周扣明， 胡春杰， 張英建， 李 承

(1.南通遠控自動化技術有限公司， 江蘇 南通 226000； 2.水利部南京水利水文自動化研究所， 江蘇 南京 210012；3.江蘇南水科技有限公司， 江蘇 南京 210012； 4.海安市水利局， 江蘇 南通 226600)

農(nóng)業(yè)用水是社會用水的主要組成部分，而灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水的95%，灌溉用水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性與合理性對用水總量統(tǒng)計和水資源管理考核都是至關重要的。目前農(nóng)田灌溉用水量統(tǒng)計方法非常單一，常用的方法有：一是水資源公報中的用水量統(tǒng)計。其主要采用典型調查獲取行業(yè)用水指標定額測算用水總量，統(tǒng)計精度不高，統(tǒng)計結果復核困難[1]。二是灌溉用水有效利用系數(shù)測算統(tǒng)計灌溉用水量[2]。采用以典型實測為主、調查統(tǒng)計為輔的方法，選取主要的灌溉渠首，并布設量測水設施，從而形成“渠首計量點”，并開展灌溉用水量實測，這種方法原理簡單易懂，但是樣點灌區(qū)數(shù)量少，農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計方法相對粗放。

2017年河北省出臺了如《河北省農(nóng)業(yè)用水限額及水量核定工作辦法(試行)》和《河北省農(nóng)業(yè)用水以電折水計量實施細則(試行)》等相關文件，提出農(nóng)業(yè)用水可采用“以電折水”測算統(tǒng)計農(nóng)田灌溉用水量?！耙噪娬鬯笔歉鶕?jù)用電量進行用水量換算，其主要原理是當河網(wǎng)水位變幅不大時，機組效率可認為不變，因此可通過率定以電折水轉換系數(shù)，求得水泵提水量與電量的關系，即每度電的提水量，在以后統(tǒng)計用水量時，只要統(tǒng)計用電量即可。

針對目前各種統(tǒng)計方法存在的問題，結合江蘇省農(nóng)業(yè)水價綜合改革和海安市農(nóng)田灌溉現(xiàn)實情況，借助ArcGIS Server平臺和物聯(lián)網(wǎng)相關技術，本文設計了一套農(nóng)田灌溉用水監(jiān)測系統(tǒng)。通過對灌溉泵站電量的測量，配合人工率定以電折水轉換系數(shù)，從而準確地換算得到用水量，然后采用Internet/GPRS網(wǎng)絡相結合的方式傳送到后臺服務器，實現(xiàn)了用水量、電量、水價的顯示查詢以及網(wǎng)絡共享等功能，方便各級用戶查看數(shù)據(jù)，合理調配水資源。

1 ArcGIS概述

ArcGIS Server是一個基于Web的企業(yè)級GIS解決方案[3]，充分利用了ArcGIS的核心庫ArcObjects，并且基于工業(yè)標準提供WebGIS服務,在分布式環(huán)境下可以實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)管理、制圖、空間分析、編輯。ArcGIS Server架構組成包括服務器端的GIS Server、Web Server、Data Server以及Web瀏覽器，各個組件可以部署在不同的機器上，在進程的管理、啟動和關閉以及對象運行中起到負載均衡的作用。ArcGIS Server結合了GIS技術和網(wǎng)絡Web技術，綜合發(fā)揮GIS的空間分析和處理網(wǎng)絡Web技術促進全球互聯(lián)與信息共享。

2 系統(tǒng)總體設計

農(nóng)田灌溉用水監(jiān)測系統(tǒng)采用B/S模式，在服務器端接收與存儲并發(fā)布取水泵站點信息、用電量信息及設備工情信息數(shù)據(jù)。為了清晰地定義和控制系統(tǒng)結構，保證系統(tǒng)的擴展性，在功能設計、數(shù)據(jù)庫設計的基礎上，對系統(tǒng)的總體結構進行了詳細設計。系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構

2.1 采集層

采集層包括電流互感器、流量計、ARM處理器、M26通信模塊及供電模塊，其硬件架構圖如圖2所示。主控板芯片采用型號為STM32F103RET6,其內(nèi)核低功耗、性價比較高，能夠及時處理各種傳感器采集的數(shù)據(jù)并實時傳送到中心站。

圖2 硬件架構

2.2 網(wǎng)絡傳輸層

網(wǎng)絡層主要任務是完成采集信息的傳送，是物聯(lián)網(wǎng)信息的承載網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)中的接入設備結構不同，物聯(lián)網(wǎng)應該是泛在的，而且物體是移動的，因此物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層需要支持移動性，實現(xiàn)無縫接入[4-5]。本文采用Internet/GPRS網(wǎng)絡相結合的方式將用水量和流速數(shù)據(jù)傳送到服務器進行存儲與處理。

2.3 應用層

應用層是對采集層的采集數(shù)據(jù)進行計算、處理和知識挖掘，從而實現(xiàn)對物理世界的實時控制、精確管理和科學決策。本文采用HTML、CSS、JavascriptD等網(wǎng)頁開發(fā)相關技術[6-7]，以SQL Server為后臺管理數(shù)據(jù)庫，語言采用3層架構體系和組件技術，研發(fā)了一套農(nóng)田灌溉用水量監(jiān)測系統(tǒng)，為用戶提供了各個泵站地圖快速瀏覽與定位，泵站信息數(shù)據(jù)查詢，泵站提水量數(shù)據(jù)查詢及種植面積等功能，實現(xiàn)了灌區(qū)泵站信息資源多部門共享，提高系統(tǒng)的友好性與實用性，為海安市水利局的水資源公報和用水量統(tǒng)計提供技術支撐。

3 系統(tǒng)功能設計

本系統(tǒng)具體實現(xiàn)功能如下：

(1)泵站信息查詢。首先選擇指定查詢條件，通過泵站空間信息以及與屬性數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)，集中顯示泵站的流量、抽水量、電量、電池電壓等，輸入時間，選擇泵站，再點擊查詢，出現(xiàn)各泵站水資源信息查詢結果。

(2)種植面積查詢?？梢圆榭锤麈?zhèn)、村所有總面積、水稻作物面積、旱作物面積、水產(chǎn)養(yǎng)殖面積。

(3)圖形繪制、瀏覽。地圖放大或縮放及對圖層屬性的添加、刪除、修改等基本操作，流域圖可以放大縮小，放大后會顯示泵站基本信息。

4 結 語

本文應用物聯(lián)網(wǎng)信息技術、ArcGIS Server平臺，設計建立的農(nóng)田灌溉用水監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了用水量、電量、水價的顯示查詢以及網(wǎng)絡共享等功能，方便各級用戶查看數(shù)據(jù)，合理調配水資源。通過海安市各級泵站室外試點，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)運行實時、準確、穩(wěn)定，達到了預期效果。