［摘要］本文詳細(xì)介紹現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利信息化工程的建設(shè)方案，該系統(tǒng)建設(shè)集成了水利現(xiàn)代化乃至農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)全要素的集中監(jiān)控和管理，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)效益，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)提供可推廣、可復(fù)制的水肥水利信息化工程管理系統(tǒng)解決方案。
［關(guān)鍵詞］現(xiàn)代水利工程；節(jié)水節(jié)肥；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利信息化工程建設(shè)主要以高效農(nóng)業(yè)示范園為平臺(tái)，結(jié)合園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，滿足園區(qū)建設(shè)的需要。在園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，要消除水資源的供給不足問題，完善相關(guān)的設(shè)施，提高自動(dòng)化程度，滿足自動(dòng)化控制需要，以“工程水利+農(nóng)業(yè)高效化管理+先進(jìn)的管理體制”為目的，最終實(shí)現(xiàn)園區(qū)的示范性引領(lǐng)作用，通過以點(diǎn)帶面實(shí)現(xiàn)園區(qū)的高水平管理。在建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)水利工程的管控和使用的一體化，“以水養(yǎng)水”為發(fā)展的最終目的，發(fā)揮水利工程的長(zhǎng)期效益。
在農(nóng)業(yè)科技示范園建設(shè)過程中，充分發(fā)揮智能化信息的核心作用，以智能化的水利工程提升示范園區(qū)的整體水平，實(shí)現(xiàn)示范園區(qū)的智能化發(fā)展，促進(jìn)本地區(qū)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。作為示范園區(qū)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，智能化水利工程的成功應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展有著十分重大的意義。
1建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容
水利信息化建設(shè)是在項(xiàng)目區(qū)灌溉管網(wǎng)工程的基礎(chǔ)上開展的，系統(tǒng)建設(shè)要求實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：①按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利工程的要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量流速、自動(dòng)測(cè)量壓力，實(shí)現(xiàn)水利工程的自動(dòng)輸送和配比；②為實(shí)現(xiàn)示范園區(qū)的便捷管理，在管理過程中采取現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、展廳中集體控制及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程批量控制的方式，管理上采用日常管理、管委會(huì)管理、用水戶協(xié)會(huì)管理3種方式；③在土壤灌溉過程中根據(jù)墑情確定灌溉指標(biāo)，通過自動(dòng)化灌溉實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約利用，通過自動(dòng)化管控根據(jù)設(shè)定的水量和時(shí)間對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉，在灌溉過程中根據(jù)氣候條件、農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)及農(nóng)作物的需水量進(jìn)行準(zhǔn)確灌溉，達(dá)到節(jié)約用水的目的；④在示范園區(qū)農(nóng)田管理過程中，需要定期對(duì)土壤進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)農(nóng)田進(jìn)行水肥管理，避免養(yǎng)料不足或養(yǎng)料過多對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)水肥一體化管理；⑤通過自動(dòng)化手段對(duì)水池內(nèi)的水位進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)水位超過或低于臨界水位時(shí)自動(dòng)報(bào)警，水泵能根據(jù)水池內(nèi)水位的多少進(jìn)行開泵或停泵處理，在出水量方面能根據(jù)用水的需要調(diào)節(jié)出水量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水泵房的智能化管控；⑥為更加準(zhǔn)確地掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要將食品信息和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示；⑦通過二維碼對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)信息和質(zhì)量進(jìn)行追溯；⑧自動(dòng)化展示廳集中控制和管理；⑨將水利工程和氣象信息進(jìn)行有效聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)報(bào)。
2灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
墑情的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水利工程管理的重點(diǎn)，其中主要包括土壤的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、灌溉的自動(dòng)化控制等。在灌溉自動(dòng)化控制過程中，閥門的開啟是控制的關(guān)鍵，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要對(duì)模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中，要采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，要在《土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL364-2006）監(jiān)測(cè)規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便于后期根據(jù)需要對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)和功能擴(kuò)展，在軟件開發(fā)、安裝、調(diào)試的過程中，要充分考慮后期開發(fā)的需要，采用通用的軟件突破技術(shù)門檻［1］。
2.1灌溉系統(tǒng)說明
