朱日清,侯祥東,杜文貞
(1.山東省淮河流域水利管理局,山東 濟南 250100;2.山東省水利科學研究院,山東 濟南 250014)
管道灌溉信息化系統(tǒng)研究
朱日清1,侯祥東1,杜文貞2
(1.山東省淮河流域水利管理局,山東 濟南 250100;2.山東省水利科學研究院,山東 濟南 250014)
介紹了一種管道灌溉自動化測水量水及控制技術,該項技術以一桿一站式結構為基礎、以信息自動化采集為支撐、以智能化決策支持為手段,對于建設節(jié)水型灌區(qū)具有重大意義。
管道灌溉;信息化;測水量水;智能決策
管道灌溉信息化系統(tǒng)由管道流量自動采集系統(tǒng)、田間土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)、泵站運行監(jiān)控系統(tǒng)、灌溉自動控制系統(tǒng)和節(jié)水灌溉智能決策支持系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)利用先進的傳感設備,對作物生長所需的水因子進行監(jiān)測采集,并可通過預留接口,實時獲取氣象信息,通過構建的計算機信息平臺,對監(jiān)測采集的數據進行存儲計算;利用已有的作物灌溉制度資料及科研成果,建立作物灌溉制度及作物生長制約因素信息庫;通過開發(fā)的節(jié)水灌溉智能決策與控制系統(tǒng)軟件,進行推理、對比、決策,從而實現(xiàn)灌溉智能化、自動化,實現(xiàn)實時精準灌溉,達到提高作物產量與品質的目的,提高水分生產率,實現(xiàn)農業(yè)高效用水。
該管道灌溉信息化系統(tǒng),以管道流量、工情、雨情和墑情信息自動采集為基礎,以公共通信網絡和局域網為依托,以水資源的優(yōu)化配置為核心,以測水、量水為重點,以自動化監(jiān)控為手段,基于自主研發(fā)的一站式產品技術,實時地對區(qū)內的灌溉管道進行監(jiān)控,形成了一個智能化、網絡化、多功能的管道數字化測水系統(tǒng)及網絡,達到全面提升灌區(qū)管理水平、提高信息資源的應用能力的目的,為灌區(qū)日常管理提供科學依據,最大限度地發(fā)揮灌區(qū)的綜合效益,實現(xiàn)灌區(qū)的科學化、現(xiàn)代化管理。
系統(tǒng)主要構成包括:數據服務中心、各級管理單位(用戶端)、管道數據監(jiān)測終端、管道控制終端、土壤墑情監(jiān)測終端以及無線傳輸網絡等組成(如圖1)。
2.1 管道現(xiàn)場監(jiān)控設備的結構
采用自主研發(fā)的一站式產品結構,風光互補電源設備、傳輸設備、采集探頭(水位、流速、土壤墑情、雨量、視頻等)、智能終端控制器以及防雷裝置等都安裝在現(xiàn)場一根水泥或金屬桿上。
2.2 數據傳輸方式的選取
簡單地說,數據傳輸可以分為有線和無線2種方式,兩者最大不同之處在于傳輸資料的媒介不同。本系統(tǒng)主要采用中國移動的GPRS/3G無線通信方式,覆蓋率較好,傳輸速度及穩(wěn)定性較好。小范圍組網時還可采用WiFi或Ziggbe。
2.3 組網模式及網絡結構
由于本系統(tǒng)的測站分布廣,具有多級用戶系統(tǒng),在網絡已經基本普及的今天,最好的方式是采用Web的方式提供服務,即利用數據服務中心,向用戶提供統(tǒng)一的網絡內容服務。系統(tǒng)使用者可利用自身的條件,直接登錄數據服務中心的IP地址,根據權限,使用該系統(tǒng)提供的各類服務。
現(xiàn)場采集的數據集中上傳,使用統(tǒng)一的技術數據服務中心,提供測水信息與自動化監(jiān)控系統(tǒng)的接入和技術數據服務。
2.4 系統(tǒng)數據信息化平臺
該管道信息化服務平臺體系主要分為3部分:Web服務模塊、應用程序服務模塊和數據庫服務模塊,其主要實現(xiàn)Web監(jiān)控用戶端管理功能、現(xiàn)場視頻監(jiān)控管理功能,以及各類數據的存儲、管理及分析等功能。
在數據服務中心部署有應用服務器、Web服務器以及數據庫服務器,作為整個系統(tǒng)的中樞組成部分,主要負責綜合的事務管理,為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通訊、數據存儲與操作等服務。各級用戶可方便的使用現(xiàn)有的計算機,便可通過互聯(lián)網方便地查看、監(jiān)控管道的相關數據和視頻圖像。
