信息化系统在农田水利项目中的应用

□蒋庆丽　□杨洪涛（新密市水务局）



信息化系统在农田水利项目中的应用

□蒋庆丽□杨洪涛（新密市水务局）

农田水利信息化不但是农田水利现代化的标志，同时也是农田水利现代化的重要组成部分，加快农田水利现代化建设步伐，对于改造传统农业、增强农业抵御自然灾害能力、提高农田水利综合效益、实现水资源可持续利用和农业可持续发展、保障国家粮食安全意义重大。

信息化系统；组成；实现；应用思考

1　项目背景

在全国大力发展农田水利现代化的背景下，郑州市委市政府认真贯彻落实2011年中央1号文件精神和中央、省水利工作会议精神，从土地出让金提取农田水利建设资金，进一步加大农田水利基础设施建设的投资力度并在现状基础上提出更高的建设标准，要求通过农田水利信息化整乡推进的建设力度，为全省农田水利现代化建设积累经验，树立标杆。按照郑州市农田水利现代化示范乡镇建设规划要求，新密市来集镇作为首批三个乡镇之一列入实施计划。主要规划建设内容包括：节水灌溉工程、农田排涝减灾工程、山丘区雨洪资源集蓄利用工程、农田水利信息化工程以及农田园田化工程6大体系，其中农田水利信息化工程是其核心部分。

2　信息化系统组成

2.1农田水利信息化系统组成

2.1.1墒情监测系统

土壤墒情监测系统由土壤墒情传感器、GPRS采集传输模块和太阳能供电设备组成。在干渠上分布10个土壤墒情传感器，对土壤墒情监测，在离地面10 cm处放一个，在离地面20～40 cm处放一个，在40～80 cm处放一个，离地面80～100 cm处放一个，总共4个土壤墒情传感器，GPRS数据采集模块对土壤墒情进行采集，然后传送到测控系统上。在数据采集系统上，以数据库的形式分别建立系统运行参数库和实时要素库。人工输入系统运行参数，保存在系统运行参数库中，用以控制自动观测设备的数据采集和数据上传。通过定时采集各监测站测得的不同深度土壤水分数据，形成监测区域内土壤水分数据库，对监测数据作加工处理和分析，生成各种加工产品，提供土壤墒情监测、农田合理施水、宜种作物选择、旱情预测等即时有效的服务。依据系统运行参数，控制生成中国气象局统一规定的标准数据文件，并提供数据查询及报表打印功能。

由于土壤墒情监测现场也不具备通电条件，我们同样设计采用太阳能供电方式来为现场传感器和通讯设备提供不间断的电源，同时确保在阴雨天正常的供电。

2.1.2地下水情监测系统

地下水情监测系统利用现代通讯、计算机、数字网络与电子技术，实现水资源的动态信息（水情）远程自动测报。该系统分水情检测、信号传送、数据传输、分析处理等子系统，具有科技含量高、精度高，稳定性和时效性强的特点，实现了地下水监测数据的无人采集，自动测报，提高了工作效率和办公自动化水平，同时也便于水行政部门和地震监测管理部门及时准确掌握水资源实时状况，为水资源调配和地震预测预报提供可靠的科学依据。该系统的应用，使该市水资源管理监测步入了快捷、准确、高效的轨道，将产生巨大的经济和社会效益。地下水情监测系统依托GPRS网络，工作人员可以在监测中心查看地下水的水情数据。监测中心的监测管理软件能够实现数据的远程采集、远程监测，监测的所有数据进入数据库，生成各种报表和曲线。

地下水情监测系统由四部分组成：监测中心、通信网络、智能液位变送器和太阳能供电方案。

2.1.3视频监控系统

视频监视系统由现地监视系统和视频服务系统两部分组成。现地监视系统主要由摄像机、云台、解码器（云台镜头控制）、视频编码器等设备组成，完成工程现场视频信息的采集、处理、传输，同时接受远程用户的监视控制指令，执行对摄像机镜头和云台的控制，以获取不同角度、不同方位、不同效果的图像信息。视频服务系统主要由视频管理服务器、数据管理服务器、媒体服务器、视频客户端等设备及相关软件组成，完成视频信息的接收、处理、存储、调配、点播、回放等功能，同时对视频客户端的用户进行管理，以满足不同地域、不同级别、不同监视要求的用户的视频监视需求。

2.1.4气象监测系统

移动式自动气象站采用一体化设计，专门为小气候观测，流动气象观测哨、短期科学考察、季节性生态监测等开发生产的多要素自动气象站。可测量风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等常规气象要素，同时根据微气象学中空气动力学方法，自动计算并存储风寒指数、ET蒸腾蒸发量及温/湿度/光照/风指数。该类气象站已成为目前为止国内测量气象要素最全面的小气候观测站。

