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現代化高效節水灌溉及監測信息化系統建設方案

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產品簡介

高標準農田現代化示范鄉鎮高效節水灌溉及監測信息化系統建設方案目前，由于地區旱情測報系統及現代化灌溉技術不夠完善，且現有設施老化，故障頻發，嚴重影響灌溉質量，且水資源浪費嚴重，故進行設施補充及更新改造

詳細介紹

高標準農田現代化示范鄉鎮高效節水灌溉及監測信息化系統建設方案

目前，由于地區旱情測報系統及現代化灌溉技術不夠完善，且現有設施老化，故障頻發，嚴重影響灌溉質量，且水資源浪費嚴重，故進行設施補充及更新改造。
高效節水灌溉及監測信息化系統所產生的社會效益包括以下幾點：
（1）合理高效利用水資源。
（2）保護生態環境。
（3）節約人力成本和能源資源。
（4）改善作物品質，增加產量。
旱情及農業氣象監測系統
旱情及農業氣象采集系統主要由墑情儀、智能網關、7要素自動氣象站和農業物聯網中心軟件平臺組成。
  農業物聯網中心軟件平臺對各站點上傳的監測結果自動進行分析、整理和統計，將監測數據以圖表等多種方式顯示給用戶。用戶可同通過電腦、手機等登陸互聯網隨時隨地查閱監測數據。
  土壤墑情監測受土壤類型、灌溉情況、作物類型等影響較大，具有區域單元特異性，為更準確監測實際灌溉前后的土壤水分含量，精確的指導管灌，需要每個灌溉單元配置一套墑情儀及智能網關，及每個智能閥門所覆蓋的灌溉范圍需配套一套智能墑情設備，以保證灌溉及墑情監測密切相關。
  7要素自動氣象站用于監測局地農業氣象，包含降雨量、空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、光照、大氣壓強數據。

圖1. 自動墑情監測系統工作原理圖

智能井房IC卡智能計水計電控制系統（智能云控柜）
地下水資源用水用電計量與自動化控制需要依靠智能井房計水計電管理系統（智能云控柜）實現。依據國家提出的農業機井要“細定地、嚴管井、上設施、增農藝、統收費、節有獎"的方針，利用物聯網數據通訊、大數據計算存儲、云平臺管理、分布式緩存處理、遠程數據采集、IC卡收費控制等*技術，建立農業灌溉用水總量控制和限額管理機制，提升農業用水計量，加強農業用水收費管理，最終實現合理利用地下水資源。
智能云控柜主要包括以下幾個方面：一體化玻璃鋼柜體、GPRS遠傳模塊、IC卡計水計電控制器、IC卡、軟啟動器和超聲波流量計。
結合了計算機、網絡通信和傳感器三項技術，達到對地下水取水用戶實施水量自動監控的目的。實現實時在線監測、數據統計與查詢、取水計劃管理與控制等功能，從而為落實的水資源管理制度提供技術支撐，促進水資源可持續利用和節約用水。

圖2. 智能井房IC卡智能計水計電控制系統工作原理圖

智能閥門自動化灌溉控制系統
智能閥門灌溉自動化控制系統是近些年新興的一個現代化農業概念，它是通過物聯網技術的精確感知、遠程傳輸和智能分析等技術為支撐，以實現灌溉自動化為目標的現代農業發展模式與形態。它的主要作用體現在：精確監測農業環境、高效利用農業資源、有效降低農業能耗、全面提升農業質量。
智能閥門自動化灌溉控制系統由智能閥門、網關、墑情傳感器、數據采集終端、GPRS模塊、網絡數據平臺、數據接收與分析軟件、遠程監控計算機等。其主要的工作原理是利用相關傳感器實時監測降雨、田間氣象、土壤的水分和溫度等參數，通過數據采集與傳輸終端，通過GPRS技術將監測數據發送到Web數據服務器中，系統軟件采用ASP．NET開發，通過服務器接收軟件及相關的分析與決策軟件，實時查詢作物當前或歷史的需水情況，并計算出作物的需水量，通過控制軟件，對灌溉設備進行智能控制，從而實現節水灌溉的自動化、精細化。該系統可根據地區、季節、所種植農作物的用水特性，結合農田里的墑情、地溫、水表、雨水傳感器傳回的數據，通過對智能閥門的遠程開啟，對作物進行自動灌溉、按需灌溉和節約灌溉，缺水時自動補水，下雨時自動停水。
通過該系統，可實現整個種植基地的灌溉自動化、施肥精細化，同時可以節約大量人力成本。從而達到節水增效、節肥增效、增產增收的目標。系統內產品均采用太陽能+鋰電池供電，無需架設繁雜的供電線纜，節省架設成本。

