管道灌溉信息化系统研究

朱日清，侯祥东，杜文贞

（1.山东省淮河流域水利管理局，山东 济南 250100；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

管道灌溉信息化系统研究

朱日清1，侯祥东1，杜文贞2

（1.山东省淮河流域水利管理局，山东 济南 250100；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

介绍了一种管道灌溉自动化测水量水及控制技术，该项技术以一杆一站式结构为基础、以信息自动化采集为支撑、以智能化决策支持为手段，对于建设节水型灌区具有重大意义。

管道灌溉；信息化；测水量水；智能决策

管道灌溉信息化系统由管道流量自动采集系统、田间土壤墒情自动监测系统、泵站运行监控系统、灌溉自动控制系统和节水灌溉智能决策支持系统组成。该系统利用先进的传感设备，对作物生长所需的水因子进行监测采集，并可通过预留接口，实时获取气象信息，通过构建的计算机信息平台，对监测采集的数据进行存储计算；利用已有的作物灌溉制度资料及科研成果，建立作物灌溉制度及作物生长制约因素信息库；通过开发的节水灌溉智能决策与控制系统软件，进行推理、对比、决策，从而实现灌溉智能化、自动化，实现实时精准灌溉，达到提高作物产量与品质的目的，提高水分生产率，实现农业高效用水。

1 整体技术方案

该管道灌溉信息化系统，以管道流量、工情、雨情和墒情信息自动采集为基础，以公共通信网络和局域网为依托，以水资源的优化配置为核心，以测水、量水为重点，以自动化监控为手段，基于自主研发的一站式产品技术，实时地对区内的灌溉管道进行监控，形成了一个智能化、网络化、多功能的管道数字化测水系统及网络，达到全面提升灌区管理水平、提高信息资源的应用能力的目的，为灌区日常管理提供科学依据，最大限度地发挥灌区的综合效益，实现灌区的科学化、现代化管理。

2 系统的基本架构

系统主要构成包括：数据服务中心、各级管理单位（用户端）、管道数据监测终端、管道控制终端、土壤墒情监测终端以及无线传输网络等组成（如图1）。

2.1 管道现场监控设备的结构

采用自主研发的一站式产品结构，风光互补电源设备、传输设备、采集探头（水位、流速、土壤墒情、雨量、视频等）、智能终端控制器以及防雷装置等都安装在现场一根水泥或金属杆上。

2.2 数据传输方式的选取

简单地说，数据传输可以分为有线和无线2种方式，两者最大不同之处在于传输资料的媒介不同。本系统主要采用中国移动的GPRS/3G无线通信方式，覆盖率较好，传输速度及稳定性较好。小范围组网时还可采用WiFi或Ziggbe。

2.3 组网模式及网络结构

由于本系统的测站分布广，具有多级用户系统，在网络已经基本普及的今天，最好的方式是采用Web的方式提供服务，即利用数据服务中心，向用户提供统一的网络内容服务。系统使用者可利用自身的条件，直接登录数据服务中心的IP地址，根据权限，使用该系统提供的各类服务。

现场采集的数据集中上传，使用统一的技术数据服务中心，提供测水信息与自动化监控系统的接入和技术数据服务。

2.4 系统数据信息化平台

该管道信息化服务平台体系主要分为3部分：Web服务模块、应用程序服务模块和数据库服务模块，其主要实现Web监控用户端管理功能、现场视频监控管理功能，以及各类数据的存储、管理及分析等功能。

在数据服务中心部署有应用服务器、Web服务器以及数据库服务器，作为整个系统的中枢组成部分，主要负责综合的事务管理，为所有其他软件模块提供网络连接、通讯、数据存储与操作等服务。各级用户可方便的使用现有的计算机，便可通过互联网方便地查看、监控管道的相关数据和视频图像。

本系统采用C/S与B/S结合的方式，他能实现信息共享与交互，又能实现对数据严密、有效的管理，使得系统更新简单，维护简单，部署灵活，易于操作。本平台主要包含以下3部分：

1）Web服务模块。Web服务器采用微软的IIS，Web应用程序采用ASP.NET开发，提供统一的WEB接口，用户端可用IE浏览器登录数据服务中心网站地址，根据用户名/密码确定权限，进行相关的浏览、查询、监控、维护各种设备信息及状态等。

2）应用程序服务模块。采用Delphi开发的后台应用程序提供以下几个功能：为所有其他软件模块提供网络连接、通信及数据库操作等功能，并与监控终端保持连接，24h不间断运行，提供流速、水位、流量、视频等的信息采集控制等功能。

3）数据库服务模块。采用微软的SQLServer作为存储数据库，与.Net兼容性好。SQLServer是一个全面的、集成的、端到端的数据解决方案，为组织中的用户提供了一个更安全可靠和更高效的平台，用于企业数据和BI应用，能达到本系统需求，并具有较高的性价比。

2.5 用户端软件系统

系统Web用户端采用Web2.0技术，极大地提高了系统的响应时间以及吞吐量。用户端采用Ajax局部刷新技术以及类似Office2007的主题界面改善用户体验。采用Jquery和Ajax开发的WebGIS能够满足用户直观地查看电子地图的需求、视频和控制信息以ActiveX的形式嵌入到浏览器中，使用户能够实时的查看视频、状态信息以及及时地控制远程的终端。

用户端的主要特点包括：

1）精心设计人性化用户界面，操作方便、舒适，多站点Web登录、连接，实现数据高度共享。

2）多用户管理功能，实现根据用户名权限管理，注册登记；视频多画面浏览，不同规格画面监控，支持全屏多窗口、单窗口模式；用户可自定义镜头逻辑分组，并能分组轮跳浏览，轮跳时间可以设定。

3）支持对前端摄像机云台的远程控制（180°全方位转动），实时监测管道流速、水位数据；支持历史数据检索功能支持年度，季度，月度，数据统计分析。

4）统一管理，服务可靠，社会投资成本小，只需要建立一个公共数据服务器，就能满足区域管道监控的需要。数据服务中心设备统一管理，集中维护，更安全、更可靠。

5）系统扩展灵活，如需增加站点监控数量，数据服务中心无需做任何硬件调整，只需要配置管道监控现场设备即可满足要求，并且系统维护方便。

6）分工更加专业化，专业的管道信息化数据技术服务，有利于资源优化配置，可有效地提高管理水平，降低管理成本。该平台充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。

3 结 语

本项技术研究在进行技术总结和深化的基础上，充分考虑了灌区灌溉的工程特点，在管道灌溉自动化监控技术方面进行了有益探索及创新，从而可以更全面、实时、准确地了解灌区的运行状况，有利于提高灌区的科学管理水平，对于建设节水型灌区、和谐型灌区具有重大意义。

[1] 刘春华,等.引黄灌区自动化测水技术[J] .全国灌区量水技术专刊,2010.

[2] 朱焕立,茹正波,荣晓明.农田灌溉自动化控制系统的开发研究[J] .灌溉排水学报,2009(04).

[3] 宋卫东.农田灌溉远程监控测控系统的开发[J] .农业装备技术,2008(06).

[4] 徐忠辉,潘卫国,石红梅.自动灌溉控制系统的应用[J] .北京水务,2010(05).

（责任编辑崔春梅）

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1009-6159（2013）-12-0041-02

朱日清（1987—），男，助理工程师