信息化系統在農田水利項目中的應用

□蔣慶麗　□楊洪濤（新密市水務局）

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信息化系統在農田水利項目中的應用

□蔣慶麗□楊洪濤（新密市水務局）

農田水利信息化不但是農田水利現代化的標志，同時也是農田水利現代化的重要組成部分，加快農田水利現代化建設步伐，對于改造傳統農業、增強農業抵御自然災害能力、提高農田水利綜合效益、實現水資源可持續利用和農業可持續發展、保障國家糧食安全意義重大。

信息化系統；組成；實現；應用思考

1　項目背景

在全國大力發展農田水利現代化的背景下，鄭州市委市政府認真貫徹落實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田水利建設資金，進一步加大農田水利基礎設施建設的投資力度并在現狀基礎上提出更高的建設標準，要求通過農田水利信息化整鄉推進的建設力度，為全省農田水利現代化建設積累經驗，樹立標桿。按照鄭州市農田水利現代化示范鄉鎮建設規劃要求，新密市來集鎮作為首批三個鄉鎮之一列入實施計劃。主要規劃建設內容包括：節水灌溉工程、農田排澇減災工程、山丘區雨洪資源集蓄利用工程、農田水利信息化工程以及農田園田化工程6大體系，其中農田水利信息化工程是其核心部分。

2　信息化系統組成

2.1農田水利信息化系統組成

2.1.1墑情監測系統

土壤墑情監測系統由土壤墑情傳感器、GPRS采集傳輸模塊和太陽能供電設備組成。在干渠上分布10個土壤墑情傳感器，對土壤墑情監測，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數據采集模塊對土壤墑情進行采集，然后傳送到測控系統上。在數據采集系統上，以數據庫的形式分別建立系統運行參數庫和實時要素庫。人工輸入系統運行參數，保存在系統運行參數庫中，用以控制自動觀測設備的數據采集和數據上傳。通過定時采集各監測站測得的不同深度土壤水分數據，形成監測區域內土壤水分數據庫，對監測數據作加工處理和分析，生成各種加工產品，提供土壤墑情監測、農田合理施水、宜種作物選擇、旱情預測等即時有效的服務。依據系統運行參數，控制生成中國氣象局統一規定的標準數據文件，并提供數據查詢及報表打印功能。

由于土壤墑情監測現場也不具備通電條件，我們同樣設計采用太陽能供電方式來為現場傳感器和通訊設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地下水情監測系統

地下水情監測系統利用現代通訊、計算機、數字網絡與電子技術，實現水資源的動態信息（水情）遠程自動測報。該系統分水情檢測、信號傳送、數據傳輸、分析處理等子系統，具有科技含量高、精度高，穩定性和時效性強的特點，實現了地下水監測數據的無人采集，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測管理部門及時準確掌握水資源實時狀況，為水資源調配和地震預測預報提供可靠的科學依據。該系統的應用，使該市水資源管理監測步入了快捷、準確、高效的軌道，將產生巨大的經濟和社會效益。地下水情監測系統依托GPRS網絡，工作人員可以在監測中心查看地下水的水情數據。監測中心的監測管理軟件能夠實現數據的遠程采集、遠程監測，監測的所有數據進入數據庫，生成各種報表和曲線。

地下水情監測系統由四部分組成：監測中心、通信網絡、智能液位變送器和太陽能供電方案。

2.1.3視頻監控系統

視頻監視系統由現地監視系統和視頻服務系統兩部分組成。現地監視系統主要由攝像機、云臺、解碼器（云臺鏡頭控制）、視頻編碼器等設備組成，完成工程現場視頻信息的采集、處理、傳輸，同時接受遠程用戶的監視控制指令，執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。視頻服務系統主要由視頻管理服務器、數據管理服務器、媒體服務器、視頻客戶端等設備及相關軟件組成，完成視頻信息的接收、處理、存儲、調配、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、不同監視要求的用戶的視頻監視需求。

2.1.4氣象監測系統

移動式自動氣象站采用一體化設計，專門為小氣候觀測，流動氣象觀測哨、短期科學考察、季節性生態監測等開發生產的多要素自動氣象站。可測量風向、風速、溫度、濕度、氣壓、雨量、太陽輻射量、太陽紫外線、土壤溫濕度等常規氣象要素，同時根據微氣象學中空氣動力學方法，自動計算并存儲風寒指數、ET蒸騰蒸發量及溫/濕度/光照/風指數。該類氣象站已成為目前為止國內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

