□蔣慶麗　□楊洪濤（新密市水務(wù)局）

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信息化系統(tǒng)在農(nóng)田水利項(xiàng)目中的應(yīng)用

□蔣慶麗□楊洪濤（新密市水務(wù)局）

農(nóng)田水利信息化不但是農(nóng)田水利現(xiàn)代化的標(biāo)志，同時(shí)也是農(nóng)田水利現(xiàn)代化的重要組成部分，加快農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設(shè)步伐，對(duì)于改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害能力、提高農(nóng)田水利綜合效益、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障國(guó)家糧食安全意義重大。

信息化系統(tǒng)；組成；實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用思考

1　項(xiàng)目背景

在全國(guó)大力發(fā)展農(nóng)田水利現(xiàn)代化的背景下，鄭州市委市政府認(rèn)真貫徹落實(shí)2011年中央1號(hào)文件精神和中央、省水利工作會(huì)議精神，從土地出讓金提取農(nóng)田水利建設(shè)資金，進(jìn)一步加大農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度并在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上提出更高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，要求通過(guò)農(nóng)田水利信息化整鄉(xiāng)推進(jìn)的建設(shè)力度，為全省農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)，樹立標(biāo)桿。按照鄭州市農(nóng)田水利現(xiàn)代化示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃要求，新密市來(lái)集鎮(zhèn)作為首批三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一列入實(shí)施計(jì)劃。主要規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容包括：節(jié)水灌溉工程、農(nóng)田排澇減災(zāi)工程、山丘區(qū)雨洪資源集蓄利用工程、農(nóng)田水利信息化工程以及農(nóng)田園田化工程6大體系，其中農(nóng)田水利信息化工程是其核心部分。

2　信息化系統(tǒng)組成

2.1農(nóng)田水利信息化系統(tǒng)組成

2.1.1墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由土壤墑情傳感器、GPRS采集傳輸模塊和太陽(yáng)能供電設(shè)備組成。在干渠上分布10個(gè)土壤墑情傳感器，對(duì)土壤墑情監(jiān)測(cè)，在離地面10 cm處放一個(gè)，在離地面20～40 cm處放一個(gè)，在40～80 cm處放一個(gè)，離地面80～100 cm處放一個(gè)，總共4個(gè)土壤墑情傳感器，GPRS數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)土壤墑情進(jìn)行采集，然后傳送到測(cè)控系統(tǒng)上。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上，以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式分別建立系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)庫(kù)和實(shí)時(shí)要素庫(kù)。人工輸入系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，保存在系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)庫(kù)中，用以控制自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳。通過(guò)定時(shí)采集各監(jiān)測(cè)站測(cè)得的不同深度土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，形成監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作加工處理和分析，生成各種加工產(chǎn)品，提供土壤墑情監(jiān)測(cè)、農(nóng)田合理施水、宜種作物選擇、旱情預(yù)測(cè)等即時(shí)有效的服務(wù)。依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，控制生成中國(guó)氣象局統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件，并提供數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表打印功能。

由于土壤墑情監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)也不具備通電條件，我們同樣設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能供電方式來(lái)為現(xiàn)場(chǎng)傳感器和通訊設(shè)備提供不間斷的電源，同時(shí)確保在陰雨天正常的供電。

2.1.2地下水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

地下水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用現(xiàn)代通訊、計(jì)算機(jī)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水資源的動(dòng)態(tài)信息（水情）遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)報(bào)。該系統(tǒng)分水情檢測(cè)、信號(hào)傳送、數(shù)據(jù)傳輸、分析處理等子系統(tǒng)，具有科技含量高、精度高，穩(wěn)定性和時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)人采集，自動(dòng)測(cè)報(bào)，提高了工作效率和辦公自動(dòng)化水平，同時(shí)也便于水行政部門和地震監(jiān)測(cè)管理部門及時(shí)準(zhǔn)確掌握水資源實(shí)時(shí)狀況，為水資源調(diào)配和地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，使該市水資源管理監(jiān)測(cè)步入了快捷、準(zhǔn)確、高效的軌道，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。地下水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依托GPRS網(wǎng)絡(luò)，工作人員可以在監(jiān)測(cè)中心查看地下水的水情數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，生成各種報(bào)表和曲線。

地下水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由四部分組成：監(jiān)測(cè)中心、通信網(wǎng)絡(luò)、智能液位變送器和太陽(yáng)能供電方案。

