节水增粮行动项目信息化工程设计

节水增粮行动项目信息化工程设计

摘要该节水增粮行动项目信息化工程对灌区地下水位、用水流量、气象信息、土壤墒情、实时视频等因子进行综合采集，并为方便用户用水设计了射频卡机井灌溉控制装置。通过构建的节水增粮行动项目信息化远程监控管理信息平台，对监测采集的数据进行存储、管理、分析、描述，最终达到节水增粮的目的。该文详细讨论了系统的结构和原理，并给出了系统的软硬件设计方案。

关键词节水增粮；信息平台；地下水监测；土壤墒情；视频监控

中图分类号 tp391 文献标识码 a 文章编号 1007-5739（2013）14-0343-03

1 项目背景

我国水资源严重短缺，尤其是北方粮食主产区水资源供需矛盾尖锐。水资源短缺是制约我国粮食稳定发展的主要瓶颈；干旱频繁已成为农业生产的主要威胁，必须把节水灌溉作为发展现代农业的根本性措施来抓[1]。多年来，各地围绕发展节水灌溉做了大量工作，取得了显著成效，通过大力发展高效节水灌溉信息化建设，可大幅度提高水资源利用效率，充分发挥地区土地资源优势，用有限的水资源发展更大规模的灌溉面积，从而提高粮食综合生产能力，推进现代农业发展，以为地区粮食安全提供坚实的支撑[2]。

2 主要建设内容

节水增粮行动项目信息化系统，以现场数据分布自动采集为基

础，以公共通信网络gprs数据传输为依托，以地理信息系统（gis）为框架，整合先进的信息集成技术，远程监控管理信息平台集中管理，可实时对节水增粮行动项目监控区域内的各监控点进行地下水位、流量、土壤墒情、气象和视频图像监控，从而形成一个智能化、网络化、多功能的节水增粮行动项目远程数字化监控网络，为节水增粮高效管理提供有力的技术支撑，亦可与上级相关项目数据中心实现资源共享和互联互通。此次信息化工程的主要建设任务如图1所示。

2.1 节水增粮行动项目远程监控管理信息平台建设

建设内容包括信息化平台软硬件及网络建设。应结合节水增粮行动项目信息化系统的建设，统筹考虑节水增粮信息化业务的需求，能够充分支撑水利综合信息化业务的需要，完成对节水增粮信息化管理系统的顶层规划设计。

2.2 射频卡机井灌溉综合控制工程

该部分包括射频卡机井灌溉控制和地下水位动态监测2个部分。完成射频卡机井灌溉控制工程的建设，主要是射频卡机井灌溉控制装置的建设，该控制器应耐老化、防破坏，混凝土浇筑固定，带软启动装置或变频控制器，智能采集终端可实现gprs远传功能，可实时将流量信息远传至信息平台。管理人员对控制器进行设置时，在划卡区划一下设置卡即可，用户浇地时，在划卡区划用户卡即可开泵浇地；浇地完成后只需在划卡区再次划卡即可关闭水泵。

地下水位动态监测终端现场采用浮子式水位计，水位数据采集并

转换为标准信号后由智能采集终端将水位数据和用户流量数据一

起通过gprs传输至节水增粮行动项目远程监控管理信息平台。

2.3 气象土壤墒情综合观测站建设

根据预报预警服务需要，在监控区域布设包括雨量、温度、湿度、风向、风速、气压、太阳能辐射强度、土壤温度和土壤含水量等要素的综合观测站。所配置的气象传感器类型和测量准确度指标必须符合《地面气象观测规范》的要求。数据采集终端的数据采样速率及算法必须符合《地面气象观测规范》的有关规定。能够形成《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》规定的采集数据文件、状态信息文件、上传数据文件。观测站供电采用风光互补电源。

土壤墒情监测点采用3个土壤温度传感器和3个土壤含水量传感器，实现不同深度土壤含水率数据和温度数据的自动采集和存储，数据采集并转换为标准信号后和气象监测数据一起由综合监测站

智能采集终端经gprs打包发送至节水增粮行动项目远程监控管理信息平台。供电采用气象观测支架上的风光互补电源[3]。

2.4 视频监控工程

在每处灌区设置远程视频监控点1处，监控点具有夜视、视频录像及云台控制功能，监控采用分布式网络存储结构，避免单机存储容量有限的缺点，避免单机接口读写速度有限、无法同时存取几十路视频的大量数据的缺陷。由于视频传输通道为gprs，要求监控点远程传输延时小，图像清晰流畅并支持多码流，确保监控图像稳定运行，不死机。视频监控探头及视频编码器安装在气象土壤综合监

测站支架上，供电采用风光互补电源。

3 现场监控参数的确定

射频卡机井灌溉综合控制工程：用户流量、地下水位。气象土壤墒情综合观测站：雨量、温度、湿度、风向、风速、气压、太阳能辐射强度、土壤温度、土壤含水量。视频监控工程：实时视频图像。

4 现场监控终端的结构

射频卡机井灌溉综合控制工程现场设备采用一杆式结构，智能数据采集终端、数据无线通讯设备，以及射频卡机井灌溉控制器等，安装到监控杆上，再连接监测井内的水位计。

气象土壤墒情综合观测站的气象传感器、智能传输终端、风光互补电源均安装在气象观测支架上，支架整体采用烤瓷工艺，具有良好的防腐蚀性，可长期运行于各种恶劣的室外环境，安装支架高度大于3 m，能够根据不同规范安装气象传感器。土壤温度和土壤含水量传感器由数据线连接至气象土壤墒情综合观测站智能采集终端。视频探头和视频编码器均安装在气象土壤墒情综合观测站支架上，供电也由气象土壤墒情综合观测站的风光互补电源提供。

5 数据传输方式

现场数据采集使用中国移动gprs无线数据通信方式。该网络具有传输速度快、信道稳定、价格适宜、支持环境丰富等特点，适合监测数据与视频图像的远程传输。每处灌区监控点共有3个gprs

传输通道，射频卡机井灌溉控制与地下水位动态监测工程共用一个gprs通道传输数据，气象监测与土壤墒情监测共用一个gprs传输

通道，视频监控单独使用一个gprs传输通道。

6 节水增粮行动项目远程监控管理信息平台建设

以节水增粮行动项目信息化工程建设为契机，以构建区域节水灌溉信息化为目标，对节水灌溉信息化建设进行顶层规划。建成较为完善的节水增粮远程实时监控管理信息平台，可实现各业务应用系统的数据交换、资源共享和集中管理，实现灌区监测信息的互联互通和数据采集控制的标准化管理，大幅提高水资源的管理能力。通过制定统一的技术标准，加强科学管理，使系统更加适应水资源监控与管理业务的需要，为管理部门提供及时、准确、全面的灌溉监控管理信息。信息平台建设从系统工程的角度出发，充分考虑系统建设后的长期可维护性、可扩充性和可升级性等要求，建设一个综合运用多学科、多种现代信息处理技术，具有先进水平和较高技术含量的平台。

6.1 信息平台总体架构

信息平台以数据库为核心，以开放式协议语言为基础，采用面向对象（oop）和图形化的可编程技术，具有较强的兼容性和可扩展性；运行环境采用故障转移和均衡负载群集技术，保证了监控平台运行的安全性、稳定性以及数据处理的高效性；监控类型的多样化，可以在很短的时间内为用户定制新的服务流程，把新的待监控设备纳入监控平台，可以整合原有不同公司、不同语言开发的系统，实现多种监控设备及数据的集中管理。平台具备开放的业务接口，只需在平台上增加相应软件模块和接口，即可实现对各种新业务的监