本系統(tǒng)采用C/S與B/S結合的方式,他能實現(xiàn)信息共享與交互,又能實現(xiàn)對數據嚴密、有效的管理,使得系統(tǒng)更新簡單,維護簡單,部署靈活,易于操作。本平臺主要包含以下3部分:
1)Web服務模塊。Web服務器采用微軟的IIS,Web應用程序采用ASP.NET開發(fā),提供統(tǒng)一的WEB接口,用戶端可用IE瀏覽器登錄數據服務中心網站地址,根據用戶名/密碼確定權限,進行相關的瀏覽、查詢、監(jiān)控、維護各種設備信息及狀態(tài)等。
2)應用程序服務模塊。采用Delphi開發(fā)的后臺應用程序提供以下幾個功能:為所有其他軟件模塊提供網絡連接、通信及數據庫操作等功能,并與監(jiān)控終端保持連接,24h不間斷運行,提供流速、水位、流量、視頻等的信息采集控制等功能。
3)數據庫服務模塊。采用微軟的SQLServer作為存儲數據庫,與.Net兼容性好。SQLServer是一個全面的、集成的、端到端的數據解決方案,為組織中的用戶提供了一個更安全可靠和更高效的平臺,用于企業(yè)數據和BI應用,能達到本系統(tǒng)需求,并具有較高的性價比。
2.5 用戶端軟件系統(tǒng)
系統(tǒng)Web用戶端采用Web2.0技術,極大地提高了系統(tǒng)的響應時間以及吞吐量。用戶端采用Ajax局部刷新技術以及類似Office2007的主題界面改善用戶體驗。采用Jquery和Ajax開發(fā)的WebGIS能夠滿足用戶直觀地查看電子地圖的需求、視頻和控制信息以ActiveX的形式嵌入到瀏覽器中,使用戶能夠實時的查看視頻、狀態(tài)信息以及及時地控制遠程的終端。
用戶端的主要特點包括:
1)精心設計人性化用戶界面,操作方便、舒適,多站點Web登錄、連接,實現(xiàn)數據高度共享。
2)多用戶管理功能,實現(xiàn)根據用戶名權限管理,注冊登記;視頻多畫面瀏覽,不同規(guī)格畫面監(jiān)控,支持全屏多窗口、單窗口模式;用戶可自定義鏡頭邏輯分組,并能分組輪跳瀏覽,輪跳時間可以設定。
3)支持對前端攝像機云臺的遠程控制(180°全方位轉動),實時監(jiān)測管道流速、水位數據;支持歷史數據檢索功能支持年度,季度,月度,數據統(tǒng)計分析。
4)統(tǒng)一管理,服務可靠,社會投資成本小,只需要建立一個公共數據服務器,就能滿足區(qū)域管道監(jiān)控的需要。數據服務中心設備統(tǒng)一管理,集中維護,更安全、更可靠。
5)系統(tǒng)擴展靈活,如需增加站點監(jiān)控數量,數據服務中心無需做任何硬件調整,只需要配置管道監(jiān)控現(xiàn)場設備即可滿足要求,并且系統(tǒng)維護方便。
6)分工更加專業(yè)化,專業(yè)的管道信息化數據技術服務,有利于資源優(yōu)化配置,可有效地提高管理水平,降低管理成本。該平臺充分利用了現(xiàn)有的局域網資源和廣域網資源,以信息的實時獲取和實時控制為中心,實現(xiàn)信息、資源及任務的綜合共享和全局一體化的管理。
本項技術研究在進行技術總結和深化的基礎上,充分考慮了灌區(qū)灌溉的工程特點,在管道灌溉自動化監(jiān)控技術方面進行了有益探索及創(chuàng)新,從而可以更全面、實時、準確地了解灌區(qū)的運行狀況,有利于提高灌區(qū)的科學管理水平,對于建設節(jié)水型灌區(qū)、和諧型灌區(qū)具有重大意義。
[1] 劉春華,等.引黃灌區(qū)自動化測水技術[J] .全國灌區(qū)量水技術專刊,2010.
[2] 朱煥立,茹正波,榮曉明.農田灌溉自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)研究[J] .灌溉排水學報,2009(04).
[3] 宋衛(wèi)東.農田灌溉遠程監(jiān)控測控系統(tǒng)的開發(fā)[J] .農業(yè)裝備技術,2008(06).
[4] 徐忠輝,潘衛(wèi)國,石紅梅.自動灌溉控制系統(tǒng)的應用[J] .北京水務,2010(05).
(責任編輯崔春梅)
S277
B
1009-6159(2013)-12-0041-02
朱日清(1987—),男,助理工程師