2.1.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)由現(xiàn)地監(jiān)視系統(tǒng)和視頻服務(wù)系統(tǒng)兩部分組成?，F(xiàn)地監(jiān)視系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、云臺(tái)、解碼器（云臺(tái)鏡頭控制）、視頻編碼器等設(shè)備組成，完成工程現(xiàn)場(chǎng)視頻信息的采集、處理、傳輸，同時(shí)接受遠(yuǎn)程用戶的監(jiān)視控制指令，執(zhí)行對(duì)攝像機(jī)鏡頭和云臺(tái)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(wù)系統(tǒng)主要由視頻管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、媒體服務(wù)器、視頻客戶端等設(shè)備及相關(guān)軟件組成，完成視頻信息的接收、處理、存儲(chǔ)、調(diào)配、點(diǎn)播、回放等功能，同時(shí)對(duì)視頻客戶端的用戶進(jìn)行管理，以滿足不同地域、不同級(jí)別、不同監(jiān)視要求的用戶的視頻監(jiān)視需求。

2.1.4氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

移動(dòng)式自動(dòng)氣象站采用一體化設(shè)計(jì)，專門為小氣候觀測(cè)，流動(dòng)氣象觀測(cè)哨、短期科學(xué)考察、季節(jié)性生態(tài)監(jiān)測(cè)等開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的多要素自動(dòng)氣象站。可測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、雨量、太陽(yáng)輻射量、太陽(yáng)紫外線、土壤溫濕度等常規(guī)氣象要素，同時(shí)根據(jù)微氣象學(xué)中空氣動(dòng)力學(xué)方法，自動(dòng)計(jì)算并存儲(chǔ)風(fēng)寒指數(shù)、ET蒸騰蒸發(fā)量及溫/濕度/光照/風(fēng)指數(shù)。該類氣象站已成為目前為止國(guó)內(nèi)測(cè)量氣象要素最全面的小氣候觀測(cè)站。

2.1.5大棚智能灌溉管理系統(tǒng)

溫室大棚精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)以根層土壤水分作為控制指標(biāo)，根據(jù)作物不同的生長(zhǎng)階段控制根層土壤含水量，確定灌水時(shí)間和灌水定額。整個(gè)灌溉控制系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、區(qū)域控制柜、分路控制器、變送器、數(shù)據(jù)采集終端、通過(guò)與供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制。變送器（土壤水分變送器、流量變送器等）將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的灌溉狀況。當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的下限值時(shí)，電磁閥可以自動(dòng)開(kāi)啟，當(dāng)監(jiān)測(cè)的土壤含水量及液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。也可以根據(jù)時(shí)間段調(diào)度整個(gè)灌區(qū)電磁閥的輪流工作。也可手動(dòng)控制灌溉和采集墑情。整個(gè)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實(shí)施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低人力投入成本。

2.1.6節(jié)水灌溉實(shí)時(shí)智能預(yù)報(bào)與控制系統(tǒng)

熟地黃具有補(bǔ)血滋陰、益精填髓的功效，作為臨床常用的補(bǔ)虛要藥，滋陰柔潤(rùn)之品，其質(zhì)厚滋膩，對(duì)于脾胃虛弱者，難免有膩膈礙胃的壅中之弊[7]。目前中醫(yī)脾虛證單因素造模方法有苦寒瀉下法、飲食不節(jié)法、勞倦過(guò)度法、外濕困脾法，復(fù)合因素造模方法有勞倦過(guò)度合并飲食失節(jié)法、苦寒瀉下合并飲食失節(jié)法、苦寒瀉下合并勞倦過(guò)度法、外濕困脾合并飲食失節(jié)法、勞倦過(guò)度合并外濕困脾法[6]。本實(shí)驗(yàn)基于熟地黃中醫(yī)辨證用藥特點(diǎn)、最終確定選取苦寒瀉下合并勞倦過(guò)度型脾虛模型為研究模型。

通過(guò)實(shí)施灌溉自動(dòng)化控制，可減少或避免人為因素的影響。因?yàn)樽魑锷L(zhǎng)需要水肥供應(yīng)，而水肥供應(yīng)靠精準(zhǔn)灌溉來(lái)實(shí)現(xiàn)，微滴灌技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)是精準(zhǔn)灌溉最有效的技術(shù)解決途徑。微滴灌技術(shù)為作物生長(zhǎng)提供了技術(shù)保證，也為自動(dòng)控制技術(shù)提供了應(yīng)用平臺(tái)。因此可以說(shuō)，滴灌自動(dòng)化控制與智能化管理技術(shù)將使灌溉達(dá)到真正節(jié)水增產(chǎn)增效之目的。

3　系統(tǒng)功能應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集和管理

項(xiàng)目區(qū)建立信息監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，負(fù)責(zé)灌區(qū)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、儲(chǔ)存和自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸。利用氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)和土壤水環(huán)境測(cè)定設(shè)備及采集系統(tǒng)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)作物實(shí)時(shí)灌溉系統(tǒng)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)施數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存和在線管理，并通過(guò)GPRS/Internet方式將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息并行遠(yuǎn)程傳輸?shù)娇h級(jí)、市級(jí)灌溉管理系統(tǒng)中心，實(shí)現(xiàn)灌溉數(shù)據(jù)的多級(jí)管理。

