农业种植基地信息化系统的开发与利用

高　峰，王建华，朱娴娴（.嘉兴钱塘江海塘维护有限公司，浙江 萧山 30000，.浙江省钱塘江建设开发总公司，浙江 萧山 30000）

农业种植基地信息化系统的开发与利用

高峰1，王建华2，朱娴娴2
（1.嘉兴钱塘江海塘维护有限公司，浙江 萧山 310000，2.浙江省钱塘江建设开发总公司，浙江 萧山 310000）

以浙江省湖州市安吉县的钱塘江海塘为例，针对浙江省海塘农业种植基地的不足之处，分析了海塘农业种植基地的农业种植基地范围，对如何更好的灌溉经济农作物进行了思考，通过案例分析，提出许多建设性的措施。事实证明，自动监控系统的利用是有效的，可为同类型的海塘农业种植基地提供有益的借鉴。

信息化；农业种植基地；利用

1　引言

为了增加钱塘江海塘农业种植基地［1］的基地面积，适应国民经济发展的需要。依据浙江省2014年水利科技推广计划“海宁市智能节水灌溉的自动控制系统的推广与实施”、浙财农［2014］257号“关于拨付2014年水利科技推广省补助资金的通知”和《2014年度浙江省水利科技推广主推技术（产品）目录》等文件精神，启动该项目的推广与实施工作。

智能节水灌溉是浙江省“五水共治”节水环节的重要组成部分，采用智能节水灌溉自动化，不但能够达到节水的目的，而且可以实时监控整个农业生产基地状态，提高农作物的生产效益，减少人工投入的成本以及基地的安全。因此该项目的实施对提高基地的智能化现代化水平、减少水资源浪费、提高基地安全监管水平、增强基地的示范和辐射作用等方面具有重要意义。

2　系统开发背景

本基地位于嘉兴地区海宁市钱塘江江畔，基地总面积达到100亩，如图1所示。现在准备对核心基地蔬菜种植区、八堡饭店周围、农水灌溉试验区以西3块基地实施该项目。其中八堡饭店周围建设基于移动互联终端视频安全监控区域20亩，建设基地蔬菜种植区和农水灌溉试验区以西的典型灌溉基地35亩，蔬菜种植区基地分为南北2块种植区，其中左边种植区长200 m，宽24 m，右边种植区长200 m，宽26 m，农水灌溉试验区以西基地包括鱼塘、种植区等，在地块大的土地上建立一个泵房。当地块水分湿度值低于要求时自动加水，高于要求时自动停水，本项目采用滴灌灌溉。

图1　基地平面图

3　系统总体设计

3.1系统概述

本系统综合采用自动控制技术、计算机网络技术、数据库技术、工程监测技术等多种高新技术，建成一个基于局域网的集阀门自动控制［2］、视频监视、水情监测、农业种植基地运行数据管理等功能于一体的农业种植基地信息化系统工程。系统由调度中心、通讯网络、阀门控制子系统、水情监测子系统、视频监视子系统组成。系统软件开发注重开放性、可扩展性原则，为今后工程运行所需的其他各类系统预留接口。

为了提高整个基地的示范和辐射作用，准备将最先进的自动化灌溉技术，并将云服务技术融入到整个自动化灌溉系统的实施过程。采用最新版本的“基于云技术的智能节水灌溉自动化控制系统”，旨在保证整个基地的灌溉现代化、智能化、高端化。

具体指标及功能要求为：

（1）远程和现地控制每块地的含水率，也可手动操作控制；

（2）可随时查看土壤含水数据，并能查询历史数据；

（3）可随时查看基地的温度数据，并能查询历史数据；

（4）实现手机移动视频监控，能够手机远程报警；

（5）实现手机移动智能灌溉控制；

（6）实现权限管理，级别越高，登录权限越大。

3.2系统总体结构

本系统主要包括阀门监控子系统、视频监视子系统、水情监测子系统。各子系统都通过局域网有机地整合在一起，形成一个能够实现各个子系统间进行信息共享、协同工作的综合自动化管理平台。采用数据库技术集中处理信息，结合Web技术，开发基于B/S方式的Web综合信息发布系统，能够方便直观地让用户得到各系统的信息。通过租用光纤的方式接入互联网，以Web方式为管理人员提供信息查询平台。

视频监视系统包括前端摄像及控制设备、图像传输网络、图像传输设备、硬盘录像机等。主要实现对阀门上下游外景、阀门机组等重要设备的远方监视。

阀门监控系统按现地手动控制层、现地自动控制层、远程自动控制层三层结构设计，远程自动控制层实现阀门集中自动监控功能和客户端浏览的WEB服务功能。主要实现对牛黄坝、瓦屋冲、钱坑边、梅林、鸽子坞5个站点的启闭机设备进行远程控制。

系统总体拓扑结构图如图2所示：

图2　系统总体拓扑结构图

3.3调度中心系统结构

调度中心是整个系统通讯的枢纽、各种信息的集散地，是业务系统运行的基础。在调度中心配备相关的网络通讯设备、管理局办公局域网、业务应用设备等。

调度中心的建设目标是通过网络通讯系统与水情监测系统、阀门控制系统各站点相连接，成为农业种植基地水情、工情的监视、监控中心。因一期项目中已有调度中心，故按新的建设要求改建调度中心。

