甘肅某智慧小區智慧灌溉系統升級改造方案設計

陳冠軍，孫 浩

（中通服咨詢設計研究院有限公司，南京 210019）

1 項目概述

甘肅某生活小區由12個園區組成，總投資14億元，總用地面積2101畝，總建筑面積97萬平方米。此生活小區原有綠化灌溉系統，該系統采用比較傳統的人工開啟閥門的灌溉方式，灌溉時間完全人為作用，不科學，費人工，對水資源造成極大浪費。主要問題如下：一是傳統人工灌溉方式效率低、成本高；二是灌溉效果不直觀，無法監控；三是水資源利用率低，不環保。

2 智慧灌溉系統概述

智慧灌溉系統是集傳感器技術、自動控制技術、計算機技術、無線通信技術等多種高新技術與一體的智慧灌溉控制系統。智慧化灌溉系統，在低功耗、全自動啟閉的工作模式下，進行科學合理灌溉。

全自動化灌溉系統不需要人直接參與，通過預先編制好的控制程序和根據反映作物需水的某些參量可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。

智慧灌溉系統除了可以通過指揮中心對灌溉進行集中調度監控，也可以通過手機APP遙控灌溉，并可以自動設定灌溉的頻率及方式。大大節省了勞動力的投入，提高了工作效率，節約了水資源，節約了電能。

表1 智慧灌溉系統與傳統灌溉系統對比

3 解決方案

3.1 系統功能

（1）可根據溫度、時間的監測，進行全自動啟閉灌溉系統。

（2）手機或電腦即可遠程開啟灌溉電磁閥。

（3）平臺配置灌溉參數，自動執行灌溉計劃。

（4）減少人力、物力的投入，降低成本。

（5）改善小氣候，提高綠地產品質量。

（6）軟件平臺實時顯示設備運行狀態，自動生成灌溉日志。

3.2 土壤墑情監測系統

土壤墑情監測系統由墑情數據采集設備、無線電網絡傳輸、遠程控制系統三部分組成。墑情采集系統包括傳感器、太陽能、數據線、室外支架等設備，利用頻域反射原理，采用不同的傳感器節點構成無線網絡來測量測出監點的土壤含水量、降雨量、土壤溫度、風速、風向、太陽輻射等墑情參數和氣象參數。無線電網絡傳輸主要是物聯網模塊（移動通信模塊和數據通信處理模塊），其功能是把墑情采集的相關數據，利用物聯網定時上傳到服務器，實現系統的各種監控功能，為旱情系統提供依據。遠程控制系統主要包括計算機、統計軟件、旱情分析軟件等設備。遠程控制系統收到墑情監測數據和氣象監測數據后，利用統計軟件對數據進行自動統計，再根據旱情分析軟件的評價指標體系，對監測點墑情作出適宜、基本適宜、過多、不足等判斷。

3.3 時間控制

時間控制模塊每天可存儲多次閥門的啟閉時間，并可按星期或天作為設置單位，當時間模塊上顯示的當前時間和用戶設置的打開或關閉的時間一致時，執行相應的打開或關閉閥門動作。

3.4 手自動一體電磁閥

本系統使用的電磁閥選擇手自一體電磁閥。

電磁閥響應時間可以短至幾毫秒。由于自成回路，比之其它自控閥反應更靈敏。設計得當的電磁閥線圈功率消耗很低，屬節能產品；還可做到只需觸發動作，自動保持閥位，平時一點也不耗電。電磁閥外形尺寸小，既節省空間，又輕巧美觀電磁閥本身結構簡單，價格也低，比起調節閥等其它種類執行器易于安裝維護。更顯著的是所組成的自控系統簡單得多，價格要低得多。

通過灌溉自動化監測控制系統監測各灌溉組、分干管等管道重要部位的壓力，對各灌溉組、分干管和各支管的電磁閥進行遠程管控。同時，平臺可以采集各個片區的土壤墑情，并設置土壤水分灌溉閾值。這樣，電磁閥能根據這閾值自動啟閉，逐步實現灌溉智慧化。

3.5 智慧管理云平臺功能

3.5.1 GIS地圖顯示

智慧灌溉系統平臺基于地理信息系統（GIS）進行二次開發，將相關的行政區劃、道路、水系、灌溉區域、重點建筑等空間要素形成一個可在計算機上以地圖、衛星地圖混合、地形圖、地形混合圖形式等展現灌區地理信息的展示平臺，并增加了相關的業務數據的集成展示、圖表分析、信息查詢、信息管理等功能。

3.5.2 閥門控制功能

通過搭建智慧灌溉管理系統，對小區內的綠化區域安裝采集設備（傳感器），可以實時監測綠化土壤墑情以及綠化灌溉情況，通過對各綠化帶閥井內控制閥門改造，可通過平臺對閥門控制，根據采集數據平臺自動分析是否達到灌溉條件，自動開關閥門，達到對小區綠化區域進行智慧灌溉，同時，針對小區閥門采用自動及手動雙工設計模式，可避免因平臺故障及其他原因導致不能自動灌溉時可手動開關閥門。

3.5.3 信息管理功能

建立的智慧灌溉系統平臺通過構建多層次的灌溉信息數據庫，能夠匯總區域內基礎數據信息和實時數據信息，輔助管理部門制定用水量控制管理辦法，實現大量的灌溉信息快速采集、及時處理、準確控制，對灌溉的信息化運行管理具有重大意義。

數據庫的數據源包括取水點信息、所有權人、詳細位置、操作人員、土壤墑情、控制器配置型號、灌溉面積、灌

溉周期等信息；基礎數據源由相應灌區管理人員提供，上報管理系統，并交與上級管理員審核，審核通過后即錄入數據庫；取土壤墑情等實時數據信息由前端檢測設備采集上報到數據庫中。為實現灌溉信息的高效管理，建立的數據庫能夠實現灌溉信息的編輯、錄入和查詢修改等功能，同時也能對監控設備信息進行維護編輯修改。

3.5.4 自動控制功能

控制系統軟件是安裝于微機設備上的，其內容有信息采集與處理模塊、信息數據顯示模塊、信息記錄與報警模塊、閥門狀態監控模塊和首部控制模塊等組成。負責人機交互、系統通訊、參數檢測、邏輯判斷、條件控制等為一體的主控單元。根據節水灌溉模式及管理水平支持多種控制灌溉方式，在實際操作中可根據具體情況選取適合自己的控制灌溉方式，包括自動灌溉、定時輪灌、定量輪灌等。

4 設計方案

本項目在充分考慮前期已有綠化管網設計的情況下，選擇在現有綠化管網三級網支管處新增手自動一體電磁閥，電磁閥采用物聯網無線通信方式，采用外接電源與電池雙供電，外接電源就近從樓棟單元內公共用電處通過新增變壓整流配電箱取電。

土壤墑情傳感器則安裝于小區內光照充足的位置，與二級管網電磁閥數量比為1∶8至1∶10，與電磁閥取電方式相同，采用物聯網無線通信方式。

微機設備安裝于小區監控室內，對智慧灌溉系統進行實時監控與遠程控制。

5 建設效果

智慧灌溉系統可實時監測小區綠化情況，可以自動和手動控制灌溉系統對灌溉時間和土壤墑情進行控制和采集，有效的灌溉，節約資源。