東北四省區(qū)節(jié)水增糧信息化建設(shè)內(nèi)容及框架

東北四省區(qū)節(jié)水增糧行動計劃建設(shè)高效節(jié)水灌溉面積3 800萬畝(253.33萬hm2)，其中黑龍江1 500萬畝（100萬hm2），吉林900萬畝（60萬hm2），遼寧600萬畝（40萬hm2），內(nèi)蒙古800萬畝（53.33萬hm2）。發(fā)展噴灌面積1 600萬畝（106.67萬hm2），其中大型噴灌機灌溉面積1 110萬畝（74萬hm2）；發(fā)展微灌面積2 066萬畝（137.73萬hm2）；發(fā)展管道輸水灌溉工程面積134萬畝（8.93萬hm2）。項目涉及188個縣，共建設(shè)18萬眼機井。在建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程的同時，每個項目省(區(qū))選擇 2 個項目縣作為節(jié)水灌溉信息化建設(shè)試點，實施信息網(wǎng)絡(luò)、工程管網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)同步建設(shè)，配置灌溉用水計量、自動控制、監(jiān)測和信息管理等設(shè)施，加強工程管理和水資源監(jiān)測，顯著提高灌溉管理水平。

《東北四省區(qū)節(jié)水增糧行動縣級信息化建設(shè)技術(shù)指南》（試行）明確，此次信息化建設(shè)的目標(biāo)是緊密結(jié)合節(jié)水灌溉信息化建設(shè)試點項目縣的特點，充分利用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和空間信息技術(shù)，重點建設(shè)灌溉用水與地下水水位自動化監(jiān)測工程，實現(xiàn)工程取水量和水資源承載能力的信息化管理；提高工程運行管理水平，并結(jié)合土壤墑情與氣象等信息的自動監(jiān)測，科學(xué)指導(dǎo)灌溉，引領(lǐng)灌溉現(xiàn)代化方向。

建設(shè)內(nèi)容

節(jié)水增糧行動信息化建設(shè)主要包括五方面的業(yè)務(wù)需求：節(jié)水增糧行動項目工程建設(shè)與運行管理、水量監(jiān)控管理、地下水水位監(jiān)測、灌溉預(yù)報與服務(wù)、灌溉自動化和智能化運行。

1.信息采集和控制設(shè)備

節(jié)水增糧行動縣級信息化建設(shè)涉及的信息采集和控制設(shè)備眾多，應(yīng)根據(jù)功能需求和應(yīng)用場所選擇性能穩(wěn)定、價格合理的產(chǎn)品。

（1）水量監(jiān)控

對取水口進行水量監(jiān)控，同時將監(jiān)測內(nèi)容傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。取水口水量監(jiān)控共有三種模式：

①遠傳管道流量計監(jiān)控：主要針對取用地表水及柴油機發(fā)電取水地區(qū)，對水量進行監(jiān)控。需要在取水管道安裝遠傳管道流量計等，需要太陽能或鋰電池供電。

② IC 卡水量監(jiān)控：設(shè)備主要包括 IC 卡智能控制器、用戶卡、GPRS 無線模塊與電表。實現(xiàn)各次灌溉用電量及用電時間的實時監(jiān)控，通過水電轉(zhuǎn)換，得到用水量。

③ IC 卡電量監(jiān)控：設(shè)備主要包括 IC 卡智能控制器、用戶卡、GPRS 無線模塊與電表。實現(xiàn)各次灌溉用水量、用電量及用水時間的實時監(jiān)控。

（2）地下水水位監(jiān)測

地下水水位監(jiān)測設(shè)備包括水位/水溫傳感器、遠程監(jiān)測終端和供電單元，實現(xiàn)機井地下水水位/水溫的動態(tài)測量，遠程自動上報機井地下水靜水位、動水位和水溫信息。地下水水位監(jiān)測設(shè)備要求長期連續(xù)工作，不受供電條件限制。根據(jù)項目需求，可適當(dāng)增設(shè)地下水水質(zhì)傳感器。

（3）土壤墑情監(jiān)測

土壤墑情監(jiān)測設(shè)備包括土壤水分/溫度傳感器、遠程監(jiān)測終端和供電單元。根據(jù)需求土壤水分采用剖面布設(shè)方式，常用的是三層土壤水分(10/20/40cm)、一層土壤溫度(5cm)。按布設(shè)時間分為固定監(jiān)測站、季節(jié)性監(jiān)測站和移動監(jiān)測站，其中固定監(jiān)測站長年觀測；季節(jié)性監(jiān)測站在作物播種前安裝，收獲后拆除，監(jiān)測整個作物生長季的土壤信息；移動監(jiān)測站是用戶根據(jù)需要臨時測量土壤信息，一般移動監(jiān)測設(shè)備需要具有GPS位置信息。

（4）農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測

農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測設(shè)備包括空氣溫濕度、雨量、風(fēng)速風(fēng)向、太陽輻射、大氣壓力和二氧化碳等傳感器，遠程監(jiān)測終端和供電單元。

（5）灌溉自動化設(shè)備

灌溉自動化設(shè)備實現(xiàn)了田間閥門控制，由電磁閥、無線閥控器、狀態(tài)反饋開關(guān)構(gòu)成的無線閥門控制單元，主控制器和用戶操作終端組成。

