校內實訓基地信息化系統建設實踐研究

摘要:建設高質量的信息化、智能化校內實訓基地是培養高技能人才的重要保障。本文系統闡述了山西水利職業技術學院校內節水灌溉實訓基地的建設實踐探索。

關鍵詞:校內實訓基地;信息化系統;智能化;節水灌溉

投資253萬元、占地80畝的山西水利職業技術學院節水灌溉實訓基地和示范園由水源工程、管理中心、節水研發項目、灌溉渠系和12個節水灌溉區域組成,區間林路按園林標準設計,每個區的面積40×42m2,分別展示不同的節水灌溉技術和設備。這里集中了國內外各種節水技術與設備,為水利類專業開展校內節水灌溉技術實訓和水利信息化管理提供了理想的平臺。我院利用最新的網絡技術將分散的所有田間現場終端控制系統(數據采集和控制器、灌溉設備、傳感器)和視頻監控系統、中央控制系統組成一個功能強大、使用方便的數據和控制網絡,實現了全區的智能控制。

2007年4月,北京嘉源易潤工程技術有限公司與學院簽定合同,在實訓基地設立“北京嘉源易潤工程技術有限公司技術推廣、試驗、培訓基地”,利用基地的資源優勢研發節水灌溉產品,該公司將他們最新的節水技術、最新的節水產品,試用、讓利或捐贈于實訓基地,利用基地的示范作用推廣他們的技術與產品。同期,全國水利信息化管理先進單位山西省夾馬口引黃管理局與學院簽定校外實訓基地協議,并對校內節水灌溉實訓基地信息化建設提供專家咨詢與現場指導。運城市水利局與學院簽定合同,把實訓基地作為全市節水灌溉技術的示范園區,并給學院撥付專項資金作為前期費用,有計劃地安排全市水利部門來園參觀,由實訓基地進行節水灌溉技術示范和提供技術服務,并對相關人員進行培訓。通過校企合作,校內節水灌溉實訓場進行了如下幾個方面的建設。

數據庫建設數據庫建設在灌溉實訓場信息化系統建設過程中處于核心地位,是信息化建設十分關鍵的一環。信息化是指以計算機與通訊網絡為主體的數字化、網絡化、智能化和可視化的過程,其中數字化主要是指傳統的信息載體向數字載體的轉變,這有利于信息的處理、傳輸和應用。在實踐中,數據庫的內容是根據灌溉實訓場的實際情況,使用數據庫管理系統提供的錄入工具錄入的灌溉實訓場的實際資料,這使數據庫成為一個具有豐富資料的數據倉庫。我們建立了包括灌區基本信息、實時水情、水文氣象資料、管網分布、灌溉制度、需配水方案、超文本信息、圖像等的綜合數據庫系統,為實訓場信息管理、灌水決策和辦公自動化系統提供數據支持。同時,數據庫有靈活的數據定義、輸入、查詢和統計分析功能,能夠滿足灌溉實訓場日常管理和決策支持的要求。

信息采集系統建設灌溉實訓場的數據庫數據按照更新時限的長短分為三類,即靜態數據、動態數據和實時數據。靜態數據指基本不變化的資料,如灌溉實訓場的區劃、實訓功能、各種已建工程資料等,錄入后是基本不用更新的。動態數據指不定期更新的資料,如作物的種植結構和種植面積每年發生的變化,需要根據其具體特點在教師指導下由學生定期或不定期進行數據采集、錄入數據庫。實時數據指實時更新的資料,如田間含水量、降雨期間的雨情資料等,對于實時數據,由于其更新非常快,從實際生產及工學結合的需要出發,又需要實時地掌握這些數據,所以靠人工采集已不能適應灌區現代化的需要,必須采用現代的自動化、光電、計算機等技術進行自動、實時的采集,即必須建立自動信息采集系統。當然,學生還要同步用常規方法(如土壤含水量測量、氣象觀測等)進行部分信息的人工采集,并將人工采集和自動采集的結果進行比較、驗證。灌溉實訓場大田由WHQ-9型室外自動氣象站、視頻監控、4個水位傳感器、4個水壓傳感器、4個土壤濕度傳感器、4個地溫傳感器、2個土壤鹽分傳感器、1個渠道流量傳感器、10個電子水表組成的實時信息采集系統,對灌溉引水、渠道用水、地下水、土壤墑情、土壤鹽分、降雨量、蒸發量及其他氣象信息作動態監測,為配水調度提供基本依據。灌溉實訓基地信息流程如圖1所示。

