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现代农业园区水利信息化工程管理系统研究

2018-12-18 来源:《乡村科技》作者:重庆交通大 杨璐瑶 点击:
      [摘要]本文详细介绍现代农业园区水利信息化工程的建设方案,该系统建设集成了水利现代化乃至农业现代化新技术,实现园区全要素的集中监控和管理,最大限度地发挥系统效益,为现代农业园区提供可推广、可复制的水肥水利信息化工程管理系统解决方案。
      [关键词]现代水利工程;节水节肥;现代农业园区
      现代农业园区水利信息化工程建设主要以高效农业示范园为平台,结合园区的规划设计,满足园区建设的需要。在园区规划设计的过程中,要消除水资源的供给不足问题,完善相关的设施,提高自动化程度,满足自动化控制需要,以“工程水利+农业高效化管理+先进的管理体制”为目的,最终实现园区的示范性引领作用,通过以点带面实现园区的高水平管理。在建设过程中实现水利工程的管控和使用的一体化,“以水养水”为发展的最终目的,发挥水利工程的长期效益。
      在农业科技示范园建设过程中,充分发挥智能化信息的核心作用,以智能化的水利工程提升示范园区的整体水平,实现示范园区的智能化发展,促进本地区农业快速发展。作为示范园区的重点建设项目,智能化水利工程的成功应用对于推动农业发展有着十分重大的意义。
      1建设目标与内容
      水利信息化建设是在项目区灌溉管网工程的基础上开展的,系统建设要求实现如下目标:①按照现代农业园区水利工程的要求,实现自动测量流速、自动测量压力,实现水利工程的自动输送和配比;②为实现示范园区的便捷管理,在管理过程中采取现场手动控制、展厅中集体控制及网络远程批量控制的方式,管理上采用日常管理、管委会管理、用水户协会管理3种方式;③在土壤灌溉过程中根据墒情确定灌溉指标,通过自动化灌溉实现水资源的节约利用,通过自动化管控根据设定的水量和时间对农田进行灌溉,在灌溉过程中根据气候条件、农作物的长势及农作物的需水量进行准确灌溉,达到节约用水的目的;④在示范园区农田管理过程中,需要定期对土壤进行检测,根据检测结果对农田进行水肥管理,避免养料不足或养料过多对农作物生长产生影响,实现水肥一体化管理;⑤通过自动化手段对水池内的水位进行自动监测,当水位超过或低于临界水位时自动报警,水泵能根据水池内水位的多少进行开泵或停泵处理,在出水量方面能根据用水的需要调节出水量,进而实现水泵房的智能化管控;⑥为更加准确地掌握相关数据,可以根据需要将食品信息和数据信息进行远程显示;⑦通过二维码对农作物的生产信息和质量进行追溯;⑧自动化展示厅集中控制和管理;⑨将水利工程和气象信息进行有效联通,实现有效的预报。
      2灌溉远程控制系统
      墒情的自动化监测和管理系统是现代农业水利工程管理的重点,其中主要包括土壤的实时监测、灌溉的自动化控制等。在灌溉自动化控制过程中,阀门的开启是控制的关键,要根据现场的需要对模块进行优化设计。在程序设计开发的过程中,要采用统一的数据库结构,要在《土壤墒情监测规范》(SL364-2006)监测规范的基础上进行设计,以便于后期根据需要对软件进行升级和功能扩展,在软件开发、安装、调试的过程中,要充分考虑后期开发的需要,采用通用的软件突破技术门槛[1]。
      2.1灌溉系统说明
      ①现场控制的核心是闸阀,将其安装在分水处,闸阀的数量根据农业园区面积大小进行设计,其中主站设置在展示厅用于自动化控制;②在设置的过程中在展示厅内布置监控管理系统,灌溉区内布置灌溉区现场控制,实现灌溉区的现场控制;③闸阀的设计要根据农田的灌溉需要对尺寸进行优化设计,为自动灌溉提供便利的条件[2]。
      2.2无线通信的设计与实现无线通信设计在现代化农业园区管理过程中占有重要的位置,通过无线通信技术实现远程控制,在设计的过程中要考虑大容量通信的实施,通信校验方式采用CRC和校验,确保通信的正确进行。
