现代化高效节水灌溉及监测信息化系统建设方案

高标准农田现代化示范乡镇高效节水灌溉及监测信息化系统建设方案

      目前，由于地区旱情测报系统及现代化灌溉技术不够完善，且现有设施老化，故障频发，严重影响灌溉质量，且水资源浪费严重，故进行设施补充及更新改造。
高效节水灌溉及监测信息化系统所产生的社会效益包括以下几点：
（1）合理高效利用水资源。
（2）保护生态环境。
（3）节约人力成本和能源资源。
（4）改善作物品质，增加产量。
旱情及农业气象监测系 统
      旱情及农业气象采集系统主要由墒情仪、智能网关、7要素自动气象站和农业物联网中心软件平台组成。
农业物联网中心软件平台对各站点上传的监测结果自动进行分析、整理和统计，将监测数据以图表等多种方式显示给用户。用户可同通过电脑、手机等登陆互联网随时随地查阅监测数据。
土壤墒情监测受土壤类型、灌溉情况、作物类型等影响较大，具有区域单元特异性，为更准确监测实际灌溉前后的土壤水分含量，精确的指导管灌，需要每个灌溉单元配置一套墒情仪及智能网关，及每个智能阀门所覆盖的灌溉范围需配套一套智能墒情设备，以保证灌溉及墒情监测密切相关。
7要素自动气象站用于监测局地农业气象，包含降雨量、空气温度、空气湿度、风速、风向、光照、大气压强数据。

图1. 自动墒情监测系统工作原理图

智能井房IC卡智能计水计电控制系统（智能 云控柜）
      地下水资源用水用电计量与自动化控制需要依靠智能井房计水计电管理系统（智能云控柜）实现。依据国家提出的农业机井要“细定地、严管井、上设施、增农艺、统收费、节有奖”的方针，利用物联网数据通讯、大数据计算存储、云平台管理、分布式缓存处理、远程数据采集、IC卡收费控制等*技术，建立农业灌溉用水总量控制和限额管理机制，提升农业用水计量，加强农业用水收费管理，最终实现合理利用地下水资源。
智能云控柜主要包括以下几个方面：一体化玻璃钢柜体、GPRS远传模块、IC卡计水计电控制器、IC卡、软启动器和超声波流量计。
结合了计算机、网络通信和传感器三项技术，达到对地下水取水用户实施水量自动监控的目的。实现实时在线监测、数据统计与查询、取水计划管理与控制等功能，从而为落实的水资源管理制度提供技术支撑，促进水资源可持续利用和节约用水。

图2. 智能井房IC卡智能计水计电控制系统工作原理图

智能阀门自动化灌溉控制 系统
       智能阀门灌溉自动化控制系统是近些年新兴的一个现代化农业概念，它是通过物联网技术的精确感知、远程传输和智能分析等技术为支撑，以实现灌溉自动化为目标的现代农业发展模式与形态。它的主要作用体现在：精确监测农业环境、高效利用农业资源、有效降低农业能耗、全面提升农业质量。
智能阀门自动化灌溉控制系统由智能阀门、网关、墒情传感器、数据采集终端、GPRS模块、网络数据平台、数据接收与分析软件、远程监控计算机等。其主要的工作原理是利用相关传感器实时监测降雨、田间气象、土壤的水分和温度等参数，通过数据采集与传输终端，通过GPRS技术将监测数据发送到Web数据服务器中，系统软件采用ASP．NET开发，通过服务器接收软件及相关的分析与决策软件，实时查询作物当前或历史的需水情况，并计算出作物的需水量，通过控制软件，对灌溉设备进行智能控制，从而实现节水灌溉的自动化、精细化。该系统可根据地区、季节、所种植农作物的用水特性，结合农田里的墒情、地温、水表、雨水传感器传回的数据，通过对智能阀门的远程开启，对作物进行自动灌溉、按需灌溉和节约灌溉，缺水时自动补水，下雨时自动停水。
通过该系统，可实现整个种植基地的灌溉自动化、施肥精细化，同时可以节约大量人力成本。从而达到节水增效、节肥增效、增产增收的目标。系统内产品均采用太阳能+锂电池供电，无需架设繁杂的供电线缆，节省架设成本。

