新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)智能噴灌控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉亞光

（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450006）

新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)智能噴灌控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉亞光

（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450006）

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)性行業(yè)，是國家的經(jīng)濟(jì)命脈同時(shí)也是用水資源消耗大戶。2013年中央“一號(hào)文件”提出高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，通過建設(shè)新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，打造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的先行區(qū)和示范區(qū)。通過不斷積累經(jīng)驗(yàn)，帶動(dòng)農(nóng)業(yè)水平特別是農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的提高，這是我國推進(jìn)新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

示范園區(qū)；智能噴灌控制系統(tǒng)；新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

改革開放30年以來，由于社會(huì)平均生產(chǎn)力、各級(jí)政府財(cái)力、先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)等多個(gè)方面的原因，我們國家的農(nóng)業(yè)灌溉方式一直沿用技術(shù)傳統(tǒng)落后、資源浪費(fèi)嚴(yán)重的大水漫灌等灌溉方式。隨著近幾年氣候急劇變化、水資源時(shí)空分布不平衡以及農(nóng)業(yè)灌溉需水量逐年增加之間的矛盾日益嚴(yán)重和明顯，大水漫灌這種資源浪費(fèi)嚴(yán)重的灌溉方式正逐漸被注重精確灌水的智能化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)所代替。現(xiàn)代高效節(jié)水的科學(xué)的灌溉技術(shù),不僅可以保護(hù)日趨珍貴的水資源，還可以有效改善地下水過量開采、地面沉降的嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害問題。可以說智能噴灌系統(tǒng)有著社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、資源等方面的意義。

1 面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)

本文初步設(shè)計(jì)了面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)，所謂智能農(nóng)業(yè)噴灌系統(tǒng)就是由相關(guān)智能化設(shè)備自動(dòng)控制的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別、判斷、執(zhí)行相關(guān)已經(jīng)預(yù)先設(shè)定好的灌溉條件啟動(dòng)程序。從而節(jié)省了人力資源和水資源，提高了生產(chǎn)效率，降低了相關(guān)各方面成本，具有強(qiáng)大的市場競爭力和生命力。系統(tǒng)在技術(shù)應(yīng)用方面創(chuàng)新地引入了無線數(shù)據(jù)傳輸、智能微電腦控制、實(shí)時(shí)自動(dòng)感應(yīng)等新技術(shù)，較好實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和無人值守工作，最大限度提高灌溉精準(zhǔn)度，以信息技術(shù)為手段，實(shí)施合理的灌溉程序安排，改變目前普遍存在的粗放灌水方式，提高灌溉水利用率，實(shí)施精確灌溉，以作物實(shí)際需水為依據(jù)，提高水的利用率。以遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)為依托，提高了生產(chǎn)效率，全面節(jié)省了管理維護(hù)費(fèi)用，最大程度節(jié)約了水資源。是有效解決灌溉節(jié)水問題的必要措施之一。通過小范圍實(shí)地實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的實(shí)用性和兼容性，相關(guān)儀器儀表和設(shè)備工作穩(wěn)定，基本具備全天候生產(chǎn)工作條件和能力。近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尤其以3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的突飛猛進(jìn)式的發(fā)展，使得智能噴灌系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐成為可能。面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)，已經(jīng)引起國家科技決策部門的高度重視。

