農業種植基地信息化系統的開發與利用

高　峰，王建華，朱嫻嫻（.嘉興錢塘江海塘維護有限公司，浙江 蕭山 30000，.浙江省錢塘江建設開發總公司，浙江 蕭山 30000）

農業種植基地信息化系統的開發與利用

高峰1，王建華2，朱嫻嫻2
（1.嘉興錢塘江海塘維護有限公司，浙江 蕭山 310000，2.浙江省錢塘江建設開發總公司，浙江 蕭山 310000）

以浙江省湖州市安吉縣的錢塘江海塘為例，針對浙江省海塘農業種植基地的不足之處，分析了海塘農業種植基地的農業種植基地范圍，對如何更好的灌溉經濟農作物進行了思考，通過案例分析，提出許多建設性的措施。事實證明，自動監控系統的利用是有效的，可為同類型的海塘農業種植基地提供有益的借鑒。

信息化；農業種植基地；利用

1　引言

為了增加錢塘江海塘農業種植基地［1］的基地面積，適應國民經濟發展的需要。依據浙江省2014年水利科技推廣計劃“海寧市智能節水灌溉的自動控制系統的推廣與實施”、浙財農［2014］257號“關于撥付2014年水利科技推廣省補助資金的通知”和《2014年度浙江省水利科技推廣主推技術（產品）目錄》等文件精神，啟動該項目的推廣與實施工作。

智能節水灌溉是浙江省“五水共治”節水環節的重要組成部分，采用智能節水灌溉自動化，不但能夠達到節水的目的，而且可以實時監控整個農業生產基地狀態，提高農作物的生產效益，減少人工投入的成本以及基地的安全。因此該項目的實施對提高基地的智能化現代化水平、減少水資源浪費、提高基地安全監管水平、增強基地的示范和輻射作用等方面具有重要意義。

2　系統開發背景

本基地位于嘉興地區海寧市錢塘江江畔，基地總面積達到100畝，如圖1所示。現在準備對核心基地蔬菜種植區、八堡飯店周圍、農水灌溉試驗區以西3塊基地實施該項目。其中八堡飯店周圍建設基于移動互聯終端視頻安全監控區域20畝，建設基地蔬菜種植區和農水灌溉試驗區以西的典型灌溉基地35畝，蔬菜種植區基地分為南北2塊種植區，其中左邊種植區長200 m，寬24 m，右邊種植區長200 m，寬26 m，農水灌溉試驗區以西基地包括魚塘、種植區等，在地塊大的土地上建立一個泵房。當地塊水分濕度值低于要求時自動加水，高于要求時自動停水，本項目采用滴灌灌溉。

圖1　基地平面圖

3　系統總體設計

3.1系統概述

本系統綜合采用自動控制技術、計算機網絡技術、數據庫技術、工程監測技術等多種高新技術，建成一個基于局域網的集閥門自動控制［2］、視頻監視、水情監測、農業種植基地運行數據管理等功能于一體的農業種植基地信息化系統工程。系統由調度中心、通訊網絡、閥門控制子系統、水情監測子系統、視頻監視子系統組成。系統軟件開發注重開放性、可擴展性原則，為今后工程運行所需的其他各類系統預留接口。

為了提高整個基地的示范和輻射作用，準備將最先進的自動化灌溉技術，并將云服務技術融入到整個自動化灌溉系統的實施過程。采用最新版本的“基于云技術的智能節水灌溉自動化控制系統”，旨在保證整個基地的灌溉現代化、智能化、高端化。

具體指標及功能要求為：

（1）遠程和現地控制每塊地的含水率，也可手動操作控制；

（2）可隨時查看土壤含水數據，并能查詢歷史數據；

（3）可隨時查看基地的溫度數據，并能查詢歷史數據；

（4）實現手機移動視頻監控，能夠手機遠程報警；

（5）實現手機移動智能灌溉控制；

（6）實現權限管理，級別越高，登錄權限越大。

3.2系統總體結構

本系統主要包括閥門監控子系統、視頻監視子系統、水情監測子系統。各子系統都通過局域網有機地整合在一起，形成一個能夠實現各個子系統間進行信息共享、協同工作的綜合自動化管理平臺。采用數據庫技術集中處理信息，結合Web技術，開發基于B/S方式的Web綜合信息發布系統，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統的信息。通過租用光纖的方式接入互聯網，以Web方式為管理人員提供信息查詢平臺。

視頻監視系統包括前端攝像及控制設備、圖像傳輸網絡、圖像傳輸設備、硬盤錄像機等。主要實現對閥門上下游外景、閥門機組等重要設備的遠方監視。

閥門監控系統按現地手動控制層、現地自動控制層、遠程自動控制層三層結構設計，遠程自動控制層實現閥門集中自動監控功能和客戶端瀏覽的WEB服務功能。主要實現對牛黃壩、瓦屋沖、錢坑邊、梅林、鴿子塢5個站點的啟閉機設備進行遠程控制。

系統總體拓撲結構圖如圖2所示：

圖2　系統總體拓撲結構圖

3.3調度中心系統結構

調度中心是整個系統通訊的樞紐、各種信息的集散地，是業務系統運行的基礎。在調度中心配備相關的網絡通訊設備、管理局辦公局域網、業務應用設備等。

調度中心的建設目標是通過網絡通訊系統與水情監測系統、閥門控制系統各站點相連接，成為農業種植基地水情、工情的監視、監控中心。因一期項目中已有調度中心，故按新的建設要求改建調度中心。

