關(guān)于旱（墑）情自動(dòng)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的探討

□曹湖海（河南省松山機(jī)電設(shè)備有限公司)

河南是農(nóng)業(yè)大省，而干旱又是河南最主要的自然災(zāi)害之一，且發(fā)生頻率高，持續(xù)時(shí)間長，波及范圍大，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴(yán)重影響，如何應(yīng)對(duì)干旱，及時(shí)進(jìn)行農(nóng)田灌溉保證農(nóng)業(yè)豐收是各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的每年工作重點(diǎn)。及時(shí)準(zhǔn)確地掌握旱情則又是各項(xiàng)工作之首，過去這項(xiàng)工作采用的是人工采集，逐級(jí)上報(bào)的方式，往往出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)、誤時(shí)等現(xiàn)象，隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)據(jù)的完全自動(dòng)采集、快速自動(dòng)傳輸、準(zhǔn)確自動(dòng)預(yù)警成為可能。

一、系統(tǒng)的構(gòu)成

本系統(tǒng)有信息采集、信息傳輸、信息處理3大部分組成。

（一）信息采集

信息采集采用旱（墑）情在線傳感器、雨量在線傳感器等，可以適時(shí)地將各種物理信息變成電信號(hào)，在軟件的驅(qū)動(dòng)下完全自動(dòng)地向外發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送時(shí)間間隔可以任意調(diào)整，可以是1s、1min、或者是1h，這些工作不需要人工操作，1天24h無間斷工作，不管酷暑寒冬，風(fēng)雨交加都能任勞任怨無休止地工作，保證了數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（二）信息傳輸

信息傳輸采用GPRS信息傳輸系統(tǒng)，其含義是通用無線分組業(yè)務(wù)，這是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。其顯著的優(yōu)勢(shì)還在于其“永遠(yuǎn)在線”。只要激活GPRS應(yīng)用后，將一直保持在線，類似于無線專線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

這種系統(tǒng)不需要任何建設(shè)費(fèi)用，每年僅需幾十元的使用費(fèi)即可，簡單方便，無任何“門檻”，只要付費(fèi)，立即就能使用，并且這種系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，應(yīng)該作為旱（墑）情自動(dòng)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的首選。

（三）信息處理

各種數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、傳輸送到信息處理預(yù)警中心，信息處理預(yù)警中心將對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理功能是對(duì)存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行1天、1月、1季、1年甚至10年的最大值、最小值、平均值、前差值、積累值和其它各種特殊的運(yùn)算處理、統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)根據(jù)需要，生成各類報(bào)表、趨勢(shì)曲線、使用圖表，包括即時(shí)報(bào)表、班報(bào)、月報(bào)、年報(bào)、各類趨勢(shì)曲線、棒狀圖等。

信息處理的另一個(gè)重要功能是計(jì)算歷史同期值，例如：2000～2010年每年3月份旱情數(shù)據(jù)的平均值、最大值等，2000～2010年每年4月6日的旱情數(shù)據(jù)的平均值、最大值等，并生成各類趨勢(shì)曲線、棒狀圖等。進(jìn)而對(duì)旱情進(jìn)行分析預(yù)測(cè)和建立旱情評(píng)估模型。

（四）信息處理預(yù)警中心的設(shè)立

信息處理預(yù)警中心設(shè)立省中心、地市級(jí)中心兩級(jí)管理中心，采集的數(shù)據(jù)可以同時(shí)傳送到省中心、地市級(jí)中心，并根據(jù)權(quán)限分別進(jìn)行信息處理。

二、系統(tǒng)的功能

（一）報(bào)警功能

按輕度干旱、中度干旱、嚴(yán)重干旱和特大干旱4個(gè)干旱等級(jí)劃分旱情，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重干旱時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，彈出報(bào)警畫面，并通過聲光方式通知值班人員。報(bào)警畫面不但顯示報(bào)警點(diǎn)和報(bào)警類型，而且還可以按照?qǐng)?bào)警等級(jí)做出相關(guān)反應(yīng)，記錄報(bào)警的信息。

