信息化系統(tǒng)在農(nóng)田水利項目中的應(yīng)用

□蔣慶麗　□楊洪濤（新密市水務(wù)局）

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信息化系統(tǒng)在農(nóng)田水利項目中的應(yīng)用

□蔣慶麗□楊洪濤（新密市水務(wù)局）

農(nóng)田水利信息化不但是農(nóng)田水利現(xiàn)代化的標(biāo)志，同時也是農(nóng)田水利現(xiàn)代化的重要組成部分，加快農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設(shè)步伐，對于改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、增強農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害能力、提高農(nóng)田水利綜合效益、實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障國家糧食安全意義重大。

信息化系統(tǒng)；組成；實現(xiàn)；應(yīng)用思考

1　項目背景

在全國大力發(fā)展農(nóng)田水利現(xiàn)代化的背景下，鄭州市委市政府認(rèn)真貫徹落實2011年中央1號文件精神和中央、省水利工作會議精神，從土地出讓金提取農(nóng)田水利建設(shè)資金，進一步加大農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度并在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上提出更高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，要求通過農(nóng)田水利信息化整鄉(xiāng)推進的建設(shè)力度，為全省農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設(shè)積累經(jīng)驗，樹立標(biāo)桿。按照鄭州市農(nóng)田水利現(xiàn)代化示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃要求，新密市來集鎮(zhèn)作為首批三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一列入實施計劃。主要規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容包括：節(jié)水灌溉工程、農(nóng)田排澇減災(zāi)工程、山丘區(qū)雨洪資源集蓄利用工程、農(nóng)田水利信息化工程以及農(nóng)田園田化工程6大體系，其中農(nóng)田水利信息化工程是其核心部分。

2　信息化系統(tǒng)組成

2.1農(nóng)田水利信息化系統(tǒng)組成

2.1.1墑情監(jiān)測系統(tǒng)

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)由土壤墑情傳感器、GPRS采集傳輸模塊和太陽能供電設(shè)備組成。在干渠上分布10個土壤墑情傳感器，對土壤墑情監(jiān)測，在離地面10 cm處放一個，在離地面20～40 cm處放一個，在40～80 cm處放一個，離地面80～100 cm處放一個，總共4個土壤墑情傳感器，GPRS數(shù)據(jù)采集模塊對土壤墑情進行采集，然后傳送到測控系統(tǒng)上。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上，以數(shù)據(jù)庫的形式分別建立系統(tǒng)運行參數(shù)庫和實時要素庫。人工輸入系統(tǒng)運行參數(shù)，保存在系統(tǒng)運行參數(shù)庫中，用以控制自動觀測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳。通過定時采集各監(jiān)測站測得的不同深度土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，形成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)庫，對監(jiān)測數(shù)據(jù)作加工處理和分析，生成各種加工產(chǎn)品，提供土壤墑情監(jiān)測、農(nóng)田合理施水、宜種作物選擇、旱情預(yù)測等即時有效的服務(wù)。依據(jù)系統(tǒng)運行參數(shù)，控制生成中國氣象局統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件，并提供數(shù)據(jù)查詢及報表打印功能。

由于土壤墑情監(jiān)測現(xiàn)場也不具備通電條件，我們同樣設(shè)計采用太陽能供電方式來為現(xiàn)場傳感器和通訊設(shè)備提供不間斷的電源，同時確保在陰雨天正常的供電。

2.1.2地下水情監(jiān)測系統(tǒng)

地下水情監(jiān)測系統(tǒng)利用現(xiàn)代通訊、計算機、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與電子技術(shù)，實現(xiàn)水資源的動態(tài)信息（水情）遠程自動測報。該系統(tǒng)分水情檢測、信號傳送、數(shù)據(jù)傳輸、分析處理等子系統(tǒng)，具有科技含量高、精度高，穩(wěn)定性和時效性強的特點，實現(xiàn)了地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的無人采集，自動測報，提高了工作效率和辦公自動化水平，同時也便于水行政部門和地震監(jiān)測管理部門及時準(zhǔn)確掌握水資源實時狀況，為水資源調(diào)配和地震預(yù)測預(yù)報提供可靠的科學(xué)依據(jù)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，使該市水資源管理監(jiān)測步入了快捷、準(zhǔn)確、高效的軌道，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。地下水情監(jiān)測系統(tǒng)依托GPRS網(wǎng)絡(luò)，工作人員可以在監(jiān)測中心查看地下水的水情數(shù)據(jù)。監(jiān)測中心的監(jiān)測管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集、遠程監(jiān)測，監(jiān)測的所有數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫，生成各種報表和曲線。

