智慧节水灌溉系统——灌溉自动化整体解决方案

智慧农业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。每套墒情仪包含3枚土壤水分传感器，分别测量10cm\20cm\40cm的实际土壤水分含量。

图1. 自动墒情监测系统工作原理图

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。

智能井房IC卡智能计水计电控制系统（泵房自动化系统）

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（泵房自动化系统）实现。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，从而为落实最严格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。

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、大数据处理等先进技术，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。

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。

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。

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5. 智能阀门灌溉自动化控制软件平台在线监测功能

图3.1 监控中心实体效果图

高效节水灌溉及水肥一体化灌溉管网
采用100亩面积作为建设单元，实现水肥一体化滴灌自动化控制。水肥一体化滴灌自动化控制系统作为一个集成度较高的现代化农业技术手段，需要兼顾水源、肥料、设备配套、设备日常维护四大板块的整合。