報(bào)警信息一般要進(jìn)行手動(dòng)確認(rèn)，超過時(shí)間未進(jìn)行確認(rèn)，則自動(dòng)通過短信方式將報(bào)警信息傳送到相關(guān)責(zé)任人及部門負(fù)責(zé)人的手機(jī)上。

（二）地理信息系統(tǒng)功能

地理信息系統(tǒng)基本功能是將表格型數(shù)據(jù)（無論它來自數(shù)據(jù)庫，電子表格文件或直接在程序中輸入）轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，然后對(duì)顯示結(jié)果瀏覽、操作和分析。

具體操作是將各信息采集點(diǎn)的地理位置標(biāo)注在地圖上，這樣可以直觀地看到各信息采集點(diǎn)具體的地理位置和一個(gè)區(qū)域內(nèi)各檢測(cè)點(diǎn)的分布，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊檢測(cè)點(diǎn)的位置可以看到各檢測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)，便于查詢。

（三）直觀顯示功能

各信息采集點(diǎn)在地圖上的標(biāo)注點(diǎn)的顏色隨檢測(cè)值的變化而變化，即達(dá)到不同干旱等級(jí)顯示不同的顏色，如紅色代表特大干旱、橙色代表嚴(yán)重干旱、黃色代表中度干旱、藍(lán)色代表輕度干旱。這樣不但可以看到一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)信息，又可以從宏觀上看到一個(gè)區(qū)域的整體旱情分布，便于從宏觀上進(jìn)行決策。對(duì)應(yīng)于不同的響應(yīng)級(jí)別，制定相應(yīng)的響應(yīng)方案。

（四）歷史記錄查詢功能

可以查詢1天、1月、1季或者1年的歷史記錄，并以表格或曲線的形式顯現(xiàn)出來。或者查詢歷史上某1天、某1月的歷史記錄，并以表格或曲線的形式顯現(xiàn)出來。

三、信息采集點(diǎn)的建立

根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，信息采集點(diǎn)的數(shù)量當(dāng)然是越多越能正確地反映真實(shí)情況和整體效應(yīng)，考慮到資金的限制，不可能建立很多，但為了保證系統(tǒng)的實(shí)用效果，最起碼每一鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)立一個(gè)信息采集點(diǎn)。

信息采集點(diǎn)的關(guān)鍵工作是測(cè)量土壤含水量。土壤含水量的測(cè)量主要靠土壤含水量傳感器來工作，土壤含水量傳感器的工作原理是通過測(cè)量土壤的電介質(zhì)常數(shù)，來計(jì)算土壤體積含水量。水的介電常數(shù)大約是80，土壤礦質(zhì)的大概為4，空氣為1。由于水的介電常數(shù)非常高，因此當(dāng)土壤中的水分含量變化時(shí)，土壤的介電常數(shù)也隨之發(fā)生相當(dāng)大的變化。使用時(shí)可將之置于欲測(cè)量的土壤中，通過測(cè)量傳感器上電容的變化，從而測(cè)量該介質(zhì)的介電常數(shù)或電容率。還有一種電介質(zhì)型傳感器，是通過測(cè)量電磁脈沖經(jīng)過埋于介質(zhì)中的波導(dǎo)傳導(dǎo)所消耗的時(shí)間來測(cè)量該介質(zhì)的介電常數(shù)，該傳感器稱作為時(shí)域反射儀（TDR）。但因其價(jià)格十分昂貴且相當(dāng)復(fù)雜，大量使用受到限制。

任何可以準(zhǔn)確測(cè)量電容率的傳感器都可用來確定體積含水量。影響因素一般是溫度和鹽度。因此應(yīng)選用對(duì)土壤鹽度和溫度效應(yīng)敏感度相對(duì)較低的一種，而且選用要耗電極少，從而更容易實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測(cè)。

四、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

除了旱（墑）情自動(dòng)檢測(cè)外，系統(tǒng)還應(yīng)方便地進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)行多數(shù)據(jù)的檢測(cè)，例如，雨量檢測(cè)、風(fēng)力檢測(cè)、氣溫檢測(cè)、地表水監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、蒸發(fā)量檢測(cè)等，這樣可以減少投資，提高系統(tǒng)的綜合效能，為科學(xué)的管理和決策提供綜合信息。