信息化技術(shù)在商河縣小農(nóng)水建設(shè)中的應(yīng)用

王 昕，于志剛，吳 芳

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

自2009年在全國范圍內(nèi)開展小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)以來，截至2013年底，山東省共實(shí)施5批103個重點(diǎn)縣。項(xiàng)目實(shí)施中，在大力發(fā)展節(jié)水灌溉工程的同時，也十分重視農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)的推廣應(yīng)用。小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣實(shí)施5年來，在測水量水、監(jiān)測、控制管理等方面進(jìn)行了有益探索，形成了一系列方便、適用、有效的信息硬件設(shè)備和綜合管理平臺軟件，這些信息技術(shù)在商河縣2012年小農(nóng)水工程中取得很好應(yīng)用效果。

1 商河縣小農(nóng)水工程建設(shè)現(xiàn)狀

商河縣2012年小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣項(xiàng)目區(qū)位于白橋鎮(zhèn)和孫集鄉(xiāng)，耕地面積2920hm2，其中白橋鎮(zhèn)1766.67hm2，孫集鄉(xiāng)1153.33hm2。孫集鄉(xiāng)實(shí)施泵站提水的低壓管道灌溉工程，新建提水泵站7座，鋪設(shè)干管7條，支管84條，斗管400條，PVC管道141.7km；白橋鎮(zhèn)實(shí)施機(jī)井提水的低壓管道灌溉工程，新打機(jī)井341眼，鋪設(shè)干管341條，支管1364條，PVC管道226.3km。

2 信息化硬件設(shè)施建設(shè)

2.1 管網(wǎng)流量采集

在商河縣白橋鎮(zhèn)機(jī)井灌區(qū)建設(shè)射頻卡自動計(jì)量系統(tǒng)341套；在孫集鄉(xiāng)泵站灌區(qū)干管首端設(shè)超聲波流量計(jì)7套，在84條支管中選擇重要的40條，在支管入口處設(shè)遠(yuǎn)傳計(jì)量水表40套。

2.2 土壤墑情測報(bào)

在白橋鎮(zhèn)的趙屯、指揮李，孫集鄉(xiāng)的王皮、高仙莊布設(shè)土壤墑情、地下水位、降雨量測報(bào)、視頻“一桿式”監(jiān)控系統(tǒng)4套，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 泵站運(yùn)行控制系統(tǒng)

在機(jī)井灌區(qū)建設(shè)射頻卡自動控制系統(tǒng)341套，即在井口安裝射頻控制器，通過系統(tǒng)管理機(jī)實(shí)現(xiàn)對機(jī)井的控制。

在灌區(qū)每處泵站安裝恒壓變頻自動化供水設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)共7套；并在恒壓變頻控制柜上配置歐姆龍PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)變頻自動恒壓供水。

3 灌溉信息綜合管理控制平臺開發(fā)

3.1 信息平臺架構(gòu)

在信息化硬件設(shè)施建成基礎(chǔ)上，采用B/S結(jié)構(gòu)構(gòu)建灌溉信息綜合管理控制平臺。商河縣小農(nóng)水重點(diǎn)縣2012年項(xiàng)目信息平臺主要由流量自動采集系統(tǒng)、土壤墑情測報(bào)系統(tǒng)和泵站安全監(jiān)控系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線公共網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，再通過相應(yīng)軟件將數(shù)據(jù)發(fā)布到平臺上。

通過訪問數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站，可實(shí)時獲取7座泵站安全監(jiān)控系統(tǒng)及流量自動化監(jiān)測系統(tǒng)、40套支管灌溉控制點(diǎn)流量自動化采集系統(tǒng)和4處土壤墑情監(jiān)控點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，并可查詢、打印歷史數(shù)據(jù)，隨時調(diào)取視頻監(jiān)控錄像，為管理者提供查詢、監(jiān)控、決策等服務(wù)。

3.2 數(shù)據(jù)采集傳輸方式

1）流量數(shù)據(jù)采集。7座泵站的主干管流量以及40條主要支管流量數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至位于泵站的WIFI通信終端上，最終將實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，服務(wù)器管理軟件將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分配。

2）土壤墑情監(jiān)測。土壤墑情測報(bào)系統(tǒng)將現(xiàn)場實(shí)時采集的土壤含水量、地下水位、雨量、視頻等信號通過中國移動EDGE無線通訊的方式，傳輸至位于濟(jì)南的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，由數(shù)據(jù)服務(wù)中心實(shí)時處理和存儲，商河縣灌溉信息綜合管理平臺通過固定IP地址訪問濟(jì)南服務(wù)中心，獲得土壤墑情實(shí)時數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢處理。