      3水肥一体化
      水肥一体化管理是指全自动灌溉施肥机的使用,其工作原理是在先进的编程控制器的管理下,通过EC/PH值及流量监控对电子阀进行自动化控制,将肥料和养分准确地灌输到主管网内,对农田进行精确的施肥管理[3]。在使用过程中可以进行远程和就地控制,在远程控制中可以通过计算机对土壤的湿度、环境的温度、蒸发量进行全过程监测,实现智能化自动调节施肥管理。就地控制,是指通过本地键盘现场监控,通过计算机实现施肥的精准控制,满足水肥一体化的需要。
      4无线远传视频监控系统
      在现代化农业生产过程中一般区域和规模都比较庞大,在自动化管理过程中布线比较困难,为提高现代农业园的管理水平需要使用无线传输技术,及时了解示范园农作物的生长状态、员工的工作技能及日常管理需要,因此无线远传技术需要解决如下问题:①需要对园区内的生产过程进行监督,对施肥、灌溉和人工操作进行有效的监管;②随着园区种植数量的不断增加,需要针对不同的品种、新的设备和气候条件进行管理,劳动量大;③园区管理过程中会涉及到生产人员,面对现代化园区建设会有很多的消费者和观光人员,需要对园区的设备设施进行有序管理;④通过远程控制来展现园区现代化种植的成果,展现农作物的生产现状,实现食品安全可视化管理[4]。
      5泵房水池自适应控制系统
      水泵房控制系统是水利工程自动化建设中重要的核心部件,其主要部件由分站+浮球+变频器液位开关+水泵控制器+GPRS等组成,通过系统对电磁阀的开度进行控制,通过自动化手段对水池内的水位进行监测,根据水位监测的结果和设定的上限、下线水位进行水泵的开启和停止,有效调节水池内水位的高度;也可根据出水量和进水量的差值对水池内的水位进行调节,有效管控住水池内水位的高度,做到自动调节,实现无人自动化管控[5]。
      6远程网络气象监测站
      在农业生产过程中,气候对农作物的生长有着极大的影响。农业气象是对异常天气的总称,一旦发生异常气候必然会对农业生产带来十分严重的影响,发生气象灾害会造成农业减产,严重的会造成绝收。使用远程网络对当地的气候条件进行监测,对异常气候进行有效的评估,根据需要对灾难的等级进行划分,通过远程网络气象监测为园区农作物的种植提供基础依据[6]。
      7管理房中心管理系统
      主站PC软件采用Visualstudio2008,数据库采用SQLSEVER2005进行开发,通过此软件的应用能实时显示和查看不同区域控制级别的土壤墒情、用水的压力及流量、环境温度、湿度计太阳辐射,同时也能显现水池的液位高低及相关的灌溉数据;根据实际情况还能显示灌溉用阀门的开口度,能根据灌溉的需要对阀门的开度及水流量进行自动调节[7]。
      通过监控管理级能对示范园内的水利工程进行远程控制,并对各种参数进行汇总,对上传到系统内的参数汇总到数据库进行储存。同时,数据库还具有修改、查询、增加和删除等多种功能。能根据灌溉的要求通过远程对调节阀门的开度进行控制,定时定量进行农田灌溉。在灌溉的过程中,既能显示实时数据,又能查看相关的历史数据;在使用过程中根据使用要求设置极限报警,对各种参数的上下线进行控制,超出上下线进行预报警,根据上传和采集的数据分析不同时段的趋势图;在灌溉过程中通过对水池内的水位自动监测技术,对水池内的水位进行报警,根据水位上下线的设定自动调节水泵的停启功能,能在远程控制的状态下对水池内的水位进行有效控制,自动调节水池的出水量和进水量,实现自动化管理[8]。
      7.1数据库设计
