盧 寧

（濱州市沾化區(qū)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)室，山東 濱州 256800）

濱州市沾化區(qū)經(jīng)過(guò)多年摸索，建成了農(nóng)田節(jié)水信息系統(tǒng)，將信息化和農(nóng)田節(jié)水建設(shè)相結(jié)合，成效顯著。自2011年至今，實(shí)施小農(nóng)水重點(diǎn)縣項(xiàng)目覆蓋高效節(jié)水管道灌溉面積1.18萬(wàn)hm2。以小農(nóng)水項(xiàng)目區(qū)為依托，同山東農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的農(nóng)業(yè)用水綜合管理平臺(tái)。

1 農(nóng)田節(jié)水信息化建設(shè)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 三系統(tǒng)

一是水肥一體化控制系統(tǒng)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息的自動(dòng)采集，并通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、挖掘、處理等形成作物灌溉施肥大數(shù)據(jù)決策模型，對(duì)作物施肥灌溉時(shí)間、灌溉水量、施肥量進(jìn)行指導(dǎo)。包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘、監(jiān)控預(yù)警、決策服務(wù)、效益評(píng)估五部分。水肥一體化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉預(yù)報(bào)、水泵的遠(yuǎn)程控制、灌溉過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理、水肥一體化遠(yuǎn)程控制等功能。

二是農(nóng)業(yè)用水計(jì)量系統(tǒng)。分別在泵站和田間出水口安裝流量計(jì)進(jìn)行水量計(jì)量，并將量測(cè)水量采用無(wú)線傳輸技術(shù)上傳至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)水量水費(fèi)的自動(dòng)測(cè)算、余額顯示、欠費(fèi)預(yù)警提示等功能。包括系統(tǒng)展示、量測(cè)水管理監(jiān)控系統(tǒng)、付費(fèi)平臺(tái)、水權(quán)交易、數(shù)據(jù)報(bào)表、用水情況反饋六部分。

三是農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算系統(tǒng)。根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)土壤墑情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算該時(shí)段內(nèi)被作物吸收利用的實(shí)際水量，通過(guò)泵站出水口水量的自動(dòng)計(jì)量實(shí)現(xiàn)渠首引入水量的計(jì)量，從而計(jì)算出該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的灌溉水利用系數(shù)。在農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析中，綜合考慮作物種類、灌溉方式、畦田規(guī)格、地形、土地平整程度、土壤類型、灌溉制度與方法、地下水埋深等方面，按照代表性、可行性和穩(wěn)定性等原則選擇樣點(diǎn)。

1.2 四模塊

一是量測(cè)水控制模塊。分別在泵站和田間支管位置安裝流量計(jì)進(jìn)行水量的計(jì)量，并將量測(cè)水信息采用無(wú)線傳輸技術(shù)上傳至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。量測(cè)水控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)控制泵的啟閉和支管的自動(dòng)啟閉以及測(cè)量泵站出口和田間支管的實(shí)時(shí)流量和一次灌溉累計(jì)水量。

二是水肥一體化技術(shù)模塊。將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自動(dòng)采集的水雨情、水源水質(zhì)、地下水水質(zhì)、地下水水位、土壤墑情等影響作物生長(zhǎng)因子實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行加工處理、挖掘分析，形成大數(shù)據(jù)灌溉施肥決策模型，對(duì)農(nóng)民灌溉施肥進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)于作物產(chǎn)量與品質(zhì)進(jìn)行人工采集，并將采集數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。

三是農(nóng)業(yè)水計(jì)量付費(fèi)管理模塊。在田間支管位置安裝IC卡控制器，農(nóng)業(yè)水價(jià)付費(fèi)管理系統(tǒng)通過(guò)IC卡控制器自動(dòng)監(jiān)測(cè)田間出水口水量，對(duì)用戶用水量自動(dòng)計(jì)量及水費(fèi)的自動(dòng)支付。農(nóng)業(yè)水價(jià)付費(fèi)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶個(gè)人信息、當(dāng)前使用水量、當(dāng)前水費(fèi)、IC卡余額等信息的查詢、IC卡充值管理、初始水權(quán)的分配、水權(quán)交易管理等功能。

四是灌溉水利用系數(shù)測(cè)算模塊。農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算模塊根據(jù)土壤墑情實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算作物需水量，測(cè)算出項(xiàng)目區(qū)不同作物的灌溉水利用系數(shù)。農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同作物區(qū)典型田塊毛灌溉水利用系數(shù)和凈灌溉水利用系數(shù)的測(cè)算。