2.監(jiān)控中心建設(shè)

監(jiān)控中心建設(shè)主要包括計算機網(wǎng)絡(luò)、展示中心和鄉(xiāng)級分中心建設(shè)。

計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)硬件建設(shè)、基礎(chǔ)軟件購置和機房建設(shè)。基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)硬件包括網(wǎng)絡(luò)交換機、硬件防火墻、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、接收服務(wù)器、備份服務(wù)器及租用公網(wǎng)IP 地址等；基礎(chǔ)軟件包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、殺毒軟件和安全入侵檢測系統(tǒng)等；機房建設(shè)包括機柜購買、防塵、防靜電、防火等建設(shè)。

展示中心主要是顯示各類信息數(shù)據(jù)、進行用水調(diào)度和指導(dǎo)生產(chǎn)的會商場所。建設(shè)內(nèi)容包括顯示設(shè)備、音響設(shè)備、視頻會議及會議發(fā)言設(shè)備等。

鄉(xiāng)級分中心主要實現(xiàn)水權(quán)分配、水權(quán)交易、購買水量等功能。需要配置的硬件包括投影儀、計算機、讀寫卡器以及配套的辦公環(huán)境等。

3.數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)據(jù)庫是節(jié)水增糧行動縣級信息化數(shù)據(jù)存儲和管理的核心，主要包括信息接收、處理與存儲，數(shù)據(jù)維護和管理等。數(shù)據(jù)庫將以圖形為核心，實現(xiàn)空間信息與屬性信息的無縫集成管理。為滿足節(jié)水增糧行動縣級信息化管理的需要，可分為項目管理數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、工程運行數(shù)據(jù)庫及地理信息數(shù)據(jù)庫4個一級數(shù)據(jù)庫。

4.軟件系統(tǒng)建設(shè)

節(jié)水增糧行動縣級管理信息系統(tǒng)以項目管理信息、工程屬性信息、工程運行信息、地塊屬性信息、地下水水位及取水口水量監(jiān)測信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以地理信息為表現(xiàn)手法，以互聯(lián)網(wǎng)為傳輸手段，結(jié)合數(shù)據(jù)庫及WebOS 技術(shù)，建設(shè)穩(wěn)定可靠、用戶界面友好、報表靈活的信息化系統(tǒng)。通過系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)對項目片區(qū)實施情況、取水口空間分布情況、地下水水位變化情況、水量統(tǒng)計與分析、土壤墑情與氣象情況的監(jiān)測，可以分為空間展示、工程管理、水量監(jiān)控、地下水水位監(jiān)測、灌溉管理、基礎(chǔ)信息管理、運維管理、系統(tǒng)管理等模塊，實現(xiàn)將工程信息、地下水水位、取水口水量等數(shù)據(jù)定期上報部、省級管理系統(tǒng)的功能。

5.信息發(fā)布

信息發(fā)布主要包括墑情、氣象、灌溉時間與灌溉定額等信息的發(fā)布，指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)灌溉。

總體技術(shù)架構(gòu)與組成

依托物聯(lián)網(wǎng)和 GIS 空間信息技術(shù)，融合節(jié)水增糧行動項目的建設(shè)需求，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)上，提出節(jié)水增糧行動縣級信息化建設(shè)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，包含各類傳感器、具有通信能力的測控設(shè)備、信息中心和信息發(fā)布交互設(shè)備。

節(jié)水增糧行動項目主要涉及內(nèi)容如下：

① 傳感器將測定參數(shù)轉(zhuǎn)化為具有確定關(guān)系的電信號。節(jié)水增糧行動項目中監(jiān)測參數(shù)主要包括：灌溉用水量計量、地下水位、管道壓力、土壤水分和氣象等；

② 測控設(shè)備完成電信號采集、預(yù)處理、本地存儲和遠程通信任務(wù)；

③ 監(jiān)控中心通過互聯(lián)網(wǎng)接收測控設(shè)備和人工上報數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)多層次處理和存儲、集成各種應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)。信息中心可以分為縣級、省級和部級中心；

④ 信息發(fā)布交互設(shè)備作為擴大信息交換的重要途徑，包括參與管理和現(xiàn)場操作的基礎(chǔ)信息服務(wù)站及現(xiàn)場監(jiān)控中心、面向公眾的電子顯示屏、廣播和電視、面向個人用戶的手機、計算機。

東北節(jié)水增糧行動項目面廣量大，工程分散，必須借助現(xiàn)代先進的信息技術(shù)，才能大幅度提高工作效率和水平，保障項目區(qū)工程建設(shè)管理規(guī)范科學(xué)、有序地開展。信息化管理必將推動高效節(jié)水灌溉工程運行的自動化、智能化水平，不但能夠節(jié)約時間、節(jié)省勞動力，實現(xiàn)灌溉管理方式變革，還能通過總量核定、計量取水、實時監(jiān)測等信息化手段，將總量控制、定額管理落到實處，通過對工程運行、土壤墑情和氣象等信息的實時監(jiān)測，做到及時精準(zhǔn)灌溉，從而提高灌溉質(zhì)量和灌溉管理水平，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食增產(chǎn)科學(xué)用水提供有效的技術(shù)保障。