現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利信息化工程管理系統(tǒng)研究

[摘 要] 本文詳細介紹現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利信息化工程的建設(shè)方案，該系統(tǒng)建設(shè)集成了水利現(xiàn)代化乃至農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化新技術(shù)，實現(xiàn)園區(qū)全要素的集中監(jiān)控和管理，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)效益，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)提供可推廣、可復(fù)制的水肥水利信息化工程管理系統(tǒng)解決方案。

[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代水利工程；節(jié)水節(jié)肥；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)

[中圖分類號] F320；S126 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）13-90-3

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利信息化工程建設(shè)主要以高效農(nóng)業(yè)示范園為平臺，結(jié)合園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計，滿足園區(qū)建設(shè)的需要。在園區(qū)規(guī)劃設(shè)計的過程中，要消除水資源的供給不足問題，完善相關(guān)的設(shè)施，提高自動化程度，滿足自動化控制需要，以“工程水利+農(nóng)業(yè)高效化管理+先進的管理體制”為目的，最終實現(xiàn)園區(qū)的示范性引領(lǐng)作用，通過以點帶面實現(xiàn)園區(qū)的高水平管理。在建設(shè)過程中實現(xiàn)水利工程的管控和使用的一體化，“以水養(yǎng)水”為發(fā)展的最終目的，發(fā)揮水利工程的長期效益。

在農(nóng)業(yè)科技示范園建設(shè)過程中，充分發(fā)揮智能化信息的核心作用，以智能化的水利工程提升示范園區(qū)的整體水平，實現(xiàn)示范園區(qū)的智能化發(fā)展，促進本地區(qū)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。作為示范園區(qū)的重點建設(shè)項目，智能化水利工程的成功應(yīng)用對于推動農(nóng)業(yè)發(fā)展有著十分重大的意義。

1 建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

水利信息化建設(shè)是在項目區(qū)灌溉管網(wǎng)工程的基礎(chǔ)上開展的，系統(tǒng)建設(shè)要求實現(xiàn)如下目標(biāo)：①按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利工程的要求，實現(xiàn)自動測量流速、自動測量壓力，實現(xiàn)水利工程的自動輸送和配比；②為實現(xiàn)示范園區(qū)的便捷管理，在管理過程中采取現(xiàn)場手動控制、展廳中集體控制及網(wǎng)絡(luò)遠程批量控制的方式，管理上采用日常管理、管委會管理、用水戶協(xié)會管理3種方式；③在土壤灌溉過程中根據(jù)墑情確定灌溉指標(biāo)，通過自動化灌溉實現(xiàn)水資源的節(jié)約利用，通過自動化管控根據(jù)設(shè)定的水量和時間對農(nóng)田進行灌溉，在灌溉過程中根據(jù)氣候條件、農(nóng)作物的長勢及農(nóng)作物的需水量進行準(zhǔn)確灌溉，達到節(jié)約用水的目的；④在示范園區(qū)農(nóng)田管理過程中，需要定期對土壤進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果對農(nóng)田進行水肥管理，避免養(yǎng)料不足或養(yǎng)料過多對農(nóng)作物生長產(chǎn)生影響，實現(xiàn)水肥一體化管理；⑤通過自動化手段對水池內(nèi)的水位進行自動監(jiān)測，當(dāng)水位超過或低于臨界水位時自動報警，水泵能根據(jù)水池內(nèi)水位的多少進行開泵或停泵處理，在出水量方面能根據(jù)用水的需要調(diào)節(jié)出水量，進而實現(xiàn)水泵房的智能化管控；⑥為更加準(zhǔn)確地掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要將食品信息和數(shù)據(jù)信息進行遠程顯示；⑦通過二維碼對農(nóng)作物的生產(chǎn)信息和質(zhì)量進行追溯；⑧自動化展示廳集中控制和管理；⑨將水利工程和氣象信息進行有效聯(lián)通，實現(xiàn)有效的預(yù)報。

2 灌溉遠程控制系統(tǒng)

墑情的自動化監(jiān)測和管理系統(tǒng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水利工程管理的重點，其中主要包括土壤的實時監(jiān)測、灌溉的自動化控制等。在灌溉自動化控制過程中，閥門的開啟是控制的關(guān)鍵，要根據(jù)現(xiàn)場的需要對模塊進行優(yōu)化設(shè)計。在程序設(shè)計開發(fā)的過程中，要采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，要在《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》（SL364-2006）監(jiān)測規(guī)范的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，以便于后期根據(jù)需要對軟件進行升級和功能擴展，在軟件開發(fā)、安裝、調(diào)試的過程中，要充分考慮后期開發(fā)的需要，采用通用的軟件突破技術(shù)門檻[1]。