3）泵站視頻數(shù)據(jù)。泵站的視頻信號通過WIFI無線通訊的方式，將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至信息綜合管理平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，服務(wù)器管理軟件將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分配。

4 信息化系統(tǒng)應(yīng)用效果

1）商河縣2012年小農(nóng)水項(xiàng)目區(qū)建設(shè)了4套土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對土壤含水量、降雨量、地下水位進(jìn)行及時監(jiān)測分析，為開展旱情預(yù)測、掌握旱情發(fā)展動態(tài)、預(yù)測農(nóng)作物灌水量提供重要的依據(jù)。

2）商河縣孫集鄉(xiāng)泵站灌區(qū)的泵站運(yùn)行全部采用變頻器進(jìn)行控制，利用變頻恒壓供水的原理，保證輸水管道、出水口接出設(shè)備（如小白龍等）不遭受異常壓力的破壞，同時水泵不需頻繁啟動，延長了水泵的使用壽命。

以往離心泵工作需真空泵抽真空后才能正常運(yùn)行，而當(dāng)一臺真空泵給多臺離心泵補(bǔ)水時，其管路和閥門布局繁瑣，又因泵站管理人員專業(yè)技能弱，造成泵站運(yùn)行問題不斷。該項(xiàng)目在每個泵站安裝自動補(bǔ)水與抽真空控制設(shè)備的同時，配備歐姆龍PLC可編程控制器，真正實(shí)現(xiàn)了變頻自動恒壓供水，方便了現(xiàn)場運(yùn)行人員操作、維護(hù)，提高了供水可靠性。

3）該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用ZIGBEE與WIFI相結(jié)合組成局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，其優(yōu)點(diǎn)在于一次性建設(shè)投入終生免費(fèi)使用，節(jié)省了后期的運(yùn)行費(fèi)用，降低了灌溉成本，減輕了用水戶的水費(fèi)負(fù)擔(dān)。

4）商河縣白橋鎮(zhèn)機(jī)井灌區(qū)全部采用機(jī)井射頻控制器自動供水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水費(fèi)預(yù)交，杜絕了水費(fèi)拖欠問題。一臺系統(tǒng)管理機(jī)可以管理多臺控制器，管理機(jī)只需1人管理，控制器可以實(shí)現(xiàn)無人管理，節(jié)省了日常管理費(fèi)用；射頻卡控制器由計(jì)算機(jī)控制，根除了人情水，密切了干群關(guān)系；“亮卡開機(jī)”、“多灌水、多掏錢”，培養(yǎng)了群眾的節(jié)水意識。

5 存在問題及建議

1）信息采集點(diǎn)少。由于信息化設(shè)備投入成本高，后期維護(hù)、更新費(fèi)用也較高，因此受資金限制，信息采集點(diǎn)布置較少，監(jiān)控面積過大，不能準(zhǔn)確地反映整個區(qū)域的墑情變化，灌溉時間、灌水量大多憑借經(jīng)驗(yàn)確定，不能動態(tài)制定灌溉計(jì)劃；孫集鄉(xiāng)項(xiàng)目區(qū)共建設(shè)7座泵站，布設(shè)84條支管，而支管流量采集點(diǎn)40個，僅能控制支管的47.6%，管理者不能從控制平臺及時了解每條支流流量變化。由于農(nóng)業(yè)是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)也是弱勢產(chǎn)業(yè)，建議政府加大對信息化技術(shù)的投資力度，拓寬投資渠道。

2）采集數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一。該項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)涉及流量、土壤墑情、地下水位、降雨量、視頻等，由于信息設(shè)備供應(yīng)商眾多，各種數(shù)據(jù)傳感器標(biāo)準(zhǔn)不一，數(shù)據(jù)存儲格式各不相同，造成信息傳輸?shù)焦芾砥脚_后讀取數(shù)據(jù)的困難，增加軟件開發(fā)人員的工作量。

3）信息傳輸手段單一，傳輸速度慢。由于小農(nóng)水信息工程大多處于較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，通訊信號弱，而數(shù)據(jù)的傳輸手段又僅限于無線網(wǎng)絡(luò)或通訊方式，尤其對于信息量較大的視頻信號的傳輸，造成傳輸速度慢，分辨率不高的問題。

4）管理人員對信息化技術(shù)的接受程度有待提高。目前項(xiàng)目工程管理人員因?qū)I(yè)技能弱，對于信息化等高科技認(rèn)識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，滿足不了信息化技術(shù)的發(fā)展要求，應(yīng)加快信息化知識的普及和技術(shù)人才的培養(yǎng)。