調度中心的功能要求為：

（1）廣域網接入功能，調度中心與INTERNET網絡互聯；

（2）為各應用軟件系統提供網絡運行平臺；

（3）調度中心對農業種植基地網絡集中管理功能；

（4）網絡安全防范功能。

從系統結構來看，信息中心的建設內容包括3個部分：調度中心網絡、調度中心應用軟件系統、信息設備配置。

（1）調度中心網絡：調度中心網絡是整個系統通訊網絡的一部分，本系統將在調度中心建成局域網絡，摒棄超短波數傳電臺，改由光纖接入因特網，發布各工程數據信息。

（2）調度中心應用軟件系統：調度中心應用軟件系統包括閥門控制系統、農業種植基地水情監測系統，視頻監視系統。各子系統都通過局域網有機地整合在一起，形成一個能夠實現各個子系統間進行信息共享、協同工作的綜合自動化管理平臺。

（3）整體辦公設備：以信息化的全面普及為方案實施的設計要求，而信息化在農業種植基地普及的基礎設備之一就是日常辦公設備的正確使用和有效的利用。

3.4水情監測系統結構

水情監測系統以RTU為核心單元，使用超聲波水位傳感器采集水位，翻斗式雨量計采集雨量，機械式格雷碼閘位計采集閘位，利用GPRS網絡傳送數據，太陽能極板供電。

（1）站點工作方式

采用隨機自報和定時自報相結合的自報工作方式：

①隨機自報：每當被測的水位水情參數發生一個規定的增減量變化時，如水位漲落1cm，且與上次發送數據時間間隔大于5 min時，即自動向信息中心發送一次數據；

②定時自報：每隔1 h，不管參數有無變化，即采集和報送一次數據，信息中心的數據接收設備始終處于值守狀態。

這種工作方式功耗低，便于供電，結構簡單，可靠性高，實時性強，能很好地反映降雨和水位等變化的全過程。

設備終端支持與調度中心管理主機和手機雙向信息交互功能，農業種植基地工作人員可通過手機短信實現對設備終端的參數設置、工作狀態查詢等操作。

1）遙測終端的“省電”模式，實現較低的功耗。GPRS終端模塊可以設定上報時間，當需要上報是主動打開采集模塊電源，信息發送完畢切斷采集模塊電源。

2）系統能響應中心站遠程召測命令，將固態存儲數據上傳到中心站。

3）可實時測量水位、雨量值，定時檢測電源電壓等參數。

4）可設置站號、設置定時報時間、平安報間隔時間、系統時鐘等。

5）遙測站具有定時自報功能，當長時間（時間間隔可設置）沒有參數變化時，遙測站將自動啟動報數一次（參數可設置）。

6）對水位數據進行定時采集，水位數據采集周期可以根據需要進行設置。

7）遙測站采用蓄電池供電太陽能電池浮充的供電方式；電池容量滿足連續30 d以上陰雨天氣條件的電量需要。

8）數據采集器可將實時采集的雨量數據、水位數據寫入非易失性存貯器內，所存貯的數據帶時標（年月日時分）。

9）所有外部接口都有消抖動和光電隔離能力，并有過壓保護電路，可接入雨量、浮子水位等多種傳感器。

10）可使用遠程或計算機現地下載所存貯的數據。

11）斷電時能保存數據和設備信息不丟失。

（2）通訊方式

水位監測由現場設備和接收端設備組成。現場設備包括：RTU、超聲波水位傳感器、閘位計、通信單元和供電單元；接收端設備包括：通信控制機、數據庫服務器和安裝了水情應用軟件的工作站。站點和信息中心采用GPRS通信方式。

（3）供電方式

站點設備采用太陽能電池和蓄電池組的組合供電方式，現場條件允許的情況下可用市電。

3.5閥門監測系統結構

調度中心布置有局域網絡系統。控制系統通過光纖與LCU控制柜相連，LCU控制柜通過控制電纜與現地電器控制柜相連，與主控計算機、視頻監視主機、水雨情遙測系統等構成完整的監控網絡。

閥門控制系統采用現地手動控制、現地自動控制、遠程控制3層控制系統，現地手動控制優先級最高，現地自動控制優先級其次，遠方集中控制優先級最低，且具有互鎖功能［3］。系統結構圖如圖3所示：

圖3　閥門監控系統結構圖

3.6視頻監視系統結構

本系統包括圖像信息采集分系統、前端承載與防護設備、前端供電與防雷設備、視頻（數據）信號傳輸分系統、控制與錄像分系統、遠程視頻服務等部分。系統的內部通訊通過RS485實現。系統共安裝一體化高速球機6套，其采集的視頻信號經通信設備傳輸至調度中心，控制系統以硬盤錄像機為主控設備，其中硬盤錄像機主要完成圖像信息存儲、錄像、圖像顯示及視頻上傳等功能。調度中心的操作人員根據對彩色監視器上所見信息的判斷進行相應的鍵盤操作，完成調用、切換、控制前端圖像等功能，并

有選擇性的對監視信號進行錄像。

視頻監視系統結構圖如圖4所示。

圖4　視頻監測系統結構圖

4　結語

錢塘江海塘農業種植基地信息化系統的開發與利用，解決了農業種植基地監管不到位這一難題。該系統的應用取得了很好的效果，有效的提高農業種植基地自動化管理，為管理人員提供便利。希望該系統能為其他農業種植基地提供幫助，為實現自動化監測打下基礎。

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TP311

B

1672-5387（2016）05-0054-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.019

2016-04-01

高峰（1984-），男，工程師，研究方向：水利水電工程。