管道灌溉信息化系統研究

朱日清，侯祥東，杜文貞

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟南 250100；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

管道灌溉信息化系統研究

朱日清1，侯祥東1，杜文貞2

（1.山東省淮河流域水利管理局，山東 濟南 250100；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

介紹了一種管道灌溉自動化測水量水及控制技術，該項技術以一桿一站式結構為基礎、以信息自動化采集為支撐、以智能化決策支持為手段，對于建設節水型灌區具有重大意義。

管道灌溉；信息化；測水量水；智能決策

管道灌溉信息化系統由管道流量自動采集系統、田間土壤墑情自動監測系統、泵站運行監控系統、灌溉自動控制系統和節水灌溉智能決策支持系統組成。該系統利用先進的傳感設備，對作物生長所需的水因子進行監測采集，并可通過預留接口，實時獲取氣象信息，通過構建的計算機信息平臺，對監測采集的數據進行存儲計算；利用已有的作物灌溉制度資料及科研成果，建立作物灌溉制度及作物生長制約因素信息庫；通過開發的節水灌溉智能決策與控制系統軟件，進行推理、對比、決策，從而實現灌溉智能化、自動化，實現實時精準灌溉，達到提高作物產量與品質的目的，提高水分生產率，實現農業高效用水。

1 整體技術方案

該管道灌溉信息化系統，以管道流量、工情、雨情和墑情信息自動采集為基礎，以公共通信網絡和局域網為依托，以水資源的優化配置為核心，以測水、量水為重點，以自動化監控為手段，基于自主研發的一站式產品技術，實時地對區內的灌溉管道進行監控，形成了一個智能化、網絡化、多功能的管道數字化測水系統及網絡，達到全面提升灌區管理水平、提高信息資源的應用能力的目的，為灌區日常管理提供科學依據，最大限度地發揮灌區的綜合效益，實現灌區的科學化、現代化管理。

2 系統的基本架構

系統主要構成包括：數據服務中心、各級管理單位（用戶端）、管道數據監測終端、管道控制終端、土壤墑情監測終端以及無線傳輸網絡等組成（如圖1）。

2.1 管道現場監控設備的結構

采用自主研發的一站式產品結構，風光互補電源設備、傳輸設備、采集探頭（水位、流速、土壤墑情、雨量、視頻等）、智能終端控制器以及防雷裝置等都安裝在現場一根水泥或金屬桿上。

2.2 數據傳輸方式的選取

簡單地說，數據傳輸可以分為有線和無線2種方式，兩者最大不同之處在于傳輸資料的媒介不同。本系統主要采用中國移動的GPRS/3G無線通信方式，覆蓋率較好，傳輸速度及穩定性較好。小范圍組網時還可采用WiFi或Ziggbe。

2.3 組網模式及網絡結構

由于本系統的測站分布廣，具有多級用戶系統，在網絡已經基本普及的今天，最好的方式是采用Web的方式提供服務，即利用數據服務中心，向用戶提供統一的網絡內容服務。系統使用者可利用自身的條件，直接登錄數據服務中心的IP地址，根據權限，使用該系統提供的各類服務。

現場采集的數據集中上傳，使用統一的技術數據服務中心，提供測水信息與自動化監控系統的接入和技術數據服務。

2.4 系統數據信息化平臺

該管道信息化服務平臺體系主要分為3部分：Web服務模塊、應用程序服務模塊和數據庫服務模塊，其主要實現Web監控用戶端管理功能、現場視頻監控管理功能，以及各類數據的存儲、管理及分析等功能。

在數據服務中心部署有應用服務器、Web服務器以及數據庫服務器，作為整個系統的中樞組成部分，主要負責綜合的事務管理，為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通訊、數據存儲與操作等服務。各級用戶可方便的使用現有的計算機，便可通過互聯網方便地查看、監控管道的相關數據和視頻圖像。