图3. 智能阀门自动化灌溉控制系统工作原理图

智能井房远程灌溉监测 控制
      智能井房远程灌溉监测控制包含远程灌溉计水计电控制器、GPRS远传模块、超声波流量计、软启动器、交流接触器和断路器，集成水电计量、刷卡取水、水泵控制、数据远传等功能。可远程控制水泵开启与关闭，提高灌溉自动化水平。利用物联网通讯、大数据处理等*技术，可全面提升农业用水计量、加强农业用水收费管理、推进水权交易、合理利用地下水资源。

图4. 智能井房远程灌溉监测控制系统工作原理图

视频会商网络 系统
视频会商网络系统的建设是整个高效节水灌溉及监测信息化系统的数据存储及展示窗口。建成的计算机网络不仅可提供多业务接入的集成能力，而且是保证旱情、雨情、气象、视频、灌溉控制等信息传递的基础，将为各类应用信息提供传送保障。网络的建设可以提高沟通效率并降低运营成本，实现全面的办公自动化、优化调度和决策支持。本方案中本区域监测预警计算机中心网络系统的建设要达成的目标是为各类预警信息的数据接收、处理、加工与查询、预报决策、预警与信息发布、信息交换等服务提供软硬件平台。

地下水位温度自动监测 系统
地下水位及管网自动监测系统，是一种基于GPRS无线远程数据采集与传输功能的地下水位数据采集、存储、传输、预警、分析、管理的综合应用系统。通过各种传感器对水位、参数进行采集，可实现远程数据采集与通讯传输。具有低功耗、高稳定性等优势。

系统包括：（1）数据采集模块：数据采集器、无线通讯模块、太阳能电池板、支架、蓄电池；（2）传感器：压力式水位及温度传感器。

图5. 地下水位及温度自动监测系统原理示意图

土壤墒情自动监测系 统
       土壤墒情自动监测站112个，站点设置如表3-1所示。

表3-1站点设置表

墒情自动监测系统描 述

      土壤含水量监测依靠土壤墒情监测系统来实现，该系统可实时监测土壤水分含量，能够准确反映土壤的蓄水情况和实际含水量。系统采用太阳能及蓄电池进行供电，24小时在线，每小时上报一次数据。采集到的数据通过GPRS模块发送至网络数据平台，根据软件平台设置的预警阈值，指导节水灌溉或自动灌溉。可通过电脑或手机远程登录软件平台，查看当前土壤的旱涝程度。系统采用无线传输方式，智能墒情仪与智能网关之间实现无线远距离传输，传输距离大于2公里。每个智能网关可同时无线连接128个墒情仪。

图1-1. 大田墒情自动监测系统架构图

土壤墒情监测系统 组 成 ：
（1）数据采集与传输模块：智能网关（数据采集器、无线通讯模块）、太阳能电池板、支架、蓄电池；
（2）智能墒情仪：墒情采集仪、土壤水分传感器
农业自动气象监测 站
       通过实时监测降雨、空气温湿度、光照、风速风向等参数，用户可以掌握当前的大田气象环境，当出现温度过低、光照太强或者强风天气情况下，及时对大棚进行保暖、通风或加固，避免因气象造成作物的伤害。

采用七要素气象自动监测站，以数据采集终端和GPRS数据传输模块为核心，通过太阳能板与蓄电池全天候供电，实现降雨量、风速、风向、空气温度、湿度、光照、大气压的实时数据自动采集和远程传输。配置7种要素传感器、数据采集通信终端、太阳能浮充蓄电池电源系统、避雷设备。

智能井房IC卡智能计水计电控制系统（智能云控 柜）
建设智能井房IC卡智能计水计电控制系统435套，站点设置如表3-2所示。
地下水取水计量监控设施（及智能云控柜），集刷卡取水、自动用水用电计量、水泵控制、远程监测等功能于一体，实现地下水取水自动计量、IC卡控制、远程传输的一体化和一卡式操作、一柜式安装。
数据采集：智能云控柜采用远程GPRS传输，可通过IP地址的配置，同时连接三个管理中心的软件平台，自动上报用水用电量，实现远程数据监测功能。
刷卡取水：智能云控柜具备IC卡智能控制、机泵启动控制功能。
水泵控制：用水户持IC卡控制水泵启停，并以取水量（或电量）为控制量，实现水泵的自动启停。