2.1 灌溉系統(tǒng)說明

①現(xiàn)場控制的核心是閘閥，將其安裝在分水處，閘閥的數(shù)量根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)面積大小進行設(shè)計，其中主站設(shè)置在展示廳用于自動化控制；②在設(shè)置的過程中在展示廳內(nèi)布置監(jiān)控管理系統(tǒng)，灌溉區(qū)內(nèi)布置灌溉區(qū)現(xiàn)場控制，實現(xiàn)灌溉區(qū)的現(xiàn)場控制；③閘閥的設(shè)計要根據(jù)農(nóng)田的灌溉需要對尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，為自動灌溉提供便利的條件[2]。

2.2 無線通信的設(shè)計與實現(xiàn)

無線通信設(shè)計在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)園區(qū)管理過程中占有重要的位置，通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)遠程控制，在設(shè)計的過程中要考慮大容量通信的實施，通信校驗方式采用CRC和校驗，確保通信的正確進行。

3 水肥一體化

水肥一體化管理是指全自動灌溉施肥機的使用，其工作原理是在先進的編程控制器的管理下，通過EC/PH值及流量監(jiān)控對電子閥進行自動化控制，將肥料和養(yǎng)分準(zhǔn)確地灌輸?shù)街鞴芫W(wǎng)內(nèi)，對農(nóng)田進行精確的施肥管理[3]。在使用過程中可以進行遠程和就地控制，在遠程控制中可以通過計算機對土壤的濕度、環(huán)境的溫度、蒸發(fā)量進行全過程監(jiān)測，實現(xiàn)智能化自動調(diào)節(jié)施肥管理。就地控制，是指通過本地鍵盤現(xiàn)場監(jiān)控，通過計算機實現(xiàn)施肥的精準(zhǔn)控制，滿足水肥一體化的需要。

4 無線遠傳視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一般區(qū)域和規(guī)模都比較龐大，在自動化管理過程中布線比較困難，為提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園的管理水平需要使用無線傳輸技術(shù)，及時了解示范園農(nóng)作物的生長狀態(tài)、員工的工作技能及日常管理需要，因此無線遠傳技術(shù)需要解決如下問題：①需要對園區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)過程進行監(jiān)督，對施肥、灌溉和人工操作進行有效的監(jiān)管；②隨著園區(qū)種植數(shù)量的不斷增加，需要針對不同的品種、新的設(shè)備和氣候條件進行管理，勞動量大；③園區(qū)管理過程中會涉及到生產(chǎn)人員，面對現(xiàn)代化園區(qū)建設(shè)會有很多的消費者和觀光人員，需要對園區(qū)的設(shè)備設(shè)施進行有序管理；④通過遠程控制來展現(xiàn)園區(qū)現(xiàn)代化種植的成果，展現(xiàn)農(nóng)作物的生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)食品安全可視化管理[4]。

5 泵房水池自適應(yīng)控制系統(tǒng)

水泵房控制系統(tǒng)是水利工程自動化建設(shè)中重要的核心部件，其主要部件由分站+浮球+變頻器液位開關(guān)+水泵控制器+GPRS等組成，通過系統(tǒng)對電磁閥的開度進行控制，通過自動化手段對水池內(nèi)的水位進行監(jiān)測，根據(jù)水位監(jiān)測的結(jié)果和設(shè)定的上限、下線水位進行水泵的開啟和停止，有效調(diào)節(jié)水池內(nèi)水位的高度；也可根據(jù)出水量和進水量的差值對水池內(nèi)的水位進行調(diào)節(jié)，有效管控住水池內(nèi)水位的高度，做到自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無人自動化管控[5]。

6 遠程網(wǎng)絡(luò)氣象監(jiān)測站

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，氣候?qū)r(nóng)作物的生長有著極大的影響。農(nóng)業(yè)氣象是對異常天氣的總稱，一旦發(fā)生異常氣候必然會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來十分嚴(yán)重的影響，發(fā)生氣象災(zāi)害會造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，嚴(yán)重的會造成絕收。使用遠程網(wǎng)絡(luò)對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進行監(jiān)測，對異常氣候進行有效的評估，根據(jù)需要對災(zāi)難的等級進行劃分，通過遠程網(wǎng)絡(luò)氣象監(jiān)測為園區(qū)農(nóng)作物的種植提供基礎(chǔ)依據(jù)[6]。

7 管理房中心管理系統(tǒng)

主站PC軟件采用Visual studio 2008，數(shù)據(jù)庫采用SQL SEVER 2005進行開發(fā)，通過此軟件的應(yīng)用能實時顯示和查看不同區(qū)域控制級別的土壤墑情、用水的壓力及流量、環(huán)境溫度、濕度計太陽輻射，同時也能顯現(xiàn)水池的液位高低及相關(guān)的灌溉數(shù)據(jù)；根據(jù)實際情況還能顯示灌溉用閥門的開口度，能根據(jù)灌溉的需要對閥門的開度及水流量進行自動調(diào)節(jié)[7]。