2.1.5大棚智能灌溉管理系统

温室大棚精准灌溉系统以根层土壤水分作为控制指标，根据作物不同的生长阶段控制根层土壤含水量，确定灌水时间和灌水定额。整个灌溉控制系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端、通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况。当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀。也可以根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作。也可手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

2.1.6节水灌溉实时智能预报与控制系统

熟地黄具有补血滋阴、益精填髓的功效，作为临床常用的补虚要药，滋阴柔润之品，其质厚滋腻，对于脾胃虚弱者，难免有腻膈碍胃的壅中之弊[7]。目前中医脾虚证单因素造模方法有苦寒泻下法、饮食不节法、劳倦过度法、外湿困脾法，复合因素造模方法有劳倦过度合并饮食失节法、苦寒泻下合并饮食失节法、苦寒泻下合并劳倦过度法、外湿困脾合并饮食失节法、劳倦过度合并外湿困脾法[6]。本实验基于熟地黄中医辨证用药特点、最终确定选取苦寒泻下合并劳倦过度型脾虚模型为研究模型。

通过实施灌溉自动化控制，可减少或避免人为因素的影响。因为作物生长需要水肥供应，而水肥供应靠精准灌溉来实现，微滴灌技术和自动控制技术是精准灌溉最有效的技术解决途径。微滴灌技术为作物生长提供了技术保证，也为自动控制技术提供了应用平台。因此可以说，滴灌自动化控制与智能化管理技术将使灌溉达到真正节水增产增效之目的。

3　系统功能应用和实现

3.1数据采集和管理

项目区建立信息监测站点，负责灌区数据的实时采集、储存和自动网络传输。利用气象自动监测和土壤水环境测定设备及采集系统，对项目区作物实时灌溉系统所需基础数据进行实时监测，建立数据库，实施数据的实时储存和在线管理，并通过GPRS/Internet方式将各监测点信息并行远程传输到县级、市级灌溉管理系统中心，实现灌溉数据的多级管理。

3.2实时预报决策

利用灌溉监测实验数据与作物的需水规律，确定作物的适宜灌溉时间和灌水量，采用作物根区土壤水量平衡、田间作物日水量平衡等计算分析方法，构建作物的在线生长模拟模型，科学实时地确定作物的灌水时间、灌水次数、灌水定额和灌溉定额。

3.3灌溉信息发布

建立灌溉预报网站，发布灌溉信息，包括节水灌溉动态、土壤墒情、动态作物需水ET、灌溉预报成果等；实时灌溉预报窗口，包括远程登录入口、自主预报显示，并采用LED大屏幕实现监测，预报信息的远程发布。

3.4灌溉预报决策会商平台

将灌溉预报和灌溉决策信息在网络上、大屏幕上展示，并且通过决策预案比选模型对决策进行效果模拟，将这一过程实时展现给决策者群体决策，辅助选择出满意的灌水方案付诸实施，构建面向Web的作物灌溉在线实时管理决策系统，实现当前决策发布、作物灌溉预报、配水预测等适应性管理决策。

3.5乡镇级和市级灌溉管理平台

项目区监测数据以及灌溉预报信息实时传输至县级、市级灌溉管理平台，乡镇级和市级管理平台可在线监测、查看、管理灌溉数据，根据实时信息和基础资料完成信息处理和业务应用，并通过网站和LED大屏幕进行发布。

4　信息化系统应用与思考

随着郑州市农业信息化进程加快，以及新型城镇化的加快推进，农村劳动力不断向城市转移，可以预计，农业信息化系统在农田水利建设中应用会越来越多，技术要求会越来越高，灌溉自动化、智能化控制在农业领域将有巨大的市场需求。利用现代化智能控制技术和互联网的集成，实现对传统喷灌、滴管、微管等节水灌溉技术再升级，发展自动化、智能化的灌溉控制系统，实现更高效的节水用水，将是未来农田水利工作发展的方向和目标。

来集镇杨家门村农田水利信息化系统已经运行1a，土地流转户对灌溉自动化系统非常满意，特别是其节水节肥、节约人工等优点，灌溉管理变得更为轻松和方便，另外在周边刘寨镇任岗村也利用了信息化智能控制系统发展农业示范园区。但在使用过程中，我们也发现也不足之处，首先是管理维护，因为用户大部分是农民，技术素质不高，在操作过程中不按规范使用，导致系统中断、死机，信息无法传递等问题。其次，信息化系统较适用于平原地区的农田水利灌溉，对于我们山丘区，在使用过程中易出现灌溉作物出水量不平衡，造成灌溉不均等问题。

今后农田水利建设中要大力推广信息化系统应用，同时邀请专业人员组织网络技术培训管理工作，来提高信息化系统管理工作水平，进一步研究信息化自动灌溉系统在山丘区农田水利项目中应用技术，避免出现灌溉不均，出水量不平衡等问题。

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

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1673-8853（2016）06-0072-02

蒋庆丽（1976-），女，工程师，主要从事水土保持工作。

2016-04-21