信息化技術在商河縣小農水建設中的應用

王 昕，于志剛，吳 芳

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

自2009年在全國范圍內開展小型農田水利重點縣建設以來，截至2013年底，山東省共實施5批103個重點縣。項目實施中，在大力發展節水灌溉工程的同時，也十分重視農業信息化技術的推廣應用。小型農田水利重點縣實施5年來，在測水量水、監測、控制管理等方面進行了有益探索，形成了一系列方便、適用、有效的信息硬件設備和綜合管理平臺軟件，這些信息技術在商河縣2012年小農水工程中取得很好應用效果。

1 商河縣小農水工程建設現狀

商河縣2012年小型農田水利重點縣項目區位于白橋鎮和孫集鄉，耕地面積2920hm2，其中白橋鎮1766.67hm2，孫集鄉1153.33hm2。孫集鄉實施泵站提水的低壓管道灌溉工程，新建提水泵站7座，鋪設干管7條，支管84條，斗管400條，PVC管道141.7km；白橋鎮實施機井提水的低壓管道灌溉工程，新打機井341眼，鋪設干管341條，支管1364條，PVC管道226.3km。

2 信息化硬件設施建設

2.1 管網流量采集

在商河縣白橋鎮機井灌區建設射頻卡自動計量系統341套；在孫集鄉泵站灌區干管首端設超聲波流量計7套，在84條支管中選擇重要的40條，在支管入口處設遠傳計量水表40套。

2.2 土壤墑情測報

在白橋鎮的趙屯、指揮李，孫集鄉的王皮、高仙莊布設土壤墑情、地下水位、降雨量測報、視頻“一桿式”監控系統4套，為實現科學灌溉提供數據支撐。

2.3 泵站運行控制系統

在機井灌區建設射頻卡自動控制系統341套，即在井口安裝射頻控制器，通過系統管理機實現對機井的控制。

在灌區每處泵站安裝恒壓變頻自動化供水設施、視頻監控系統共7套；并在恒壓變頻控制柜上配置歐姆龍PLC可編程控制器，實現變頻自動恒壓供水。

3 灌溉信息綜合管理控制平臺開發

3.1 信息平臺架構

在信息化硬件設施建成基礎上，采用B/S結構構建灌溉信息綜合管理控制平臺。商河縣小農水重點縣2012年項目信息平臺主要由流量自動采集系統、土壤墑情測報系統和泵站安全監控系統組成。各子系統將采集到的監測數據通過無線公共網絡傳輸至數據庫服務器，再通過相應軟件將數據發布到平臺上。

通過訪問數據中心網站，可實時獲取7座泵站安全監控系統及流量自動化監測系統、40套支管灌溉控制點流量自動化采集系統和4處土壤墑情監控點的各種數據，并可查詢、打印歷史數據，隨時調取視頻監控錄像，為管理者提供查詢、監控、決策等服務。

3.2 數據采集傳輸方式

1）流量數據采集。7座泵站的主干管流量以及40條主要支管流量數據通過無線網絡傳輸至位于泵站的WIFI通信終端上，最終將實時數據傳輸至監控中心的數據服務器上，服務器管理軟件將接收到的數據進行存儲和分配。

2）土壤墑情監測。土壤墑情測報系統將現場實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，傳輸至位于濟南的數據服務中心，由數據服務中心實時處理和存儲，商河縣灌溉信息綜合管理平臺通過固定IP地址訪問濟南服務中心，獲得土壤墑情實時數據并進行數據查詢處理。

3）泵站視頻數據。泵站的視頻信號通過WIFI無線通訊的方式，將數據實時傳輸至信息綜合管理平臺的數據服務器上，服務器管理軟件將接收到的數據進行存儲和分配。

4 信息化系統應用效果

1）商河縣2012年小農水項目區建設了4套土壤墑情監測系統，實現對土壤含水量、降雨量、地下水位進行及時監測分析，為開展旱情預測、掌握旱情發展動態、預測農作物灌水量提供重要的依據。

2）商河縣孫集鄉泵站灌區的泵站運行全部采用變頻器進行控制，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行，而當一臺真空泵給多臺離心泵補水時，其管路和閥門布局繁瑣，又因泵站管理人員專業技能弱，造成泵站運行問題不斷。該項目在每個泵站安裝自動補水與抽真空控制設備的同時，配備歐姆龍PLC可編程控制器，真正實現了變頻自動恒壓供水，方便了現場運行人員操作、維護，提高了供水可靠性。

3）該系統的數據傳輸采用ZIGBEE與WIFI相結合組成局域網進行數據采集和傳輸，其優點在于一次性建設投入終生免費使用，節省了后期的運行費用，降低了灌溉成本，減輕了用水戶的水費負擔。

4）商河縣白橋鎮機井灌區全部采用機井射頻控制器自動供水技術，實現水費預交，杜絕了水費拖欠問題。一臺系統管理機可以管理多臺控制器，管理機只需1人管理，控制器可以實現無人管理，節省了日常管理費用；射頻卡控制器由計算機控制，根除了人情水，密切了干群關系；“亮卡開機”、“多灌水、多掏錢”，培養了群眾的節水意識。

5 存在問題及建議

1）信息采集點少。由于信息化設備投入成本高，后期維護、更新費用也較高，因此受資金限制，信息采集點布置較少，監控面積過大，不能準確地反映整個區域的墑情變化，灌溉時間、灌水量大多憑借經驗確定，不能動態制定灌溉計劃；孫集鄉項目區共建設7座泵站，布設84條支管，而支管流量采集點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。由于農業是基礎產業也是弱勢產業，建議政府加大對信息化技術的投資力度，拓寬投資渠道。

2）采集數據標準不一。該項目信息數據涉及流量、土壤墑情、地下水位、降雨量、視頻等，由于信息設備供應商眾多，各種數據傳感器標準不一，數據存儲格式各不相同，造成信息傳輸到管理平臺后讀取數據的困難，增加軟件開發人員的工作量。

3）信息傳輸手段單一，傳輸速度慢。由于小農水信息工程大多處于較偏遠的地區，通訊信號弱，而數據的傳輸手段又僅限于無線網絡或通訊方式，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的接受程度有待提高。目前項目工程管理人員因專業技能弱，對于信息化等高科技認識遠遠不夠，滿足不了信息化技術的發展要求，應加快信息化知識的普及和技術人才的培養。