溫室大棚精準灌溉系統以根層土壤水分作為控制指標，根據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。整個灌溉控制系統由上位機軟件系統、區域控制柜、分路控制器、變送器、數據采集終端、通過與供水系統有機結合，實現智能化控制。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實時監測的灌溉狀況。當灌區土壤濕度達到預先設定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當監測的土壤含水量及液位達到預設的灌水定額后，可以自動關閉電磁閥。也可以根據時間段調度整個灌區電磁閥的輪流工作。也可手動控制灌溉和采集墑情。整個系統可協調工作實施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實現節水、節電，減少勞動強度，降低人力投入成本。

2.1.6節水灌溉實時智能預報與控制系統

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]。目前中醫脾虛證單因素造模方法有苦寒瀉下法、飲食不節法、勞倦過度法、外濕困脾法，復合因素造模方法有勞倦過度合并飲食失節法、苦寒瀉下合并飲食失節法、苦寒瀉下合并勞倦過度法、外濕困脾合并飲食失節法、勞倦過度合并外濕困脾法[6]。本實驗基于熟地黃中醫辨證用藥特點、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，而水肥供應靠精準灌溉來實現，微滴灌技術和自動控制技術是精準灌溉最有效的技術解決途徑。微滴灌技術為作物生長提供了技術保證，也為自動控制技術提供了應用平臺。因此可以說，滴灌自動化控制與智能化管理技術將使灌溉達到真正節水增產增效之目的。

3　系統功能應用和實現

3.1數據采集和管理

項目區建立信息監測站點，負責灌區數據的實時采集、儲存和自動網絡傳輸。利用氣象自動監測和土壤水環境測定設備及采集系統，對項目區作物實時灌溉系統所需基礎數據進行實時監測，建立數據庫，實施數據的實時儲存和在線管理，并通過GPRS/Internet方式將各監測點信息并行遠程傳輸到縣級、市級灌溉管理系統中心，實現灌溉數據的多級管理。

3.2實時預報決策

利用灌溉監測實驗數據與作物的需水規律，確定作物的適宜灌溉時間和灌水量，采用作物根區土壤水量平衡、田間作物日水量平衡等計算分析方法，構建作物的在線生長模擬模型，科學實時地確定作物的灌水時間、灌水次數、灌水定額和灌溉定額。

3.3灌溉信息發布

建立灌溉預報網站，發布灌溉信息，包括節水灌溉動態、土壤墑情、動態作物需水ET、灌溉預報成果等；實時灌溉預報窗口，包括遠程登錄入口、自主預報顯示，并采用LED大屏幕實現監測，預報信息的遠程發布。

3.4灌溉預報決策會商平臺

將灌溉預報和灌溉決策信息在網絡上、大屏幕上展示，并且通過決策預案比選模型對決策進行效果模擬，將這一過程實時展現給決策者群體決策，輔助選擇出滿意的灌水方案付諸實施，構建面向Web的作物灌溉在線實時管理決策系統，實現當前決策發布、作物灌溉預報、配水預測等適應性管理決策。

3.5鄉鎮級和市級灌溉管理平臺

項目區監測數據以及灌溉預報信息實時傳輸至縣級、市級灌溉管理平臺，鄉鎮級和市級管理平臺可在線監測、查看、管理灌溉數據，根據實時信息和基礎資料完成信息處理和業務應用，并通過網站和LED大屏幕進行發布。

4　信息化系統應用與思考

隨著鄭州市農業信息化進程加快，以及新型城鎮化的加快推進，農村勞動力不斷向城市轉移，可以預計，農業信息化系統在農田水利建設中應用會越來越多，技術要求會越來越高，灌溉自動化、智能化控制在農業領域將有巨大的市場需求。利用現代化智能控制技術和互聯網的集成，實現對傳統噴灌、滴管、微管等節水灌溉技術再升級，發展自動化、智能化的灌溉控制系統，實現更高效的節水用水，將是未來農田水利工作發展的方向和目標。

來集鎮楊家門村農田水利信息化系統已經運行1a，土地流轉戶對灌溉自動化系統非常滿意，特別是其節水節肥、節約人工等優點，灌溉管理變得更為輕松和方便，另外在周邊劉寨鎮任崗村也利用了信息化智能控制系統發展農業示范園區。但在使用過程中，我們也發現也不足之處，首先是管理維護，因為用戶大部分是農民，技術素質不高，在操作過程中不按規范使用，導致系統中斷、死機，信息無法傳遞等問題。其次，信息化系統較適用于平原地區的農田水利灌溉，對于我們山丘區，在使用過程中易出現灌溉作物出水量不平衡，造成灌溉不均等問題。

今后農田水利建設中要大力推廣信息化系統應用，同時邀請專業人員組織網絡技術培訓管理工作，來提高信息化系統管理工作水平，進一步研究信息化自動灌溉系統在山丘區農田水利項目中應用技術，避免出現灌溉不均，出水量不平衡等問題。

（責任編輯：劉長垠韋詩佳）

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蔣慶麗（1976-），女，工程師，主要從事水土保持工作。

2016-04-21