3.2實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)決策

利用灌溉監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與作物的需水規(guī)律，確定作物的適宜灌溉時(shí)間和灌水量，采用作物根區(qū)土壤水量平衡、田間作物日水量平衡等計(jì)算分析方法，構(gòu)建作物的在線生長(zhǎng)模擬模型，科學(xué)實(shí)時(shí)地確定作物的灌水時(shí)間、灌水次數(shù)、灌水定額和灌溉定額。

3.3灌溉信息發(fā)布

建立灌溉預(yù)報(bào)網(wǎng)站，發(fā)布灌溉信息，包括節(jié)水灌溉動(dòng)態(tài)、土壤墑情、動(dòng)態(tài)作物需水ET、灌溉預(yù)報(bào)成果等；實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)窗口，包括遠(yuǎn)程登錄入口、自主預(yù)報(bào)顯示，并采用LED大屏幕實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，預(yù)報(bào)信息的遠(yuǎn)程發(fā)布。

3.4灌溉預(yù)報(bào)決策會(huì)商平臺(tái)

將灌溉預(yù)報(bào)和灌溉決策信息在網(wǎng)絡(luò)上、大屏幕上展示，并且通過(guò)決策預(yù)案比選模型對(duì)決策進(jìn)行效果模擬，將這一過(guò)程實(shí)時(shí)展現(xiàn)給決策者群體決策，輔助選擇出滿意的灌水方案付諸實(shí)施，構(gòu)建面向Web的作物灌溉在線實(shí)時(shí)管理決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前決策發(fā)布、作物灌溉預(yù)報(bào)、配水預(yù)測(cè)等適應(yīng)性管理決策。

3.5鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)和市級(jí)灌溉管理平臺(tái)

項(xiàng)目區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及灌溉預(yù)報(bào)信息實(shí)時(shí)傳輸至縣級(jí)、市級(jí)灌溉管理平臺(tái)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)和市級(jí)管理平臺(tái)可在線監(jiān)測(cè)、查看、管理灌溉數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)信息和基礎(chǔ)資料完成信息處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用，并通過(guò)網(wǎng)站和LED大屏幕進(jìn)行發(fā)布。

4　信息化系統(tǒng)應(yīng)用與思考

隨著鄭州市農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)程加快，以及新型城鎮(zhèn)化的加快推進(jìn)，農(nóng)村勞動(dòng)力不斷向城市轉(zhuǎn)移，可以預(yù)計(jì)，農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)在農(nóng)田水利建設(shè)中應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，技術(shù)要求會(huì)越來(lái)越高，灌溉自動(dòng)化、智能化控制在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮氖袌?chǎng)需求。利用現(xiàn)代化智能控制技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)噴灌、滴管、微管等節(jié)水灌溉技術(shù)再升級(jí)，發(fā)展自動(dòng)化、智能化的灌溉控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)水用水，將是未來(lái)農(nóng)田水利工作發(fā)展的方向和目標(biāo)。

來(lái)集鎮(zhèn)楊家門村農(nóng)田水利信息化系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行1a，土地流轉(zhuǎn)戶對(duì)灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)非常滿意，特別是其節(jié)水節(jié)肥、節(jié)約人工等優(yōu)點(diǎn)，灌溉管理變得更為輕松和方便，另外在周邊劉寨鎮(zhèn)任崗村也利用了信息化智能控制系統(tǒng)發(fā)展農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。但在使用過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)也不足之處，首先是管理維護(hù)，因?yàn)橛脩舸蟛糠质寝r(nóng)民，技術(shù)素質(zhì)不高，在操作過(guò)程中不按規(guī)范使用，導(dǎo)致系統(tǒng)中斷、死機(jī)，信息無(wú)法傳遞等問(wèn)題。其次，信息化系統(tǒng)較適用于平原地區(qū)的農(nóng)田水利灌溉，對(duì)于我們山丘區(qū)，在使用過(guò)程中易出現(xiàn)灌溉作物出水量不平衡，造成灌溉不均等問(wèn)題。

今后農(nóng)田水利建設(shè)中要大力推廣信息化系統(tǒng)應(yīng)用，同時(shí)邀請(qǐng)專業(yè)人員組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)培訓(xùn)管理工作，來(lái)提高信息化系統(tǒng)管理工作水平，進(jìn)一步研究信息化自動(dòng)灌溉系統(tǒng)在山丘區(qū)農(nóng)田水利項(xiàng)目中應(yīng)用技術(shù)，避免出現(xiàn)灌溉不均，出水量不平衡等問(wèn)題。

（責(zé)任編輯：劉長(zhǎng)垠韋詩(shī)佳）

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1673-8853（2016）06-0072-02

蔣慶麗（1976-），女，工程師，主要從事水土保持工作。

2016-04-21