圖3. 智能閥門自動化灌溉控制系統工作原理圖

智能井房遠程灌溉監測控制
智能井房遠程灌溉監測控制包含遠程灌溉計水計電控制器、GPRS遠傳模塊、超聲波流量計、軟啟動器、交流接觸器和斷路器，集成水電計量、刷卡取水、水泵控制、數據遠傳等功能。可遠程控制水泵開啟與關閉，提高灌溉自動化水平。利用物聯網通訊、大數據處理等*技術，可全面提升農業用水計量、加強農業用水收費管理、推進水權交易、合理利用地下水資源。

圖4. 智能井房遠程灌溉監測控制系統工作原理圖

視頻會商網絡系統
視頻會商網絡系統的建設是整個高效節水灌溉及監測信息化系統的數據存儲及展示窗口。建成的計算機網絡不僅可提供多業務接入的集成能力，而且是保證旱情、雨情、氣象、視頻、灌溉控制等信息傳遞的基礎，將為各類應用信息提供傳送保障。網絡的建設可以提高溝通效率并降低運營成本，實現全面的辦公自動化、優化調度和決策支持。本方案中本區域監測預警計算機中心網絡系統的建設要達成的目標是為各類預警信息的數據接收、處理、加工與查詢、預報決策、預警與信息發布、信息交換等服務提供軟硬件平臺。

地下水位溫度自動監測系統
地下水位及管網自動監測系統，是一種基于GPRS無線遠程數據采集與傳輸功能的地下水位數據采集、存儲、傳輸、預警、分析、管理的綜合應用系統。通過各種傳感器對水位、參數進行采集，可實現遠程數據采集與通訊傳輸。具有低功耗、高穩定性等優勢。

系統包括：（1）數據采集模塊：數據采集器、無線通訊模塊、太陽能電池板、支架、蓄電池；（2）傳感器：壓力式水位及溫度傳感器。

圖5. 地下水位及溫度自動監測系統原理示意圖

土壤墑情自動監測系統
土壤墑情自動監測站112個，站點設置如表3-1所示。

表3-1站點設置表

墑情自動監測系統描述

土壤含水量監測依靠土壤墑情監測系統來實現，該系統可實時監測土壤水分含量，能夠準確反映土壤的蓄水情況和實際含水量。系統采用太陽能及蓄電池進行供電，24小時在線，每小時上報一次數據。采集到的數據通過GPRS模塊發送至網絡數據平臺，根據軟件平臺設置的預警閾值，指導節水灌溉或自動灌溉。可通過電腦或手機遠程登錄軟件平臺，查看當前土壤的旱澇程度。系統采用無線傳輸方式，智能墑情儀與智能網關之間實現無線遠距離傳輸，傳輸距離大于2公里。每個智能網關可同時無線連接128個墑情儀。

圖1-1. 大田墑情自動監測系統架構圖

土壤墑情監測系統組成：
（1）數據采集與傳輸模塊：智能網關（數據采集器、無線通訊模塊）、太陽能電池板、支架、蓄電池；
（2）智能墑情儀：墑情采集儀、土壤水分傳感器
農業自動氣象監測站
通過實時監測降雨、空氣溫濕度、光照、風速風向等參數，用戶可以掌握當前的大田氣象環境，當出現溫度過低、光照太強或者強風天氣情況下，及時對大棚進行保暖、通風或加固，避免因氣象造成作物的傷害。

采用七要素氣象自動監測站，以數據采集終端和GPRS數據傳輸模塊為核心，通過太陽能板與蓄電池全天候供電，實現降雨量、風速、風向、空氣溫度、濕度、光照、大氣壓的實時數據自動采集和遠程傳輸。配置 7種要素傳感器、數據采集通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統、避雷設備。