调度中心的功能要求为：

（1）广域网接入功能，调度中心与INTERNET网络互联；

（2）为各应用软件系统提供网络运行平台；

（3）调度中心对农业种植基地网络集中管理功能；

（4）网络安全防范功能。

从系统结构来看，信息中心的建设内容包括3个部分：调度中心网络、调度中心应用软件系统、信息设备配置。

（1）调度中心网络：调度中心网络是整个系统通讯网络的一部分，本系统将在调度中心建成局域网络，摒弃超短波数传电台，改由光纤接入因特网，发布各工程数据信息。

（2）调度中心应用软件系统：调度中心应用软件系统包括阀门控制系统、农业种植基地水情监测系统，视频监视系统。各子系统都通过局域网有机地整合在一起，形成一个能够实现各个子系统间进行信息共享、协同工作的综合自动化管理平台。

（3）整体办公设备：以信息化的全面普及为方案实施的设计要求，而信息化在农业种植基地普及的基础设备之一就是日常办公设备的正确使用和有效的利用。

3.4水情监测系统结构

水情监测系统以RTU为核心单元，使用超声波水位传感器采集水位，翻斗式雨量计采集雨量，机械式格雷码闸位计采集闸位，利用GPRS网络传送数据，太阳能极板供电。

（1）站点工作方式

采用随机自报和定时自报相结合的自报工作方式：

①随机自报：每当被测的水位水情参数发生一个规定的增减量变化时，如水位涨落1cm，且与上次发送数据时间间隔大于5 min时，即自动向信息中心发送一次数据；

②定时自报：每隔1 h，不管参数有无变化，即采集和报送一次数据，信息中心的数据接收设备始终处于值守状态。

这种工作方式功耗低，便于供电，结构简单，可靠性高，实时性强，能很好地反映降雨和水位等变化的全过程。

设备终端支持与调度中心管理主机和手机双向信息交互功能，农业种植基地工作人员可通过手机短信实现对设备终端的参数设置、工作状态查询等操作。

1）遥测终端的“省电”模式，实现较低的功耗。GPRS终端模块可以设定上报时间，当需要上报是主动打开采集模块电源，信息发送完毕切断采集模块电源。

2）系统能响应中心站远程召测命令，将固态存储数据上传到中心站。

3）可实时测量水位、雨量值，定时检测电源电压等参数。

4）可设置站号、设置定时报时间、平安报间隔时间、系统时钟等。

5）遥测站具有定时自报功能，当长时间（时间间隔可设置）没有参数变化时，遥测站将自动启动报数一次（参数可设置）。

6）对水位数据进行定时采集，水位数据采集周期可以根据需要进行设置。

7）遥测站采用蓄电池供电太阳能电池浮充的供电方式；电池容量满足连续30 d以上阴雨天气条件的电量需要。

8）数据采集器可将实时采集的雨量数据、水位数据写入非易失性存贮器内，所存贮的数据带时标（年月日时分）。

9）所有外部接口都有消抖动和光电隔离能力，并有过压保护电路，可接入雨量、浮子水位等多种传感器。

10）可使用远程或计算机现地下载所存贮的数据。

11）断电时能保存数据和设备信息不丢失。

（2）通讯方式

水位监测由现场设备和接收端设备组成。现场设备包括：RTU、超声波水位传感器、闸位计、通信单元和供电单元；接收端设备包括：通信控制机、数据库服务器和安装了水情应用软件的工作站。站点和信息中心采用GPRS通信方式。

（3）供电方式

站点设备采用太阳能电池和蓄电池组的组合供电方式，现场条件允许的情况下可用市电。

3.5阀门监测系统结构

调度中心布置有局域网络系统。控制系统通过光纤与LCU控制柜相连，LCU控制柜通过控制电缆与现地电器控制柜相连，与主控计算机、视频监视主机、水雨情遥测系统等构成完整的监控网络。

阀门控制系统采用现地手动控制、现地自动控制、远程控制3层控制系统，现地手动控制优先级最高，现地自动控制优先级其次，远方集中控制优先级最低，且具有互锁功能［3］。系统结构图如图3所示：

图3　阀门监控系统结构图

3.6视频监视系统结构

本系统包括图像信息采集分系统、前端承载与防护设备、前端供电与防雷设备、视频（数据）信号传输分系统、控制与录像分系统、远程视频服务等部分。系统的内部通讯通过RS485实现。系统共安装一体化高速球机6套，其采集的视频信号经通信设备传输至调度中心，控制系统以硬盘录像机为主控设备，其中硬盘录像机主要完成图像信息存储、录像、图像显示及视频上传等功能。调度中心的操作人员根据对彩色监视器上所见信息的判断进行相应的键盘操作，完成调用、切换、控制前端图像等功能，并

有选择性的对监视信号进行录像。

视频监视系统结构图如图4所示。

图4　视频监测系统结构图

4　结语

钱塘江海塘农业种植基地信息化系统的开发与利用，解决了农业种植基地监管不到位这一难题。该系统的应用取得了很好的效果，有效的提高农业种植基地自动化管理，为管理人员提供便利。希望该系统能为其他农业种植基地提供帮助，为实现自动化监测打下基础。

［1］吴 剑，鲁天明.赋石水库兴利调节计算 ［J］.广东科技，2012，3（5）：73-75.

［2］任文涛，杨 懿，张本华，等.温室节点式渗灌自动控制系统设计与实现［J］.农业工程学报，2009，25（8）：59-63.

［3］何 方，李奉义，李 毅.多循环、可预置、互锁功能译码器设计［J］.零八一科技，2003（4）：18-21.

TP311

B

1672-5387（2016）05-0054-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.019

2016-04-01

高峰（1984-），男，工程师，研究方向：水利水电工程。