①現(xiàn)場(chǎng)控制的核心是閘閥，將其安裝在分水處，閘閥的數(shù)量根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)面積大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中主站設(shè)置在展示廳用于自動(dòng)化控制；②在設(shè)置的過程中在展示廳內(nèi)布置監(jiān)控管理系統(tǒng)，灌溉區(qū)內(nèi)布置灌溉區(qū)現(xiàn)場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)灌溉區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)控制；③閘閥的設(shè)計(jì)要根據(jù)農(nóng)田的灌溉需要對(duì)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為自動(dòng)灌溉提供便利的條件［2］。
2.2無(wú)線通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信設(shè)計(jì)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)園區(qū)管理過程中占有重要的位置，通過無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在設(shè)計(jì)的過程中要考慮大容量通信的實(shí)施，通信校驗(yàn)方式采用CRC和校驗(yàn)，確保通信的正確進(jìn)行。
3水肥一體化
水肥一體化管理是指全自動(dòng)灌溉施肥機(jī)的使用，其工作原理是在先進(jìn)的編程控制器的管理下，通過EC/PH值及流量監(jiān)控對(duì)電子閥進(jìn)行自動(dòng)化控制，將肥料和養(yǎng)分準(zhǔn)確地灌輸?shù)街鞴芫W(wǎng)內(nèi)，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行精確的施肥管理［3］。在使用過程中可以進(jìn)行遠(yuǎn)程和就地控制，在遠(yuǎn)程控制中可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)土壤的濕度、環(huán)境的溫度、蒸發(fā)量進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥管理。就地控制，是指通過本地鍵盤現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)施肥的精準(zhǔn)控制，滿足水肥一體化的需要。
4無(wú)線遠(yuǎn)傳視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一般區(qū)域和規(guī)模都比較龐大，在自動(dòng)化管理過程中布線比較困難，為提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園的管理水平需要使用無(wú)線傳輸技術(shù)，及時(shí)了解示范園農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)、員工的工作技能及日常管理需要，因此無(wú)線遠(yuǎn)傳技術(shù)需要解決如下問題：①需要對(duì)園區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)施肥、灌溉和人工操作進(jìn)行有效的監(jiān)管；②隨著園區(qū)種植數(shù)量的不斷增加，需要針對(duì)不同的品種、新的設(shè)備和氣候條件進(jìn)行管理，勞動(dòng)量大；③園區(qū)管理過程中會(huì)涉及到生產(chǎn)人員，面對(duì)現(xiàn)代化園區(qū)建設(shè)會(huì)有很多的消費(fèi)者和觀光人員，需要對(duì)園區(qū)的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行有序管理；④通過遠(yuǎn)程控制來(lái)展現(xiàn)園區(qū)現(xiàn)代化種植的成果，展現(xiàn)農(nóng)作物的生產(chǎn)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)食品安全可視化管理［4］。
5泵房水池自適應(yīng)控制系統(tǒng)
水泵房控制系統(tǒng)是水利工程自動(dòng)化建設(shè)中重要的核心部件，其主要部件由分站+浮球+變頻器液位開關(guān)+水泵控制器+GPRS等組成，通過系統(tǒng)對(duì)電磁閥的開度進(jìn)行控制，通過自動(dòng)化手段對(duì)水池內(nèi)的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)水位監(jiān)測(cè)的結(jié)果和設(shè)定的上限、下線水位進(jìn)行水泵的開啟和停止，有效調(diào)節(jié)水池內(nèi)水位的高度；也可根據(jù)出水量和進(jìn)水量的差值對(duì)水池內(nèi)的水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效管控住水池內(nèi)水位的高度，做到自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化管控［5］。
6遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)氣象監(jiān)測(cè)站
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，氣候?qū)r(nóng)作物的生長(zhǎng)有著極大的影響。農(nóng)業(yè)氣象是對(duì)異常天氣的總稱，一旦發(fā)生異常氣候必然會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)十分嚴(yán)重的影響，發(fā)生氣象災(zāi)害會(huì)造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，嚴(yán)重的會(huì)造成絕收。使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)異常氣候進(jìn)行有效的評(píng)估，根據(jù)需要對(duì)災(zāi)難的等級(jí)進(jìn)行劃分，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)氣象監(jiān)測(cè)為園區(qū)農(nóng)作物的種植提供基礎(chǔ)依據(jù)［6］。
7管理房中心管理系統(tǒng)
主站PC軟件采用Visualstudio2008，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLSEVER2005進(jìn)行開發(fā)，通過此軟件的應(yīng)用能實(shí)時(shí)顯示和查看不同區(qū)域控制級(jí)別的土壤墑情、用水的壓力及流量、環(huán)境溫度、濕度計(jì)太陽(yáng)輻射，同時(shí)也能顯現(xiàn)水池的液位高低及相關(guān)的灌溉數(shù)據(jù)；根據(jù)實(shí)際情況還能顯示灌溉用閥門的開口度，能根據(jù)灌溉的需要對(duì)閥門的開度及水流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)［7］。