地下水情監(jiān)測系統(tǒng)由四部分組成：監(jiān)測中心、通信網(wǎng)絡(luò)、智能液位變送器和太陽能供電方案。

2.1.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)由現(xiàn)地監(jiān)視系統(tǒng)和視頻服務(wù)系統(tǒng)兩部分組成?，F(xiàn)地監(jiān)視系統(tǒng)主要由攝像機、云臺、解碼器（云臺鏡頭控制）、視頻編碼器等設(shè)備組成，完成工程現(xiàn)場視頻信息的采集、處理、傳輸，同時接受遠程用戶的監(jiān)視控制指令，執(zhí)行對攝像機鏡頭和云臺的控制，以獲取不同角度、不同方位、不同效果的圖像信息。視頻服務(wù)系統(tǒng)主要由視頻管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、媒體服務(wù)器、視頻客戶端等設(shè)備及相關(guān)軟件組成，完成視頻信息的接收、處理、存儲、調(diào)配、點播、回放等功能，同時對視頻客戶端的用戶進行管理，以滿足不同地域、不同級別、不同監(jiān)視要求的用戶的視頻監(jiān)視需求。

2.1.4氣象監(jiān)測系統(tǒng)

移動式自動氣象站采用一體化設(shè)計，專門為小氣候觀測，流動氣象觀測哨、短期科學(xué)考察、季節(jié)性生態(tài)監(jiān)測等開發(fā)生產(chǎn)的多要素自動氣象站?？蓽y量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、雨量、太陽輻射量、太陽紫外線、土壤溫濕度等常規(guī)氣象要素，同時根據(jù)微氣象學(xué)中空氣動力學(xué)方法，自動計算并存儲風(fēng)寒指數(shù)、ET蒸騰蒸發(fā)量及溫/濕度/光照/風(fēng)指數(shù)。該類氣象站已成為目前為止國內(nèi)測量氣象要素最全面的小氣候觀測站。

2.1.5大棚智能灌溉管理系統(tǒng)

溫室大棚精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)以根層土壤水分作為控制指標(biāo)，根據(jù)作物不同的生長階段控制根層土壤含水量，確定灌水時間和灌水定額。整個灌溉控制系統(tǒng)由上位機軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集終端、通過與供水系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)智能化控制。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監(jiān)測的灌溉狀況。當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達到預(yù)先設(shè)定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當(dāng)監(jiān)測的土壤含水量及液位達到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動關(guān)閉電磁閥。也可以根據(jù)時間段調(diào)度整個灌區(qū)電磁閥的輪流工作。也可手動控制灌溉和采集墑情。整個系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電，減少勞動強度，降低人力投入成本。

2.1.6節(jié)水灌溉實時智能預(yù)報與控制系統(tǒng)

熟地黃具有補血滋陰、益精填髓的功效，作為臨床常用的補虛要藥，滋陰柔潤之品，其質(zhì)厚滋膩，對于脾胃虛弱者，難免有膩膈礙胃的壅中之弊[7]。目前中醫(yī)脾虛證單因素造模方法有苦寒瀉下法、飲食不節(jié)法、勞倦過度法、外濕困脾法，復(fù)合因素造模方法有勞倦過度合并飲食失節(jié)法、苦寒瀉下合并飲食失節(jié)法、苦寒瀉下合并勞倦過度法、外濕困脾合并飲食失節(jié)法、勞倦過度合并外濕困脾法[6]。本實驗基于熟地黃中醫(yī)辨證用藥特點、最終確定選取苦寒瀉下合并勞倦過度型脾虛模型為研究模型。

通過實施灌溉自動化控制，可減少或避免人為因素的影響。因為作物生長需要水肥供應(yīng)，而水肥供應(yīng)靠精準(zhǔn)灌溉來實現(xiàn)，微滴灌技術(shù)和自動控制技術(shù)是精準(zhǔn)灌溉最有效的技術(shù)解決途徑。微滴灌技術(shù)為作物生長提供了技術(shù)保證，也為自動控制技術(shù)提供了應(yīng)用平臺。因此可以說，滴灌自動化控制與智能化管理技術(shù)將使灌溉達到真正節(jié)水增產(chǎn)增效之目的。

3　系統(tǒng)功能應(yīng)用和實現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集和管理

項目區(qū)建立信息監(jiān)測站點，負(fù)責(zé)灌區(qū)數(shù)據(jù)的實時采集、儲存和自動網(wǎng)絡(luò)傳輸。利用氣象自動監(jiān)測和土壤水環(huán)境測定設(shè)備及采集系統(tǒng)，對項目區(qū)作物實時灌溉系統(tǒng)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，建立數(shù)據(jù)庫，實施數(shù)據(jù)的實時儲存和在線管理，并通過GPRS/Internet方式將各監(jiān)測點信息并行遠程傳輸?shù)娇h級、市級灌溉管理系統(tǒng)中心，實現(xiàn)灌溉數(shù)據(jù)的多級管理。