通過監(jiān)控管理級能對示范園內(nèi)的水利工程進行遠程控制，并對各種參數(shù)進行匯總，對上傳到系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)匯總到數(shù)據(jù)庫進行儲存。同時，數(shù)據(jù)庫還具有修改、查詢、增加和刪除等多種功能。能根據(jù)灌溉的要求通過遠程對調(diào)節(jié)閥門的開度進行控制，定時定量進行農(nóng)田灌溉。在灌溉的過程中，既能顯示實時數(shù)據(jù)，又能查看相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)；在使用過程中根據(jù)使用要求設(shè)置極限報警，對各種參數(shù)的上下線進行控制，超出上下線進行預(yù)報警，根據(jù)上傳和采集的數(shù)據(jù)分析不同時段的趨勢圖；在灌溉過程中通過對水池內(nèi)的水位自動監(jiān)測技術(shù)，對水池內(nèi)的水位進行報警，根據(jù)水位上下線的設(shè)定自動調(diào)節(jié)水泵的停啟功能，能在遠程控制的狀態(tài)下對水池內(nèi)的水位進行有效控制，自動調(diào)節(jié)水池的出水量和進水量，實現(xiàn)自動化管理[8]。

7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005，作物對象表為作物區(qū)域表的父表，作物區(qū)域編號、作物名稱、澆灌時間分別為各表的主鍵，主要功能和作用如下。作物對象表，指的是農(nóng)作物的具體名稱，包括農(nóng)作物的適宜溫度和適宜濕度；作物區(qū)域表，主要是對農(nóng)作物的生產(chǎn)區(qū)域進行編號，包括農(nóng)作物的種類、主要灌溉方式，區(qū)域的大小作為編號的主要內(nèi)容；作物灌溉計劃表，主要包括灌溉時間、灌溉用水量、灌溉區(qū)域、灌溉時的氣候條件等；作物狀態(tài)表，指的是農(nóng)作物在生長過程中所處的狀態(tài)，主要包含土壤的養(yǎng)分、濕度、pH值，周邊環(huán)境的溫度、風(fēng)量、濕度、雨量、太陽光強度等和農(nóng)作物生長相關(guān)的數(shù)據(jù)[9]；作物歷史表，指的是農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中的歷史數(shù)據(jù)，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，確定農(nóng)作物在生長過程中的參數(shù)，為農(nóng)作物的灌溉、施肥等提供數(shù)據(jù)支持。

7.2 程序設(shè)計

程序設(shè)計在水利工程管理信息化建設(shè)中具有十分重要的作用，當(dāng)系統(tǒng)啟動后接收相關(guān)的數(shù)據(jù)，能根據(jù)需要獲取土壤的墑情，設(shè)定農(nóng)田的灌溉計劃，設(shè)定溫度和濕度的預(yù)警值；通過自動和手動兩種模式對農(nóng)田灌溉進行管理，采用自動灌溉模式可以根據(jù)土壤的濕度進行灌溉，當(dāng)土壤的濕度小于設(shè)定的數(shù)值時會自動灌溉[10]。自動灌溉還可以實現(xiàn)定時灌溉，在規(guī)定的時間內(nèi)對農(nóng)作物進行灌溉。手動灌溉是根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析有選擇性地對土壤進行灌溉。

8 系統(tǒng)功能

①能按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利工程的要求預(yù)設(shè)灌溉，實現(xiàn)定時、定量化灌溉，根據(jù)需要顯示農(nóng)田的實時數(shù)據(jù)，遇到問題對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，設(shè)定農(nóng)田灌溉的上下限值，對超出上下線的進行預(yù)警設(shè)置。②實現(xiàn)一體化水肥技術(shù)，通過自動化手段的應(yīng)用，對土壤的墑情、養(yǎng)分、濕度進行實時監(jiān)測，根據(jù)工藝參數(shù)的設(shè)置對農(nóng)田進行施肥和灌溉。③實現(xiàn)園區(qū)設(shè)備設(shè)施的可視化管理，通過視頻監(jiān)控園區(qū)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備及設(shè)備的運行情況，直觀反映出農(nóng)作物的生產(chǎn)狀態(tài)，對園區(qū)進行輔助管理。④通過信息化管理自動調(diào)節(jié)出水量，根據(jù)灌溉需要對水泵進行自動調(diào)價，實現(xiàn)水泵房的無人自動化管理。⑤通過示范園農(nóng)作物的自動灌溉系統(tǒng)，能根據(jù)農(nóng)作物的需求進行定量、定時灌溉，實現(xiàn)水資源的節(jié)能管理，達到節(jié)能效果。

9 結(jié)語

在現(xiàn)代園區(qū)水利工程設(shè)計過程中，要積極借鑒國內(nèi)外的前沿技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)。通過示范園的建設(shè)，將信息化和計算機技術(shù)進行有機的結(jié)合，實現(xiàn)自動化無人水泵房的管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高效現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

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