东北四省区节水增粮信息化建设内容及框架

东北四省区节水增粮行动计划建设高效节水灌溉面积3 800万亩(253.33万hm2)，其中黑龙江1 500万亩（100万hm2），吉林900万亩（60万hm2），辽宁600万亩（40万hm2），内蒙古800万亩（53.33万hm2）。发展喷灌面积1 600万亩（106.67万hm2），其中大型喷灌机灌溉面积1 110万亩（74万hm2）；发展微灌面积2 066万亩（137.73万hm2）；发展管道输水灌溉工程面积134万亩（8.93万hm2）。项目涉及188个县，共建设18万眼机井。在建设高效节水灌溉工程的同时，每个项目省(区)选择 2 个项目县作为节水灌溉信息化建设试点，实施信息网络、工程管网和服务网络同步建设，配置灌溉用水计量、自动控制、监测和信息管理等设施，加强工程管理和水资源监测，显著提高灌溉管理水平。

《东北四省区节水增粮行动县级信息化建设技术指南》（试行）明确，此次信息化建设的目标是紧密结合节水灌溉信息化建设试点项目县的特点，充分利用最新的物联网技术和空间信息技术，重点建设灌溉用水与地下水水位自动化监测工程，实现工程取水量和水资源承载能力的信息化管理；提高工程运行管理水平，并结合土壤墒情与气象等信息的自动监测，科学指导灌溉，引领灌溉现代化方向。

建设内容

节水增粮行动信息化建设主要包括五方面的业务需求：节水增粮行动项目工程建设与运行管理、水量监控管理、地下水水位监测、灌溉预报与服务、灌溉自动化和智能化运行。

1.信息采集和控制设备

节水增粮行动县级信息化建设涉及的信息采集和控制设备众多，应根据功能需求和应用场所选择性能稳定、价格合理的产品。

（1）水量监控

对取水口进行水量监控，同时将监测内容传输到监控中心。取水口水量监控共有三种模式：

①远传管道流量计监控：主要针对取用地表水及柴油机发电取水地区，对水量进行监控。需要在取水管道安装远传管道流量计等，需要太阳能或锂电池供电。

② IC 卡水量监控：设备主要包括 IC 卡智能控制器、用户卡、GPRS 无线模块与电表。实现各次灌溉用电量及用电时间的实时监控，通过水电转换，得到用水量。

③ IC 卡电量监控：设备主要包括 IC 卡智能控制器、用户卡、GPRS 无线模块与电表。实现各次灌溉用水量、用电量及用水时间的实时监控。

（2）地下水水位监测

地下水水位监测设备包括水位/水温传感器、远程监测终端和供电单元，实现机井地下水水位/水温的动态测量，远程自动上报机井地下水静水位、动水位和水温信息。地下水水位监测设备要求长期连续工作，不受供电条件限制。根据项目需求，可适当增设地下水水质传感器。

（3）土壤墒情监测

土壤墒情监测设备包括土壤水分/温度传感器、远程监测终端和供电单元。根据需求土壤水分采用剖面布设方式，常用的是三层土壤水分(10/20/40cm)、一层土壤温度(5cm)。按布设时间分为固定监测站、季节性监测站和移动监测站，其中固定监测站长年观测；季节性监测站在作物播种前安装，收获后拆除，监测整个作物生长季的土壤信息；移动监测站是用户根据需要临时测量土壤信息，一般移动监测设备需要具有GPS位置信息。

（4）农业气象监测

农业气象监测设备包括空气温湿度、雨量、风速风向、太阳辐射、大气压力和二氧化碳等传感器，远程监测终端和供电单元。

（5）灌溉自动化设备

灌溉自动化设备实现了田间阀门控制，由电磁阀、无线阀控器、状态反馈开关构成的无线阀门控制单元，主控制器和用户操作终端组成。

2.监控中心建设

监控中心建设主要包括计算机网络、展示中心和乡级分中心建设。

计算机网络建设主要包括基础网络硬件建设、基础软件购置和机房建设。基础网络硬件包括网络交换机、硬件防火墙、应用服务器、数据库服务器、接收服务器、备份服务器及租用公网IP 地址等；基础软件包括服务器操作系统、杀毒软件和安全入侵检测系统等；机房建设包括机柜购买、防尘、防静电、防火等建设。

展示中心主要是显示各类信息数据、进行用水调度和指导生产的会商场所。建设内容包括显示设备、音响设备、视频会议及会议发言设备等。

乡级分中心主要实现水权分配、水权交易、购买水量等功能。需要配置的硬件包括投影仪、计算机、读写卡器以及配套的办公环境等。

3.数据库建设

数据库是节水增粮行动县级信息化数据存储和管理的核心，主要包括信息接收、处理与存储，数据维护和管理等。数据库将以图形为核心，实现空间信息与属性信息的无缝集成管理。为满足节水增粮行动县级信息化管理的需要，可分为项目管理数据库、基础信息数据库、工程运行数据库及地理信息数据库4个一级数据库。

4.软件系统建设

节水增粮行动县级管理信息系统以项目管理信息、工程属性信息、工程运行信息、地块属性信息、地下水水位及取水口水量监测信息为数据基础，以地理信息为表现手法，以互联网为传输手段，结合数据库及WebOS 技术，建设稳定可靠、用户界面友好、报表灵活的信息化系统。通过系统建设，实现对项目片区实施情况、取水口空间分布情况、地下水水位变化情况、水量统计与分析、土壤墒情与气象情况的监测，可以分为空间展示、工程管理、水量监控、地下水水位监测、灌溉管理、基础信息管理、运维管理、系统管理等模块，实现将工程信息、地下水水位、取水口水量等数据定期上报部、省级管理系统的功能。

5.信息发布

信息发布主要包括墒情、气象、灌溉时间与灌溉定额等信息的发布，指导农户科学灌溉。

总体技术架构与组成

依托物联网和 GIS 空间信息技术，融合节水增粮行动项目的建设需求，在物联网技术架构基础上，提出节水增粮行动县级信息化建设的总体技术架构如图1所示，包含各类传感器、具有通信能力的测控设备、信息中心和信息发布交互设备。

节水增粮行动项目主要涉及内容如下：

① 传感器将测定参数转化为具有确定关系的电信号。节水增粮行动项目中监测参数主要包括：灌溉用水量计量、地下水位、管道压力、土壤水分和气象等；

② 测控设备完成电信号采集、预处理、本地存储和远程通信任务；

③ 监控中心通过互联网接收测控设备和人工上报数据、进行数据多层次处理和存储、集成各种应用业务系统。信息中心可以分为县级、省级和部级中心；

④ 信息发布交互设备作为扩大信息交换的重要途径，包括参与管理和现场操作的基础信息服务站及现场监控中心、面向公众的电子显示屏、广播和电视、面向个人用户的手机、计算机。

东北节水增粮行动项目面广量大，工程分散，必须借助现代先进的信息技术，才能大幅度提高工作效率和水平，保障项目区工程建设管理规范科学、有序地开展。信息化管理必将推动高效节水灌溉工程运行的自动化、智能化水平，不但能够节约时间、节省劳动力，实现灌溉管理方式变革，还能通过总量核定、计量取水、实时监测等信息化手段，将总量控制、定额管理落到实处，通过对工程运行、土壤墒情和气象等信息的实时监测，做到及时精准灌溉，从而提高灌溉质量和灌溉管理水平，为农业生产和粮食增产科学用水提供有效的技术保障。