朱日清，侯祥東，杜文貞

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

管道灌溉信息化系統(tǒng)研究

朱日清1，侯祥東1，杜文貞2

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

介紹了一種管道灌溉自動(dòng)化測水量水及控制技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)以一桿一站式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)、以信息自動(dòng)化采集為支撐、以智能化決策支持為手段，對(duì)于建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)具有重大意義。

管道灌溉；信息化；測水量水；智能決策

管道灌溉信息化系統(tǒng)由管道流量自動(dòng)采集系統(tǒng)、田間土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、泵站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)和節(jié)水灌溉智能決策支持系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)利用先進(jìn)的傳感設(shè)備，對(duì)作物生長所需的水因子進(jìn)行監(jiān)測采集，并可通過預(yù)留接口，實(shí)時(shí)獲取氣象信息，通過構(gòu)建的計(jì)算機(jī)信息平臺(tái)，對(duì)監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)計(jì)算；利用已有的作物灌溉制度資料及科研成果，建立作物灌溉制度及作物生長制約因素信息庫；通過開發(fā)的節(jié)水灌溉智能決策與控制系統(tǒng)軟件，進(jìn)行推理、對(duì)比、決策，從而實(shí)現(xiàn)灌溉智能化、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)灌溉，達(dá)到提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)的目的，提高水分生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效用水。

1 整體技術(shù)方案

該管道灌溉信息化系統(tǒng)，以管道流量、工情、雨情和墑情信息自動(dòng)采集為基礎(chǔ)，以公共通信網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)為依托，以水資源的優(yōu)化配置為核心，以測水、量水為重點(diǎn)，以自動(dòng)化監(jiān)控為手段，基于自主研發(fā)的一站式產(chǎn)品技術(shù)，實(shí)時(shí)地對(duì)區(qū)內(nèi)的灌溉管道進(jìn)行監(jiān)控，形成了一個(gè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能的管道數(shù)字化測水系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到全面提升灌區(qū)管理水平、提高信息資源的應(yīng)用能力的目的，為灌區(qū)日常管理提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地發(fā)揮灌區(qū)的綜合效益，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的科學(xué)化、現(xiàn)代化管理。

2 系統(tǒng)的基本架構(gòu)

系統(tǒng)主要構(gòu)成包括：數(shù)據(jù)服務(wù)中心、各級(jí)管理單位（用戶端）、管道數(shù)據(jù)監(jiān)測終端、管道控制終端、土壤墑情監(jiān)測終端以及無線傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成（如圖1）。

2.1 管道現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)

采用自主研發(fā)的一站式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，風(fēng)光互補(bǔ)電源設(shè)備、傳輸設(shè)備、采集探頭（水位、流速、土壤墑情、雨量、視頻等）、智能終端控制器以及防雷裝置等都安裝在現(xiàn)場一根水泥或金屬桿上。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸方式的選取

簡單地說，數(shù)據(jù)傳輸可以分為有線和無線2種方式，兩者最大不同之處在于傳輸資料的媒介不同。本系統(tǒng)主要采用中國移動(dòng)的GPRS/3G無線通信方式，覆蓋率較好，傳輸速度及穩(wěn)定性較好。小范圍組網(wǎng)時(shí)還可采用WiFi或Ziggbe。

2.3 組網(wǎng)模式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于本系統(tǒng)的測站分布廣，具有多級(jí)用戶系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本普及的今天，最好的方式是采用Web的方式提供服務(wù)，即利用數(shù)據(jù)服務(wù)中心，向用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)。系統(tǒng)使用者可利用自身的條件，直接登錄數(shù)據(jù)服務(wù)中心的IP地址，根據(jù)權(quán)限，使用該系統(tǒng)提供的各類服務(wù)。

現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)集中上傳，使用統(tǒng)一的技術(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)中心，提供測水信息與自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的接入和技術(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息化平臺(tái)

該管道信息化服務(wù)平臺(tái)體系主要分為3部分：Web服務(wù)模塊、應(yīng)用程序服務(wù)模塊和數(shù)據(jù)庫服務(wù)模塊，其主要實(shí)現(xiàn)Web監(jiān)控用戶端管理功能、現(xiàn)場視頻監(jiān)控管理功能，以及各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理及分析等功能。

在數(shù)據(jù)服務(wù)中心部署有應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，作為整個(gè)系統(tǒng)的中樞組成部分，主要負(fù)責(zé)綜合的事務(wù)管理，為所有其他軟件模塊提供網(wǎng)絡(luò)連接、通訊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與操作等服務(wù)。各級(jí)用戶可方便的使用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，便可通過互聯(lián)網(wǎng)方便地查看、監(jiān)控管道的相關(guān)數(shù)據(jù)和視頻圖像。

本系統(tǒng)采用C/S與B/S結(jié)合的方式，他能實(shí)現(xiàn)信息共享與交互，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)嚴(yán)密、有效的管理，使得系統(tǒng)更新簡單，維護(hù)簡單，部署靈活，易于操作。本平臺(tái)主要包含以下3部分：