通信系統建設在學生的就業崗位群中,通信是無處不在的,尤其是隨著現代通信技術的發展,對于灌區尤其是大型灌區而言,無論是灌區各部門的聯系、數據的傳輸,還是灌區管理部門間的指揮調度,建設計算機網絡系統,建立準確、通暢的通信系統都是非常重要的。校內灌溉實訓場選用的通信系統主要有光纖、數字數據網絡系統、CDMA手機模塊通信、現場無線遙控等。通信系統將信息采集系統采集到的信息及其他必要信息及時傳輸到控制中心,控制中心再下達調度命令。同時,現場用無線遙控或用手機短信都可下達灌溉命令,做到了灌溉管理的現代化和多樣化。

控制中心及網絡系統建設針對專業教學培養方案要求學生有較好的計算機和網絡使用能力,我們在校內灌溉實訓場信息化建設過程中精心構建了灌溉實訓場的控制中心。控制中心由中心控制機、路由器、網絡集線器、ADSL Modem、投影機、打印機以及四臺大屏顯示器共同聯網組成,完成系統的日常操作和管理、數據處理、網絡通訊調度等功能,控制中心及網絡系統框圖如圖2所示。這是一個智能型網絡測控系統,系統利用最新的網絡技術將分散的所有田間現場終端控制系統(數據采集和控制器、灌溉設備、傳感器)和視頻監控系統、中央控制系統組成一個功能強大、使用方便的數據和控制網絡,可以方便地實現:(1)本地控制、數據處理及設備運行狀態顯示;(2)系統內實時數據測量及設備控制;(3)IP地址訪問和遠程控制。采用基于TCP/IP協議的以太網結構。系統的各個組成部分都具有自己的IP地址,可通過網絡進行相互通訊。此網絡是標準的以太網絡,即可以單獨形成自己的體系,并作為校園網的一個組成部分,還通過路由器連接到Internet廣域網上。這樣,無論師生在世界的什么地方都可以通過Internet對系統進行查詢、操作、設置和管理。四臺大屏幕顯示器分別負責顯示本系統中的視頻監控畫面、各種實時測量數據以及其他控制和管理功能界面。加入無線訪問點(Access Point)后還可以通過無線網絡使用本系統。通過建設控制中心的計算機局域網,能使實訓數據和文本信息的傳輸更便捷,實現辦公自動化,提高辦公效率和管理水平。

用水管理決策支持系統建設隨著現代決策技術和智能技術的發展,現代決策支持系統在輔助管理部門決策上發揮著越來越重要的作用。建立灌溉實訓場用水管理決策支持系統,對于提高實訓學生的用水管理水平,提高用水效率,節約用水具有重要意義。用水管理決策支持系統主要包括灌區需配水計算及模擬、水量調度及決策支持、測水量水及水費征收等方面的內容。學院教師和北京嘉源易潤工程技術有限公司技術人員共同開發了先進的需配水模型和“山西水利職業技術學院節水灌溉實訓場信息管理系統”,在綜合數據庫及綜合數據庫管理系統的基礎上,系統可以自動進行灌水調度。除了學習專業的節水灌溉控制軟件、水泵現地控制軟件、大田現地控制軟件、大棚現地控制軟件、閥門現地控制軟件、渠道自動監測軟件、視頻監控軟件、自動氣象站軟件,實訓基地的學生還要通過管理決策系統,在教師和企業專家的指導下,做出各灌水區域的配水方案,進行適時調度。根據程序的不同設置,控制中心可以實現不同數據信息條件下的控制運行情況的實際模擬演示,達到各種條件的實際教學演示效果,運行結果反饋和數據條件都可以實時顯示、存儲、分析。

