陳冠軍，孫 浩

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，南京 210019）

1 項目概述

甘肅某生活小區(qū)由12個園區(qū)組成，總投資14億元，總用地面積2101畝，總建筑面積97萬平方米。此生活小區(qū)原有綠化灌溉系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用比較傳統(tǒng)的人工開啟閥門的灌溉方式，灌溉時間完全人為作用，不科學(xué)，費人工，對水資源造成極大浪費。主要問題如下：一是傳統(tǒng)人工灌溉方式效率低、成本高；二是灌溉效果不直觀，無法監(jiān)控；三是水資源利用率低，不環(huán)保。

2 智慧灌溉系統(tǒng)概述

智慧灌溉系統(tǒng)是集傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)等多種高新技術(shù)與一體的智慧灌溉控制系統(tǒng)。智慧化灌溉系統(tǒng)，在低功耗、全自動啟閉的工作模式下，進(jìn)行科學(xué)合理灌溉。

全自動化灌溉系統(tǒng)不需要人直接參與，通過預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參量可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。

智慧灌溉系統(tǒng)除了可以通過指揮中心對灌溉進(jìn)行集中調(diào)度監(jiān)控，也可以通過手機(jī)APP遙控灌溉，并可以自動設(shè)定灌溉的頻率及方式。大大節(jié)省了勞動力的投入，提高了工作效率，節(jié)約了水資源，節(jié)約了電能。

表1 智慧灌溉系統(tǒng)與傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)對比

3 解決方案

3.1 系統(tǒng)功能

（1）可根據(jù)溫度、時間的監(jiān)測，進(jìn)行全自動啟閉灌溉系統(tǒng)。

（2）手機(jī)或電腦即可遠(yuǎn)程開啟灌溉電磁閥。

（3）平臺配置灌溉參數(shù)，自動執(zhí)行灌溉計劃。

（4）減少人力、物力的投入，降低成本。

（5）改善小氣候，提高綠地產(chǎn)品質(zhì)量。

（6）軟件平臺實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)，自動生成灌溉日志。

3.2 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)由墑情數(shù)據(jù)采集設(shè)備、無線電網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)三部分組成。墑情采集系統(tǒng)包括傳感器、太陽能、數(shù)據(jù)線、室外支架等設(shè)備，利用頻域反射原理，采用不同的傳感器節(jié)點構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)來測量測出監(jiān)點的土壤含水量、降雨量、土壤溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、太陽輻射等墑情參數(shù)和氣象參數(shù)。無線電網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是物聯(lián)網(wǎng)模塊（移動通信模塊和數(shù)據(jù)通信處理模塊），其功能是把墑情采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)定時上傳到服務(wù)器，實現(xiàn)系統(tǒng)的各種監(jiān)控功能，為旱情系統(tǒng)提供依據(jù)。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、統(tǒng)計軟件、旱情分析軟件等設(shè)備。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)收到墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)后，利用統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動統(tǒng)計，再根據(jù)旱情分析軟件的評價指標(biāo)體系，對監(jiān)測點墑情作出適宜、基本適宜、過多、不足等判斷。

3.3 時間控制

時間控制模塊每天可存儲多次閥門的啟閉時間，并可按星期或天作為設(shè)置單位，當(dāng)時間模塊上顯示的當(dāng)前時間和用戶設(shè)置的打開或關(guān)閉的時間一致時，執(zhí)行相應(yīng)的打開或關(guān)閉閥門動作。

3.4 手自動一體電磁閥

本系統(tǒng)使用的電磁閥選擇手自一體電磁閥。

電磁閥響應(yīng)時間可以短至幾毫秒。由于自成回路，比之其它自控閥反應(yīng)更靈敏。設(shè)計得當(dāng)?shù)碾姶砰y線圈功率消耗很低，屬節(jié)能產(chǎn)品；還可做到只需觸發(fā)動作，自動保持閥位，平時一點也不耗電。電磁閥外形尺寸小，既節(jié)省空間，又輕巧美觀電磁閥本身結(jié)構(gòu)簡單，價格也低，比起調(diào)節(jié)閥等其它種類執(zhí)行器易于安裝維護(hù)。更顯著的是所組成的自控系統(tǒng)簡單得多，價格要低得多。

通過灌溉自動化監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測各灌溉組、分干管等管道重要部位的壓力，對各灌溉組、分干管和各支管的電磁閥進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。同時，平臺可以采集各個片區(qū)的土壤墑情，并設(shè)置土壤水分灌溉閾值。這樣，電磁閥能根據(jù)這閾值自動啟閉，逐步實現(xiàn)灌溉智慧化。