2 技術(shù)支撐

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

田間安裝物聯(lián)網(wǎng)氣象信息智慧監(jiān)測(cè)站、物聯(lián)網(wǎng)墑情信息智慧監(jiān)測(cè)站、水肥一體化機(jī)房以及管網(wǎng)智慧控制等，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水雨情信息、土壤墑情信息、泵站及管網(wǎng)流量信息、視頻信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、連續(xù)和精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞阶詣?dòng)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、挖掘、處理等形成作物灌溉施肥大數(shù)據(jù)決策模型。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

監(jiān)測(cè)采集的土壤溫濕度、土壤養(yǎng)分、水文、氣象等數(shù)據(jù)上傳到山東農(nóng)業(yè)大學(xué)大數(shù)據(jù)中心，對(duì)農(nóng)田水利內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的平臺(tái)，數(shù)據(jù)中心整合的數(shù)據(jù)是基于全局的、統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行有效管理并提供上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。面對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)源，提供基于傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，也同時(shí)提供基于Hadoop體系的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。數(shù)據(jù)建設(shè)是大數(shù)據(jù)中心的重要組成部分，也是應(yīng)用服務(wù)層的信息支撐平臺(tái)，存儲(chǔ)和管理各應(yīng)用服務(wù)層業(yè)務(wù)模塊所需的數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)模塊提供信息支持服務(wù)。按不同的主題建立數(shù)據(jù)集市，構(gòu)建集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、交換、發(fā)布與應(yīng)用服務(wù)等功能于一體，利用先進(jìn)軟件技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享和軟件的功能復(fù)用，避免重復(fù)開發(fā)和資源浪費(fèi)，進(jìn)而滿足相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享和進(jìn)行灌溉綜合決策的需要，提供灌區(qū)信息的社會(huì)化服務(wù)。

2.3 GIS技術(shù)

應(yīng)用GIS技術(shù)查看項(xiàng)目區(qū)整體規(guī)劃、不同作物分區(qū)種植情況、泵站位置、管網(wǎng)出水口分布、氣象站以及田間墑情站的位置、當(dāng)前氣象站及墑情站監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)出水口的實(shí)時(shí)流量和累積水量、水泵以及個(gè)出水口的工作狀態(tài)等。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架

根據(jù)總體思路，灌溉控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求分析，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，第一層是大數(shù)據(jù)中心與外網(wǎng)的連接以及大數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)之間的連接；第二層是大數(shù)據(jù)中心與物聯(lián)網(wǎng)信息處理終端之間構(gòu)成數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)；第三層是物聯(lián)網(wǎng)信息處理終端與水源地、管網(wǎng)和田間的監(jiān)測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

4 建議

4.1 與農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作相結(jié)合

目前，沾化區(qū)已完成了0．58萬(wàn)hm2的水價(jià)改革片區(qū)建設(shè)工作，取得了較好的成績(jī)。但是，節(jié)水灌溉工程還在繼續(xù)推進(jìn)，農(nóng)田節(jié)水信息系統(tǒng)數(shù)量還不能全覆蓋。要以農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作為推動(dòng)，加大投資力度，拓寬投資渠道，繼續(xù)發(fā)展農(nóng)田節(jié)水信息系統(tǒng)。

4.2 加強(qiáng)合作

推動(dòng)科研成果加速向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。不斷增加數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)量，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)的支撐作用，發(fā)揮系統(tǒng)一次投入后期低成本維護(hù)試用的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省后期運(yùn)行費(fèi)用，降低灌溉成本，減輕用水戶的水費(fèi)負(fù)擔(dān)。

4.3 與水利工程管護(hù)體制改革相結(jié)合

積極探索、創(chuàng)新體制、健全機(jī)制，成立了濱州市匯鑫農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司，實(shí)行獨(dú)立法人、自負(fù)盈虧運(yùn)行模式，將0．20萬(wàn)hm2農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革區(qū)實(shí)行公司化運(yùn)行。真正落實(shí)好管護(hù)主體，實(shí)現(xiàn)工程的長(zhǎng)久高效運(yùn)行。

4.4 同基層水利服務(wù)組織相結(jié)合

依托鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利站、防汛抗旱服務(wù)組織、農(nóng)村水利專業(yè)服務(wù)組織，充實(shí)農(nóng)田節(jié)水信息系統(tǒng)管理人員，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，加快農(nóng)田水利信息化知識(shí)的普及和技術(shù)人才的培養(yǎng)，使系統(tǒng)發(fā)揮最大作用。