      系统数据库采用SQLServer2005,作物对象表为作物区域表的父表,作物区域编号、作物名称、浇灌时间分别为各表的主键,主要功能和作用如下。作物对象表,指的是农作物的具体名称,包括农作物的适宜温度和适宜湿度;作物区域表,主要是对农作物的生产区域进行编号,包括农作物的种类、主要灌溉方式,区域的大小作为编号的主要内容;作物灌溉计划表,主要包括灌溉时间、灌溉用水量、灌溉区域、灌溉时的气候条件等;作物状态表,指的是农作物在生长过程中所处的状态,主要包含土壤的养分、湿度、pH值,周边环境的温度、风量、湿度、雨量、太阳光强度等和农作物生长相关的数据[9];作物历史表,指的是农作物在生产过程中的历史数据,通过相关数据的分析,确定农作物在生长过程中的参数,为农作物的灌溉、施肥等提供数据支持。
      7.2程序设计
      程序设计在水利工程管理信息化建设中具有十分重要的作用,当系统启动后接收相关的数据,能根据需要获取土壤的墒情,设定农田的灌溉计划,设定温度和湿度的预警值;通过自动和手动两种模式对农田灌溉进行管理,采用自动灌溉模式可以根据土壤的湿度进行灌溉,当土壤的湿度小于设定的数值时会自动灌溉[10]。自动灌溉还可以实现定时灌溉,在规定的时间内对农作物进行灌溉。手动灌溉是根据相关的数据分析有选择性地对土壤进行灌溉。
      8系统功能
      ①能按照现代农业园区水利工程的要求预设灌溉,实现定时、定量化灌溉,根据需要显示农田的实时数据,遇到问题对历史数据进行查询,设定农田灌溉的上下限值,对超出上下线的进行预警设置。②实现一体化水肥技术,通过自动化手段的应用,对土壤的墒情、养分、湿度进行实时监测,根据工艺参数的设置对农田进行施肥和灌溉。③实现园区设备设施的可视化管理,通过视频监控园区内的关键设备及设备的运行情况,直观反映出农作物的生产状态,对园区进行辅助管理。④通过信息化管理自动调节出水量,根据灌溉需要对水泵进行自动调价,实现水泵房的无人自动化管理。⑤通过示范园农作物的自动灌溉系统,能根据农作物的需求进行定量、定时灌溉,实现水资源的节能管理,达到节能效果。
      9结语
      在现代园区水利工程设计过程中,要积极借鉴国内外的前沿技术,实现农业高效生产。通过示范园的建设,将信息化和计算机技术进行有机的结合,实现自动化无人水泵房的管理,实现农业的快速发展,为传统农业向高效现代化农业转变奠定了基础。
      参考文献
      [1]王印松,岑炜,李涛永,等.基于Matlab/Simulink电力系统仿真工具箱的拓展[J].电力系统保护与控制,2009(10):8588.
      [2]刘叶飞,陈志刚.节水自动灌溉模糊控制系统设计[J].排灌机械,1999(3):51-53.
      [3]苏林,袁寿其,张兵,等.基于ARM7的智能灌溉模糊控制系统[J].中国农村水利水电,2007(12):28-31.
      [4]曾光奇,胡均安,王东,等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.
      [5]胡新华,戴素江,王志明.城市绿地节水灌溉模糊控制系统的研究[J].农机化研究,2008(5):93-94.
      [6]刘叶飞,陈志刚.节水自动灌溉模糊控制系统设计[J].排灌机械,1999(3):51-53.
      [7]苏林,袁寿其,张兵,等.基于ARM7的智能灌溉模糊控制系统[J].中国农村水利水电,2007(12):28-31.
      [8]曾光奇,胡均安,王东,等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.
      [9]胡新华,戴素江,王志明.城市绿地节水灌溉模糊控制系统的研究[J].农机化研究,2008(5):93-94.
      [10]李永华,徐枋同,徐华中.模糊控制中的非线性问题[J].信息与控制,1992(5);317-319.(本文于2017年发表于《乡村科技》)
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