灌水自動控制系統建設廣義的渠系自動化系統包括渠道測水量水、用水決策、閘門自動化或管道自動控制等在內的完整測控系統,而狹義的渠系自動化系統則僅指閘門自動化、管道自動控制。閘門自動化和管道自動控制在西方發達國家有較多的應用,如美國農場的管灌系統多采用自動控制方式,而在我國尚處于起步階段。本著先進性和適度超前的原則,我們在建設資金有限的情況下,采用了渠道系統灌水用人工控制,管道系統灌水用自動系統控制的建設方案,實現了閘閥快速、及時、準確地啟閉,提高了系統運行的可靠性,并可由實訓學生進行自動控制和科學管理,強化了學生運用高科技的意識。灌溉實訓場管道灌水首部樞紐位于學院自備機井附近,主要由二級水泵、逆止閥、控制閥門、過濾系統、施肥系統、壓力表、排氣閥等組成。為了保證水泵在不同壓力情況下正常運行,在二次加壓水泵處設變頻供水系統。相應的傳感器分別將水井水位、水池水位、出水壓力、流量、水泵狀態以及渠道水位和流量等信息通過智能傳感器變送模塊傳入供水控制器中,由控制器根據內置的控制邏輯和方法對水井及水池的水泵進行相應的控制。十個節水灌溉區域分為三大部分,前4個區由灌溉控制器1負責,灌水量、土壤濕度及閥門狀態信息均被讀入控制器1中,并據此由其控制相應閥門的運行,中間2個區由灌溉控制器2負責,對第5區增加地溫、作物生長信息的采集和顯示。最后4個區由灌溉控制器3負責控制,控制中心依據授權對整個系統進行全面的實時監控,并隨時完成對溫室和灌溉系統內的各項數據進行分析和評估。灌溉及施肥智能控制系統如圖3所示。

辦公自動化系統與信息共享建設在工程實踐中,辦公自動化系統與計算機網絡系統的建設密切相關,計算機網絡系統的建設是辦公自動化系統建設的前提和基礎,辦公自動化系統是計算機網絡系統的一個重要應用內容。灌溉實訓場辦公自動化系統包括實踐教學文件管理、實訓班級檔案管理、實訓教學成績管理、技能鑒定培訓考核管理、新聞宣傳等工作。信息共享建設主要指灌溉實訓場對外的信息披露和信息服務。灌溉實訓場利用網站對外進行信息的披露和信息服務,對實訓班級或學生等“用水戶”披露水量、虛擬水費等信息。學生通過校園網可以隨時查詢本人在灌溉實訓場的信息。實訓場網站還提供一些灌溉知識等方面的服務,對校內其他相關單位提供相應的信息,讓師生監督,也宣傳實訓場自身。

IC卡灌溉管理系統建設為了增強學生的節水意識,我們還在實訓場設置了一套IC卡灌溉管理系統,它是將計算機、IC卡自動控制技術應用于農業灌溉的系統。其工作原理是:利用IC卡,對每個用水戶進行建檔管理,配合計算機進行控制。具體做法是:IC卡寫有用戶的名字和密碼,用戶預交水費寫入卡中,在管理機上插卡開機提水,系統自動計時計費,從卡中扣除所需費用。若卡中水費用盡或卡取出或關機,則自動停機,無法提水灌溉。在工作實踐中,采用IC卡灌溉管理系統,具有預先收費、收費標準公開、減費過程動態可見、不需專人值守等特點,從而較好地解決了水費計收困難、爭水搶水現象發生、水資源浪費、計量失真、收費經常發生糾紛等突出問題,對提高群眾自覺節水意識和密切干群關系,具有重要的意義。

該實訓基地通過對灌溉實訓場內雨量、水量、水源站水位、水質、土壤墑情、氣象、地下水水位等信息的遠程信息采集,實現了水資源智能調度決策方案的選定、調配灌水管路的遠程自動啟閉控制、實訓基地現場圖像監視、管理和辦公自動化等功能,實現了信息發布與信息查詢網絡化,數據處理信息化,分析、決策、調度智能化,水量計算、水費征收電子化,配水調度、辦公自動化,管理信息化、灌水控制自動化,實訓場成為了高效環保的數字節水灌溉技術實訓場。2007年,我校實訓基地被山西省水利廳命名為“山西省節水灌溉技術示范基地”,2008年,又被山西省教育廳命名為“山西省高職高專實踐教學示范基地”,為學院通過教育部人才培養工作水平評估和成為水利部示范院校做出了突出貢獻,很好地帶動了全院實踐教學基地建設和課程建設。

參考文獻:

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作者簡介:

白繼中(1971—),男,山西山陰人,在讀博士研究生,山西水利職業技術學院副教授,研究方向為生態水利學與環境水利、高職教育實踐教學基地建設。

(本文責任編輯:謝良才)