3.2實時預(yù)報決策

利用灌溉監(jiān)測實驗數(shù)據(jù)與作物的需水規(guī)律，確定作物的適宜灌溉時間和灌水量，采用作物根區(qū)土壤水量平衡、田間作物日水量平衡等計算分析方法，構(gòu)建作物的在線生長模擬模型，科學(xué)實時地確定作物的灌水時間、灌水次數(shù)、灌水定額和灌溉定額。

3.3灌溉信息發(fā)布

建立灌溉預(yù)報網(wǎng)站，發(fā)布灌溉信息，包括節(jié)水灌溉動態(tài)、土壤墑情、動態(tài)作物需水ET、灌溉預(yù)報成果等；實時灌溉預(yù)報窗口，包括遠程登錄入口、自主預(yù)報顯示，并采用LED大屏幕實現(xiàn)監(jiān)測，預(yù)報信息的遠程發(fā)布。

3.4灌溉預(yù)報決策會商平臺

將灌溉預(yù)報和灌溉決策信息在網(wǎng)絡(luò)上、大屏幕上展示，并且通過決策預(yù)案比選模型對決策進行效果模擬，將這一過程實時展現(xiàn)給決策者群體決策，輔助選擇出滿意的灌水方案付諸實施，構(gòu)建面向Web的作物灌溉在線實時管理決策系統(tǒng)，實現(xiàn)當(dāng)前決策發(fā)布、作物灌溉預(yù)報、配水預(yù)測等適應(yīng)性管理決策。

3.5鄉(xiāng)鎮(zhèn)級和市級灌溉管理平臺

項目區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及灌溉預(yù)報信息實時傳輸至縣級、市級灌溉管理平臺，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級和市級管理平臺可在線監(jiān)測、查看、管理灌溉數(shù)據(jù)，根據(jù)實時信息和基礎(chǔ)資料完成信息處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用，并通過網(wǎng)站和LED大屏幕進行發(fā)布。

4　信息化系統(tǒng)應(yīng)用與思考

隨著鄭州市農(nóng)業(yè)信息化進程加快，以及新型城鎮(zhèn)化的加快推進，農(nóng)村勞動力不斷向城市轉(zhuǎn)移，可以預(yù)計，農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)在農(nóng)田水利建設(shè)中應(yīng)用會越來越多，技術(shù)要求會越來越高，灌溉自動化、智能化控制在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮氖袌鲂枨蟆＠矛F(xiàn)代化智能控制技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的集成，實現(xiàn)對傳統(tǒng)噴灌、滴管、微管等節(jié)水灌溉技術(shù)再升級，發(fā)展自動化、智能化的灌溉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)更高效的節(jié)水用水，將是未來農(nóng)田水利工作發(fā)展的方向和目標(biāo)。

來集鎮(zhèn)楊家門村農(nóng)田水利信息化系統(tǒng)已經(jīng)運行1a，土地流轉(zhuǎn)戶對灌溉自動化系統(tǒng)非常滿意，特別是其節(jié)水節(jié)肥、節(jié)約人工等優(yōu)點，灌溉管理變得更為輕松和方便，另外在周邊劉寨鎮(zhèn)任崗村也利用了信息化智能控制系統(tǒng)發(fā)展農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。但在使用過程中，我們也發(fā)現(xiàn)也不足之處，首先是管理維護，因為用戶大部分是農(nóng)民，技術(shù)素質(zhì)不高，在操作過程中不按規(guī)范使用，導(dǎo)致系統(tǒng)中斷、死機，信息無法傳遞等問題。其次，信息化系統(tǒng)較適用于平原地區(qū)的農(nóng)田水利灌溉，對于我們山丘區(qū)，在使用過程中易出現(xiàn)灌溉作物出水量不平衡，造成灌溉不均等問題。

今后農(nóng)田水利建設(shè)中要大力推廣信息化系統(tǒng)應(yīng)用，同時邀請專業(yè)人員組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)培訓(xùn)管理工作，來提高信息化系統(tǒng)管理工作水平，進一步研究信息化自動灌溉系統(tǒng)在山丘區(qū)農(nóng)田水利項目中應(yīng)用技術(shù)，避免出現(xiàn)灌溉不均，出水量不平衡等問題。

（責(zé)任編輯：劉長垠韋詩佳）

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1673-8853（2016）06-0072-02

蔣慶麗（1976-），女，工程師，主要從事水土保持工作。

2016-04-21