1）Web服務(wù)模塊。Web服務(wù)器采用微軟的IIS，Web應(yīng)用程序采用ASP.NET開發(fā)，提供統(tǒng)一的WEB接口，用戶端可用IE瀏覽器登錄數(shù)據(jù)服務(wù)中心網(wǎng)站地址，根據(jù)用戶名/密碼確定權(quán)限，進(jìn)行相關(guān)的瀏覽、查詢、監(jiān)控、維護(hù)各種設(shè)備信息及狀態(tài)等。

2）應(yīng)用程序服務(wù)模塊。采用Delphi開發(fā)的后臺(tái)應(yīng)用程序提供以下幾個(gè)功能：為所有其他軟件模塊提供網(wǎng)絡(luò)連接、通信及數(shù)據(jù)庫操作等功能，并與監(jiān)控終端保持連接，24h不間斷運(yùn)行，提供流速、水位、流量、視頻等的信息采集控制等功能。

3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)模塊。采用微軟的SQLServer作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，與.Net兼容性好。SQLServer是一個(gè)全面的、集成的、端到端的數(shù)據(jù)解決方案，為組織中的用戶提供了一個(gè)更安全可靠和更高效的平臺(tái)，用于企業(yè)數(shù)據(jù)和BI應(yīng)用，能達(dá)到本系統(tǒng)需求，并具有較高的性價(jià)比。

2.5 用戶端軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)Web用戶端采用Web2.0技術(shù)，極大地提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間以及吞吐量。用戶端采用Ajax局部刷新技術(shù)以及類似Office2007的主題界面改善用戶體驗(yàn)。采用Jquery和Ajax開發(fā)的WebGIS能夠滿足用戶直觀地查看電子地圖的需求、視頻和控制信息以ActiveX的形式嵌入到瀏覽器中，使用戶能夠?qū)崟r(shí)的查看視頻、狀態(tài)信息以及及時(shí)地控制遠(yuǎn)程的終端。

用戶端的主要特點(diǎn)包括：

1）精心設(shè)計(jì)人性化用戶界面，操作方便、舒適，多站點(diǎn)Web登錄、連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度共享。

2）多用戶管理功能，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶名權(quán)限管理，注冊登記；視頻多畫面瀏覽，不同規(guī)格畫面監(jiān)控，支持全屏多窗口、單窗口模式；用戶可自定義鏡頭邏輯分組，并能分組輪跳瀏覽，輪跳時(shí)間可以設(shè)定。

3）支持對(duì)前端攝像機(jī)云臺(tái)的遠(yuǎn)程控制（180°全方位轉(zhuǎn)動(dòng)），實(shí)時(shí)監(jiān)測管道流速、水位數(shù)據(jù)；支持歷史數(shù)據(jù)檢索功能支持年度，季度，月度，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

4）統(tǒng)一管理，服務(wù)可靠，社會(huì)投資成本小，只需要建立一個(gè)公共數(shù)據(jù)服務(wù)器，就能滿足區(qū)域管道監(jiān)控的需要。數(shù)據(jù)服務(wù)中心設(shè)備統(tǒng)一管理，集中維護(hù)，更安全、更可靠。

5）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，如需增加站點(diǎn)監(jiān)控?cái)?shù)量，數(shù)據(jù)服務(wù)中心無需做任何硬件調(diào)整，只需要配置管道監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備即可滿足要求，并且系統(tǒng)維護(hù)方便。

6）分工更加專業(yè)化，專業(yè)的管道信息化數(shù)據(jù)技術(shù)服務(wù)，有利于資源優(yōu)化配置，可有效地提高管理水平，降低管理成本。該平臺(tái)充分利用了現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源和廣域網(wǎng)資源，以信息的實(shí)時(shí)獲取和實(shí)時(shí)控制為中心，實(shí)現(xiàn)信息、資源及任務(wù)的綜合共享和全局一體化的管理。

3 結(jié) 語

本項(xiàng)技術(shù)研究在進(jìn)行技術(shù)總結(jié)和深化的基礎(chǔ)上，充分考慮了灌區(qū)灌溉的工程特點(diǎn)，在管道灌溉自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)方面進(jìn)行了有益探索及創(chuàng)新，從而可以更全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地了解灌區(qū)的運(yùn)行狀況，有利于提高灌區(qū)的科學(xué)管理水平，對(duì)于建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)、和諧型灌區(qū)具有重大意義。

[1] 劉春華,等.引黃灌區(qū)自動(dòng)化測水技術(shù)[J] .全國灌區(qū)量水技術(shù)專刊,2010.

[2] 朱煥立,茹正波,榮曉明.農(nóng)田灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)研究[J] .灌溉排水學(xué)報(bào),2009(04).

[3] 宋衛(wèi)東.農(nóng)田灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控測控系統(tǒng)的開發(fā)[J] .農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2008(06).

[4] 徐忠輝,潘衛(wèi)國,石紅梅.自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J] .北京水務(wù),2010(05).

（責(zé)任編輯崔春梅）

S277

B

1009-6159（2013）-12-0041-02

朱日清（1987—），男，助理工程師