本系統采用C/S與B/S結合的方式，他能實現信息共享與交互，又能實現對數據嚴密、有效的管理，使得系統更新簡單，維護簡單，部署靈活，易于操作。本平臺主要包含以下3部分：

1）Web服務模塊。Web服務器采用微軟的IIS，Web應用程序采用ASP.NET開發，提供統一的WEB接口，用戶端可用IE瀏覽器登錄數據服務中心網站地址，根據用戶名/密碼確定權限，進行相關的瀏覽、查詢、監控、維護各種設備信息及狀態等。

2）應用程序服務模塊。采用Delphi開發的后臺應用程序提供以下幾個功能：為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通信及數據庫操作等功能，并與監控終端保持連接，24h不間斷運行，提供流速、水位、流量、視頻等的信息采集控制等功能。

3）數據庫服務模塊。采用微軟的SQLServer作為存儲數據庫，與.Net兼容性好。SQLServer是一個全面的、集成的、端到端的數據解決方案，為組織中的用戶提供了一個更安全可靠和更高效的平臺，用于企業數據和BI應用，能達到本系統需求，并具有較高的性價比。

2.5 用戶端軟件系統

系統Web用戶端采用Web2.0技術，極大地提高了系統的響應時間以及吞吐量。用戶端采用Ajax局部刷新技術以及類似Office2007的主題界面改善用戶體驗。采用Jquery和Ajax開發的WebGIS能夠滿足用戶直觀地查看電子地圖的需求、視頻和控制信息以ActiveX的形式嵌入到瀏覽器中，使用戶能夠實時的查看視頻、狀態信息以及及時地控制遠程的終端。

用戶端的主要特點包括：

1）精心設計人性化用戶界面，操作方便、舒適，多站點Web登錄、連接，實現數據高度共享。

2）多用戶管理功能，實現根據用戶名權限管理，注冊登記；視頻多畫面瀏覽，不同規格畫面監控，支持全屏多窗口、單窗口模式；用戶可自定義鏡頭邏輯分組，并能分組輪跳瀏覽，輪跳時間可以設定。

3）支持對前端攝像機云臺的遠程控制（180°全方位轉動），實時監測管道流速、水位數據；支持歷史數據檢索功能支持年度，季度，月度，數據統計分析。

4）統一管理，服務可靠，社會投資成本小，只需要建立一個公共數據服務器，就能滿足區域管道監控的需要。數據服務中心設備統一管理，集中維護，更安全、更可靠。

5）系統擴展靈活，如需增加站點監控數量，數據服務中心無需做任何硬件調整，只需要配置管道監控現場設備即可滿足要求，并且系統維護方便。

6）分工更加專業化，專業的管道信息化數據技術服務，有利于資源優化配置，可有效地提高管理水平，降低管理成本。該平臺充分利用了現有的局域網資源和廣域網資源，以信息的實時獲取和實時控制為中心，實現信息、資源及任務的綜合共享和全局一體化的管理。

3 結 語

本項技術研究在進行技術總結和深化的基礎上，充分考慮了灌區灌溉的工程特點，在管道灌溉自動化監控技術方面進行了有益探索及創新，從而可以更全面、實時、準確地了解灌區的運行狀況，有利于提高灌區的科學管理水平，對于建設節水型灌區、和諧型灌區具有重大意義。

[1] 劉春華,等.引黃灌區自動化測水技術[J] .全國灌區量水技術專刊,2010.

[2] 朱煥立,茹正波,榮曉明.農田灌溉自動化控制系統的開發研究[J] .灌溉排水學報,2009(04).

[3] 宋衛東.農田灌溉遠程監控測控系統的開發[J] .農業裝備技術,2008(06).

[4] 徐忠輝,潘衛國,石紅梅.自動灌溉控制系統的應用[J] .北京水務,2010(05).

（責任編輯崔春梅）

S277

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1009-6159（2013）-12-0041-02

朱日清（1987—），男，助理工程師