管道灌溉信息化系統(tǒng)研究

朱日清，侯祥東，杜文貞

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟南 250100；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

管道灌溉信息化系統(tǒng)研究

朱日清1，侯祥東1，杜文貞2

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟南 250100；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

介紹了一種管道灌溉自動化測水量水及控制技術，該項技術以一桿一站式結構為基礎、以信息自動化采集為支撐、以智能化決策支持為手段，對于建設節(jié)水型灌區(qū)具有重大意義。

管道灌溉；信息化；測水量水；智能決策

管道灌溉信息化系統(tǒng)由管道流量自動采集系統(tǒng)、田間土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)、泵站運行監(jiān)控系統(tǒng)、灌溉自動控制系統(tǒng)和節(jié)水灌溉智能決策支持系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)利用先進的傳感設備，對作物生長所需的水因子進行監(jiān)測采集，并可通過預留接口，實時獲取氣象信息，通過構建的計算機信息平臺，對監(jiān)測采集的數據進行存儲計算；利用已有的作物灌溉制度資料及科研成果，建立作物灌溉制度及作物生長制約因素信息庫；通過開發(fā)的節(jié)水灌溉智能決策與控制系統(tǒng)軟件，進行推理、對比、決策，從而實現(xiàn)灌溉智能化、自動化，實現(xiàn)實時精準灌溉，達到提高作物產量與品質的目的，提高水分生產率，實現(xiàn)農業(yè)高效用水。

1 整體技術方案

該管道灌溉信息化系統(tǒng)，以管道流量、工情、雨情和墑情信息自動采集為基礎，以公共通信網絡和局域網為依托，以水資源的優(yōu)化配置為核心，以測水、量水為重點，以自動化監(jiān)控為手段，基于自主研發(fā)的一站式產品技術，實時地對區(qū)內的灌溉管道進行監(jiān)控，形成了一個智能化、網絡化、多功能的管道數字化測水系統(tǒng)及網絡，達到全面提升灌區(qū)管理水平、提高信息資源的應用能力的目的，為灌區(qū)日常管理提供科學依據，最大限度地發(fā)揮灌區(qū)的綜合效益，實現(xiàn)灌區(qū)的科學化、現(xiàn)代化管理。

2 系統(tǒng)的基本架構

系統(tǒng)主要構成包括：數據服務中心、各級管理單位（用戶端）、管道數據監(jiān)測終端、管道控制終端、土壤墑情監(jiān)測終端以及無線傳輸網絡等組成（如圖1）。

2.1 管道現(xiàn)場監(jiān)控設備的結構

采用自主研發(fā)的一站式產品結構，風光互補電源設備、傳輸設備、采集探頭（水位、流速、土壤墑情、雨量、視頻等）、智能終端控制器以及防雷裝置等都安裝在現(xiàn)場一根水泥或金屬桿上。

2.2 數據傳輸方式的選取

簡單地說，數據傳輸可以分為有線和無線2種方式，兩者最大不同之處在于傳輸資料的媒介不同。本系統(tǒng)主要采用中國移動的GPRS/3G無線通信方式，覆蓋率較好，傳輸速度及穩(wěn)定性較好。小范圍組網時還可采用WiFi或Ziggbe。

2.3 組網模式及網絡結構

由于本系統(tǒng)的測站分布廣，具有多級用戶系統(tǒng)，在網絡已經基本普及的今天，最好的方式是采用Web的方式提供服務，即利用數據服務中心，向用戶提供統(tǒng)一的網絡內容服務。系統(tǒng)使用者可利用自身的條件，直接登錄數據服務中心的IP地址，根據權限，使用該系統(tǒng)提供的各類服務。

現(xiàn)場采集的數據集中上傳，使用統(tǒng)一的技術數據服務中心，提供測水信息與自動化監(jiān)控系統(tǒng)的接入和技術數據服務。

2.4 系統(tǒng)數據信息化平臺

該管道信息化服務平臺體系主要分為3部分：Web服務模塊、應用程序服務模塊和數據庫服務模塊，其主要實現(xiàn)Web監(jiān)控用戶端管理功能、現(xiàn)場視頻監(jiān)控管理功能，以及各類數據的存儲、管理及分析等功能。

在數據服務中心部署有應用服務器、Web服務器以及數據庫服務器，作為整個系統(tǒng)的中樞組成部分，主要負責綜合的事務管理，為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通訊、數據存儲與操作等服務。各級用戶可方便的使用現(xiàn)有的計算機，便可通過互聯(lián)網方便地查看、監(jiān)控管道的相關數據和視頻圖像。