3.5 智慧管理云平臺功能

3.5.1 GIS地圖顯示

智慧灌溉系統(tǒng)平臺基于地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行二次開發(fā)，將相關(guān)的行政區(qū)劃、道路、水系、灌溉區(qū)域、重點建筑等空間要素形成一個可在計算機(jī)上以地圖、衛(wèi)星地圖混合、地形圖、地形混合圖形式等展現(xiàn)灌區(qū)地理信息的展示平臺，并增加了相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成展示、圖表分析、信息查詢、信息管理等功能。

3.5.2 閥門控制功能

通過搭建智慧灌溉管理系統(tǒng)，對小區(qū)內(nèi)的綠化區(qū)域安裝采集設(shè)備（傳感器），可以實時監(jiān)測綠化土壤墑情以及綠化灌溉情況，通過對各綠化帶閥井內(nèi)控制閥門改造，可通過平臺對閥門控制，根據(jù)采集數(shù)據(jù)平臺自動分析是否達(dá)到灌溉條件，自動開關(guān)閥門，達(dá)到對小區(qū)綠化區(qū)域進(jìn)行智慧灌溉，同時，針對小區(qū)閥門采用自動及手動雙工設(shè)計模式，可避免因平臺故障及其他原因?qū)е虏荒茏詣庸喔葧r可手動開關(guān)閥門。

3.5.3 信息管理功能

建立的智慧灌溉系統(tǒng)平臺通過構(gòu)建多層次的灌溉信息數(shù)據(jù)庫，能夠匯總區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息和實時數(shù)據(jù)信息，輔助管理部門制定用水量控制管理辦法，實現(xiàn)大量的灌溉信息快速采集、及時處理、準(zhǔn)確控制，對灌溉的信息化運行管理具有重大意義。

數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源包括取水點信息、所有權(quán)人、詳細(xì)位置、操作人員、土壤墑情、控制器配置型號、灌溉面積、灌

溉周期等信息；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源由相應(yīng)灌區(qū)管理人員提供，上報管理系統(tǒng)，并交與上級管理員審核，審核通過后即錄入數(shù)據(jù)庫；取土壤墑情等實時數(shù)據(jù)信息由前端檢測設(shè)備采集上報到數(shù)據(jù)庫中。為實現(xiàn)灌溉信息的高效管理，建立的數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉信息的編輯、錄入和查詢修改等功能，同時也能對監(jiān)控設(shè)備信息進(jìn)行維護(hù)編輯修改。

3.5.4 自動控制功能

控制系統(tǒng)軟件是安裝于微機(jī)設(shè)備上的，其內(nèi)容有信息采集與處理模塊、信息數(shù)據(jù)顯示模塊、信息記錄與報警模塊、閥門狀態(tài)監(jiān)控模塊和首部控制模塊等組成。負(fù)責(zé)人機(jī)交互、系統(tǒng)通訊、參數(shù)檢測、邏輯判斷、條件控制等為一體的主控單元。根據(jù)節(jié)水灌溉模式及管理水平支持多種控制灌溉方式，在實際操作中可根據(jù)具體情況選取適合自己的控制灌溉方式，包括自動灌溉、定時輪灌、定量輪灌等。

4 設(shè)計方案

本項目在充分考慮前期已有綠化管網(wǎng)設(shè)計的情況下，選擇在現(xiàn)有綠化管網(wǎng)三級網(wǎng)支管處新增手自動一體電磁閥，電磁閥采用物聯(lián)網(wǎng)無線通信方式，采用外接電源與電池雙供電，外接電源就近從樓棟單元內(nèi)公共用電處通過新增變壓整流配電箱取電。

土壤墑情傳感器則安裝于小區(qū)內(nèi)光照充足的位置，與二級管網(wǎng)電磁閥數(shù)量比為1∶8至1∶10，與電磁閥取電方式相同，采用物聯(lián)網(wǎng)無線通信方式。

微機(jī)設(shè)備安裝于小區(qū)監(jiān)控室內(nèi)，對智慧灌溉系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控與遠(yuǎn)程控制。

5 建設(shè)效果

智慧灌溉系統(tǒng)可實時監(jiān)測小區(qū)綠化情況，可以自動和手動控制灌溉系統(tǒng)對灌溉時間和土壤墑情進(jìn)行控制和采集，有效的灌溉，節(jié)約資源。