设备清单：一体化玻璃钢柜体、空气开关、GPRS远传模块、IC卡计水计电控制器、交流接触器、软启动器、超声波流量计、配套IC卡、IC卡读写器

农业水价改革及水权交易软件平 台
县级管理软件
实现数据采集、数据存储、用水量/刷卡信息查询、信息上报、数据统计汇总以及水权交易等功能，并且能与水利信息中心的平台共享原始数据。
乡级管理软件
乡级管理软件不需要专门再单独部署，直接访问县级管理软件的WEB服务，通过分配给乡镇管理人员的系统账号进行登录，实现分配的功能操作；如果在乡镇管理中心需要进行开卡收费等工作，也需要安装桌面版村级管理软件进行实现。
村级管理软件
村级管理软件是一套本地安装的桌面版管理软件，实现基础信息填报、用水记录导入与录入、用户开卡充值、充值记录查询等功能。
智能井房远程灌溉监测控制
智能井房远程灌溉监测控制包含远程灌溉计水计电控制器、GPRS远传模块、超声波流量计、软启动器、交流接触器和断路器，集成水电计量、刷卡取水、水泵控制、数据远传等功能，利用物联网通讯、大数据处理等*技术，可全面提升农业用水计量、加强农业用水收费管理、推进水权交易、合理利用地下水资源。
智能井房远程灌溉监测控制主要功 能为：
（1）具备水权交易、年用水量、年用电量统计功能；
（2）采用GPRS远程传输用水用电量数据；
（3）支持MF1卡本地充值和GPRS远程充值；
（4）水电双控，控制终端集成电表计量，支持本地和远程控制水泵启停；
（5）采用非接触式MF1卡，一机多卡，多用户轮流使用，认卡不认人；
（6）采用一体化玻璃钢柜体，防腐蚀、防砸盗、防潮露、防雷电，安装简易方便；
（7）具有下限报警功能，卡内金额低于最小值自动停水；
（8）具备漏电、缺相保护功能，有效保护水泵和电动机。
远程灌溉计水计电控 制器
       远程灌溉计水计电控制器内部集成三相三线电表功能，可扩展IC卡预付费模块和无线抄表功能，集电表计量、水量采集和水泵远程控制功能为一体。
智慧农业节水灌溉管理系统软件平 台
智慧农业节水灌溉管理系统是一套集用户管理、表具管理、财务管理、抄表结算、收费管理、发票管理、报表分析、表务管理、报装业务等功能为一体的综合性灌溉管理信息化系统。系统采用B/S(浏览器/服务器）架构设计，系统兼容目前主流浏览器软件，采用模块化设计，组态灵活方便，每个功能模块可灵活配置，方便系统升级扩展，软件界面美观，操作简单，使用方便，适用于各大、中、小型农田灌区。并可单机、局域网、Internet联网方式使用。
智慧农业节水灌溉管理系统软件平台主要特 点：
（1）用户管理：用户信息管理。
（2）表具管理：智能网关及智能阀门、智能墒情仪等表具管理。
（3）灌溉管理：支持自动灌溉、半自动灌溉、手动灌溉模式
（4）短信提醒功能：支持欠费、阀门控制、故障信息短信提醒功能。
（5）第三方数据导出：支持文本、EXCEL、DBF、SQL SERVER、ORACLE等多种格式的数据导出。
（6）采用组件式系统开发架构：每个功能模块可灵活配置，方便系统升级扩展。
（7）丰富的图表分析功能：支持数据分析、数据统计等图表分析、统计功能。
（8）安全权限控制：可设置不同的角色控制操作员的访问权限。
（9）系统安装部署方便：向导式安装模式，只需简单选择即可实现系统的安装升级。

图4. 智能阀门灌溉自动化控制软件平台

图5. 智能阀门灌溉自动化控制软件平台在线监测功能

图6. 智能阀门灌溉自动化控制手机APP软件在线监测与控制功能