通過監(jiān)控管理級(jí)能對(duì)示范園內(nèi)的水利工程進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行匯總，對(duì)上傳到系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)匯總到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)還具有修改、查詢、增加和刪除等多種功能。能根據(jù)灌溉的要求通過遠(yuǎn)程對(duì)調(diào)節(jié)閥門的開度進(jìn)行控制，定時(shí)定量進(jìn)行農(nóng)田灌溉。在灌溉的過程中，既能顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，又能查看相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)；在使用過程中根據(jù)使用要求設(shè)置極限報(bào)警，對(duì)各種參數(shù)的上下線進(jìn)行控制，超出上下線進(jìn)行預(yù)報(bào)警，根據(jù)上傳和采集的數(shù)據(jù)分析不同時(shí)段的趨勢(shì)圖；在灌溉過程中通過對(duì)水池內(nèi)的水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)水池內(nèi)的水位進(jìn)行報(bào)警，根據(jù)水位上下線的設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的停啟功能，能在遠(yuǎn)程控制的狀態(tài)下對(duì)水池內(nèi)的水位進(jìn)行有效控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)水池的出水量和進(jìn)水量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理［8］。
7.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer2005，作物對(duì)象表為作物區(qū)域表的父表，作物區(qū)域編號(hào)、作物名稱、澆灌時(shí)間分別為各表的主鍵，主要功能和作用如下。作物對(duì)象表，指的是農(nóng)作物的具體名稱，包括農(nóng)作物的適宜溫度和適宜濕度；作物區(qū)域表，主要是對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，包括農(nóng)作物的種類、主要灌溉方式，區(qū)域的大小作為編號(hào)的主要內(nèi)容；作物灌溉計(jì)劃表，主要包括灌溉時(shí)間、灌溉用水量、灌溉區(qū)域、灌溉時(shí)的氣候條件等；作物狀態(tài)表，指的是農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中所處的狀態(tài)，主要包含土壤的養(yǎng)分、濕度、pH值，周邊環(huán)境的溫度、風(fēng)量、濕度、雨量、太陽(yáng)光強(qiáng)度等和農(nóng)作物生長(zhǎng)相關(guān)的數(shù)據(jù)［9］；作物歷史表，指的是農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中的歷史數(shù)據(jù)，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，確定農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中的參數(shù)，為農(nóng)作物的灌溉、施肥等提供數(shù)據(jù)支持。
7.2程序設(shè)計(jì)
程序設(shè)計(jì)在水利工程管理信息化建設(shè)中具有十分重要的作用，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后接收相關(guān)的數(shù)據(jù)，能根據(jù)需要獲取土壤的墑情，設(shè)定農(nóng)田的灌溉計(jì)劃，設(shè)定溫度和濕度的預(yù)警值；通過自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式對(duì)農(nóng)田灌溉進(jìn)行管理，采用自動(dòng)灌溉模式可以根據(jù)土壤的濕度進(jìn)行灌溉，當(dāng)土壤的濕度小于設(shè)定的數(shù)值時(shí)會(huì)自動(dòng)灌溉［10］。自動(dòng)灌溉還可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)灌溉，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉。手動(dòng)灌溉是根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析有選擇性地對(duì)土壤進(jìn)行灌溉。
8系統(tǒng)功能
①能按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)水利工程的要求預(yù)設(shè)灌溉，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量化灌溉，根據(jù)需要顯示農(nóng)田的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，遇到問題對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，設(shè)定農(nóng)田灌溉的上下限值，對(duì)超出上下線的進(jìn)行預(yù)警設(shè)置。②實(shí)現(xiàn)一體化水肥技術(shù)，通過自動(dòng)化手段的應(yīng)用，對(duì)土壤的墑情、養(yǎng)分、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)工藝參數(shù)的設(shè)置對(duì)農(nóng)田進(jìn)行施肥和灌溉。③實(shí)現(xiàn)園區(qū)設(shè)備設(shè)施的可視化管理，通過視頻監(jiān)控園區(qū)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備及設(shè)備的運(yùn)行情況，直觀反映出農(nóng)作物的生產(chǎn)狀態(tài)，對(duì)園區(qū)進(jìn)行輔助管理。④通過信息化管理自動(dòng)調(diào)節(jié)出水量，根據(jù)灌溉需要對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)調(diào)價(jià)，實(shí)現(xiàn)水泵房的無(wú)人自動(dòng)化管理。⑤通過示范園農(nóng)作物的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，能根據(jù)農(nóng)作物的需求進(jìn)行定量、定時(shí)灌溉，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)能管理，達(dá)到節(jié)能效果。
9結(jié)語(yǔ)
在現(xiàn)代園區(qū)水利工程設(shè)計(jì)過程中，要積極借鑒國(guó)內(nèi)外的前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)。通過示范園的建設(shè)，將信息化和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)人水泵房的管理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向高效現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變奠定了基礎(chǔ)。
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