第个闸门控制的精准灌溉区域内作物的总需水量；表示第个闸门的流量系数，有；表示第个闸门的宽度；表示作物种植区域的重力加速度；表示第个闸门的水位；表示第个闸门设定的灌溉时间。
12、通过引入闸门开度与作物需水量、灌溉时间和水流量之间的关系模型，能够更加精确地控制灌溉量，确保各区域作物得到所需的水分。传统灌溉系统的闸门开度多基于经验或固定值，不能随需水量动态调整。本发明通过科学计算闸门开度，能够在不同的灌溉条件下提供更精准的水分供给。
13、进一步地，基于所述关系曲线的峰值与斜率变化确定最优聚类半径，还包括：计算曲线的一阶导数与二阶导数，将一阶导数为0且二阶导数为负的点对应的半径适配度指标记为峰值；计算所述峰值左右各设定数量数据点的一阶导数的方差；将所述方差最小的峰值对应的半径记为最优聚类半径。
14、进一步地，所述地块的空间坐标获取过程为：将整个作物种植区域的几何中心作为空间坐标系中平面坐标系的原点，每个地块用其中心点的坐标表示；将地块上作物的需水量作为空间坐标系的垂直竖轴，得到空间坐标系；任一地块对应一个空间坐标，其中表示地块在整个作物种植区域中的位置；表示坐标为的地块上作物的需水量的归一化表示；表示地块所属初始灌溉区域的标签。
15、通过建立三维空间坐标系，将作物需水量、地块位置和初始灌溉区域标签进行统一处理，简化了聚类分析的复杂度，提升了计算效率。现有技术中，需水量与地块位置的处理往往是独立的，难以有效结合进行综合分析。本发明通过空间坐标系的统一建模，增强了数据的可操作性，提升了聚类分析的效果。
16、进一步地，采用预先获取的最优聚类半径对地块的空间坐标进行聚类，还包括：基于所述最优聚类半径使用均值漂移算法对地块的空间坐标进行聚类。
17、采用均值漂移算法进行聚类，能够有效处理不同形状和密度的聚类簇，适应性强，保证了聚类结果的准确性。传统聚类算法如k均值等对初始条件依赖较强，聚类结果稳定性较差。本发明通过均值漂移算法提高了聚类的鲁棒性和稳定性，适用于多种实际灌溉场景。
18、进一步地，所述半径与半径适配度指标的关系曲线的拟合算法为最小二乘法。
19、进一步地，所述总需水量的计算方法为：
20、
21、其中表示第个闸门所控制的精准灌溉区域中第个地块上作物需水量；表示第个闸门所控制的精准灌溉区域包含的地块总数量。
22、在第二方面中，本发明提供了一种闸门灌溉控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现本发明的闸门灌溉控制方法。
23、本发明的技术效果为：
24、本发明通过创新性地将聚类分析应用于灌溉区域的优化划分，结合需水量和地块坐标，精确确定最优聚类半径，进而科学控制闸门开度，实现了高效、精准、智能的灌溉管理，显著提升了水资源利用率且对作物生成过程有益。
1.一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述作物的需水量信息计算方法为：
3.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述各精准灌溉区域的闸门的开度计算方法为：
4.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，基于所述关系曲线的峰值与斜率变化确定最优聚类半径，包括：
5.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述地块的空间坐标获取过程为：
6.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，采用预先获取的最优聚类半径对地块的空间坐标进行聚类，包括：
7.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述半径与半径适配度指标的关系曲线的拟合算法为最小二乘法。
8.根据权利要求1所述的一种闸门灌溉控制方法，其特征在于，所述总需水量的计算方法为：
9.一种闸门灌溉控制系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现权利要求1~8任意一项所述的闸门灌溉控制方法。