智能井房IC卡智能計水計電控制系統（智能云控柜）
建設智能井房IC卡智能計水計電控制系統435套，站點設置如表3-2所示。
地下水取水計量監控設施（及智能云控柜），集刷卡取水、自動用水用電計量、水泵控制、遠程監測等功能于一體，實現地下水取水自動計量、IC卡控制、遠程傳輸的一體化和一卡式操作、一柜式安裝。
數據采集：智能云控柜采用遠程GPRS傳輸，可通過IP地址的配置，同時連接三個管理中心的軟件平臺，自動上報用水用電量，實現遠程數據監測功能。
刷卡取水：智能云控柜具備IC卡智能控制、機泵啟動控制功能。
水泵控制：用水戶持IC卡控制水泵啟停，并以取水量（或電量）為控制量，實現水泵的自動啟停。

設備清單：一體化玻璃鋼柜體、空氣開關、GPRS遠傳模塊、IC卡計水計電控制器、交流接觸器、軟啟動器、超聲波流量計、配套IC卡、IC卡讀寫器

農業水價改革及水權交易軟件平臺
縣級管理軟件
實現數據采集、數據存儲、用水量/刷卡信息查詢、信息上報、數據統計匯總以及水權交易等功能，并且能與水利信息中心的平臺共享原始數據。
鄉級管理軟件
鄉級管理軟件不需要專門再單獨部署，直接訪問縣級管理軟件的WEB服務，通過分配給鄉鎮管理人員的系統賬號進行登錄，實現分配的功能操作；如果在鄉鎮管理中心需要進行開卡收費等工作，也需要安裝桌面版村級管理軟件進行實現。
村級管理軟件
村級管理軟件是一套本地安裝的桌面版管理軟件，實現基礎信息填報、用水記錄導入與錄入、用戶開卡充值、充值記錄查詢等功能。
智能井房遠程灌溉監測控制
智能井房遠程灌溉監測控制包含遠程灌溉計水計電控制器、GPRS遠傳模塊、超聲波流量計、軟啟動器、交流接觸器和斷路器，集成水電計量、刷卡取水、水泵控制、數據遠傳等功能，利用物聯網通訊、大數據處理等*技術，可全面提升農業用水計量、加強農業用水收費管理、推進水權交易、合理利用地下水資源。
智能井房遠程灌溉監測控制主要功能為：
（1）具備水權交易、年用水量、年用電量統計功能；
（2）采用GPRS遠程傳輸用水用電量數據；
（3）支持MF1卡本地充值和GPRS遠程充值；
（4）水電雙控，控制終端集成電表計量，支持本地和遠程控制水泵啟停；
（5）采用非接觸式MF1卡，一機多卡，多用戶輪流使用，認卡不認人；
（6）采用一體化玻璃鋼柜體，防腐蝕、防砸盜、防潮露、防雷電，安裝簡易方便；
（7）具有下限報警功能，卡內金額低于最小值自動停水；
（8）具備漏電、缺相保護功能，有效保護水泵和電動機。
遠程灌溉計水計電控制器
遠程灌溉計水計電控制器內部集成三相三線電表功能，可擴展IC卡預付費模塊和無線抄表功能，集電表計量、水量采集和水泵遠程控制功能為一體。
智慧農業節水灌溉管理系統軟件平臺
智慧農業節水灌溉管理系統是一套集用戶管理、表具管理、財務管理、抄表結算、收費管理、發票管理、報表分析、表務管理、報裝業務等功能為一體的綜合性灌溉管理信息化系統。系統采用B/S(瀏覽器/服務器）架構設計，系統兼容目前主流瀏覽器軟件，采用模塊化設計，組態靈活方便，每個功能模塊可靈活配置，方便系統升級擴展，軟件界面美觀，操作簡單，使用方便，適用于各大、中、小型農田灌區。并可單機、局域網、Internet聯網方式使用。
智慧農業節水灌溉管理系統軟件平臺主要特點：
（1）用戶管理：用戶信息管理。
（2）表具管理：智能網關及智能閥門、智能墑情儀等表具管理。
（3）灌溉管理：支持自動灌溉、半自動灌溉、手動灌溉模式
（4）短信提醒功能：支持欠費、閥門控制、故障信息短信提醒功能。
（5）第三方數據導出：支持文本、EXCEL、DBF、SQL SERVER、ORACLE等多種格式的數據導出。
（6）采用組件式系統開發架構：每個功能模塊可靈活配置，方便系統升級擴展。
（7）豐富的圖表分析功能：支持數據分析、數據統計等圖表分析、統計功能。
（8）安全權限控制：可設置不同的角色控制操作員的訪問權限。
（9）系統安裝部署方便：向導式安裝模式，只需簡單選擇即可實現系統的安裝升級。