本系統(tǒng)采用C/S與B/S結合的方式，他能實現(xiàn)信息共享與交互，又能實現(xiàn)對數據嚴密、有效的管理，使得系統(tǒng)更新簡單，維護簡單，部署靈活，易于操作。本平臺主要包含以下3部分：

1）Web服務模塊。Web服務器采用微軟的IIS，Web應用程序采用ASP.NET開發(fā)，提供統(tǒng)一的WEB接口，用戶端可用IE瀏覽器登錄數據服務中心網站地址，根據用戶名/密碼確定權限，進行相關的瀏覽、查詢、監(jiān)控、維護各種設備信息及狀態(tài)等。

2）應用程序服務模塊。采用Delphi開發(fā)的后臺應用程序提供以下幾個功能：為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通信及數據庫操作等功能，并與監(jiān)控終端保持連接，24h不間斷運行，提供流速、水位、流量、視頻等的信息采集控制等功能。

3）數據庫服務模塊。采用微軟的SQLServer作為存儲數據庫，與.Net兼容性好。SQLServer是一個全面的、集成的、端到端的數據解決方案，為組織中的用戶提供了一個更安全可靠和更高效的平臺，用于企業(yè)數據和BI應用，能達到本系統(tǒng)需求，并具有較高的性價比。

2.5 用戶端軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)Web用戶端采用Web2.0技術，極大地提高了系統(tǒng)的響應時間以及吞吐量。用戶端采用Ajax局部刷新技術以及類似Office2007的主題界面改善用戶體驗。采用Jquery和Ajax開發(fā)的WebGIS能夠滿足用戶直觀地查看電子地圖的需求、視頻和控制信息以ActiveX的形式嵌入到瀏覽器中，使用戶能夠實時的查看視頻、狀態(tài)信息以及及時地控制遠程的終端。

用戶端的主要特點包括：

1）精心設計人性化用戶界面，操作方便、舒適，多站點Web登錄、連接，實現(xiàn)數據高度共享。

2）多用戶管理功能，實現(xiàn)根據用戶名權限管理，注冊登記；視頻多畫面瀏覽，不同規(guī)格畫面監(jiān)控，支持全屏多窗口、單窗口模式；用戶可自定義鏡頭邏輯分組，并能分組輪跳瀏覽，輪跳時間可以設定。

3）支持對前端攝像機云臺的遠程控制（180°全方位轉動），實時監(jiān)測管道流速、水位數據；支持歷史數據檢索功能支持年度，季度，月度，數據統(tǒng)計分析。

4）統(tǒng)一管理，服務可靠，社會投資成本小，只需要建立一個公共數據服務器，就能滿足區(qū)域管道監(jiān)控的需要。數據服務中心設備統(tǒng)一管理，集中維護，更安全、更可靠。

5）系統(tǒng)擴展靈活，如需增加站點監(jiān)控數量，數據服務中心無需做任何硬件調整，只需要配置管道監(jiān)控現(xiàn)場設備即可滿足要求，并且系統(tǒng)維護方便。

6）分工更加專業(yè)化，專業(yè)的管道信息化數據技術服務，有利于資源優(yōu)化配置，可有效地提高管理水平，降低管理成本。該平臺充分利用了現(xiàn)有的局域網資源和廣域網資源，以信息的實時獲取和實時控制為中心，實現(xiàn)信息、資源及任務的綜合共享和全局一體化的管理。

3 結 語

本項技術研究在進行技術總結和深化的基礎上，充分考慮了灌區(qū)灌溉的工程特點，在管道灌溉自動化監(jiān)控技術方面進行了有益探索及創(chuàng)新，從而可以更全面、實時、準確地了解灌區(qū)的運行狀況，有利于提高灌區(qū)的科學管理水平，對于建設節(jié)水型灌區(qū)、和諧型灌區(qū)具有重大意義。

[1] 劉春華,等.引黃灌區(qū)自動化測水技術[J] .全國灌區(qū)量水技術專刊,2010.

[2] 朱煥立,茹正波,榮曉明.農田灌溉自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)研究[J] .灌溉排水學報,2009(04).

[3] 宋衛(wèi)東.農田灌溉遠程監(jiān)控測控系統(tǒng)的開發(fā)[J] .農業(yè)裝備技術,2008(06).

[4] 徐忠輝,潘衛(wèi)國,石紅梅.自動灌溉控制系統(tǒng)的應用[J] .北京水務,2010(05).

（責任編輯崔春梅）

S277

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1009-6159（2013）-12-0041-02

朱日清（1987—），男，助理工程師