2 面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)的構(gòu)成

面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)主要由農(nóng)地土壤墑情感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)組成。其中農(nóng)地土壤墑情感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)與遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用小地域無線局域網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)（WIFI），遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)采用3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)采集信息互聯(lián)互通。農(nóng)地土壤墑情感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)主要由土壤濕度傳感器、變頻器、智能控制模塊等組成，是信息參數(shù)采集、分析、處理、傳輸?shù)木C合性設(shè)備中樞；遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在田間地頭和交通路口，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)土地視頻圖像實(shí)時(shí)監(jiān)視，通過實(shí)時(shí)畫面可以下發(fā)指令進(jìn)行360度視角控制；遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)設(shè)在新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)信息中心，是包括了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、程控互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云服務(wù)器計(jì)算技術(shù)和OTO物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體的信息服務(wù)中心，其主要功能實(shí)現(xiàn)充分依托分布在田間地頭的各種感應(yīng)器設(shè)備（大氣溫濕度監(jiān)測感應(yīng)探頭、土壤墑情監(jiān)測感應(yīng)探頭、二氧化碳濃度監(jiān)測感應(yīng)探頭、24小時(shí)360度實(shí)時(shí)圖像視頻監(jiān)視探頭等）和W_CDMA（3G）無線高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)田間地頭植物生長環(huán)境的遠(yuǎn)程無線感應(yīng)探測、遠(yuǎn)程無線監(jiān)控識(shí)別、遠(yuǎn)程無線命令下達(dá)、遠(yuǎn)程無線情報(bào)信息處理、遠(yuǎn)程無線專家在線情報(bào)會(huì)商，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)提供了精準(zhǔn)灌溉控制、可視化現(xiàn)場監(jiān)控、智能化遠(yuǎn)程命令下達(dá)等功能。

3 面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)的配套軟件組成

面向新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的智能噴灌控制系統(tǒng)的配套軟件部分由以下三部分組成：灌溉云計(jì)算服務(wù)信息中心平臺(tái)服務(wù)器、無線局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)信息傳輸渠道、遠(yuǎn)程可操控智能化設(shè)備單元等組成。

灌溉云計(jì)算服務(wù)信息中心平臺(tái)服務(wù)器是灌溉自動(dòng)化管理系統(tǒng)云應(yīng)用系統(tǒng)的綜合控制管理平臺(tái)：通過運(yùn)行3G廣域網(wǎng)、WIFI局域網(wǎng)兩大系統(tǒng)的無縫連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息采集、傳輸、指令下達(dá)等功能，是整個(gè)智能灌溉系統(tǒng)的信息處理中心和系統(tǒng)控制中心。

無線局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)信息傳輸渠道由無線路由器、聯(lián)通寬帶網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)通100T綜合干線光纖骨干網(wǎng)組成，其傳感器實(shí)時(shí)采集到的土壤墑情信息先通過WIFI無線局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)信息傳到田間地頭信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并經(jīng)過相關(guān)智能信息化設(shè)備將調(diào)制解調(diào)后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到灌溉云計(jì)算服務(wù)信息中心平臺(tái)服務(wù)器。由于它們之間采用了無線信息傳遞，避免了通訊線路的鋪設(shè)，從而減少了投資；由于無線傳輸具有信息量大、傳輸快的優(yōu)勢，從而提高了工作效率，為及時(shí)準(zhǔn)確下達(dá)灌溉指令爭取了時(shí)間。

遠(yuǎn)程可操控智能化設(shè)備單元的工作原理是根據(jù)灌溉云計(jì)算服務(wù)信息中心平臺(tái)服務(wù)器下達(dá)指令，將指令解碼后的設(shè)備操作參數(shù)分析處理并執(zhí)行，盡可能減少時(shí)間延誤，保證灌溉及時(shí)準(zhǔn)確。

新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)智能噴灌控制系統(tǒng)所有監(jiān)測、感應(yīng)、控制、執(zhí)行單元和智能分析、傳遞、匯總、處理系統(tǒng)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)程監(jiān)測、異地控制、無線通信、綜合協(xié)調(diào)”四大信息化設(shè)計(jì)目標(biāo)，在灌溉云計(jì)算服務(wù)信息中心可以對(duì)土壤墑情、氣象條件、人員活動(dòng)等田間地頭的實(shí)時(shí)視頻圖像信息一目了然，通過計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，輕點(diǎn)鼠標(biāo)就可以智能控制整個(gè)灌區(qū)的灌溉設(shè)備工作。并能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)24小時(shí)自動(dòng)控制、視頻資料360度信息收集的數(shù)據(jù)處理功能，管理人員和農(nóng)戶還可以通過遠(yuǎn)程登錄的方式通過網(wǎng)絡(luò)探索者瀏覽器查詢詳細(xì)的灌溉信息。

S126

A

1003-5168(2014)03-0085-01