鄭玉玲，馬 蓉

（石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院，新疆　石河子　832000）

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基于Web的新疆棉田灌溉信息管理系統(tǒng)

鄭玉玲，馬 蓉

（石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院，新疆石河子832000）

摘要：針對(duì)新疆兵團(tuán)灌溉信息管理系統(tǒng)單一、覆蓋面窄、無(wú)法實(shí)現(xiàn)水資源集中管理。利用Access2010數(shù)據(jù)庫(kù)、Web技術(shù)、B/S開(kāi)發(fā)模式從建設(shè)管理、運(yùn)行管理、事務(wù)管理三方面整合兵團(tuán)灌溉概況、墑情、用水等信息構(gòu)建可視化的多級(jí)web管理系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)具備信息錄入、查詢、圖表顯示等功能并為可視化的網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持。農(nóng)戶和水利管理人員遠(yuǎn)程登錄便可訪問(wèn)灌水信息獲取灌溉決策。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌溉分布式采集集中式管理的交互，打破了運(yùn)用和管理水資源的時(shí)間空間限制，為南北疆灌溉資源共享提供接口，為大數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：WEB技術(shù)；新疆兵團(tuán)；棉田灌溉；信息管理

0　引言

新疆兵團(tuán)地域遼闊，水資源匱乏，各團(tuán)土壤屬性、作物墑情、灌溉制度差異較大。兵團(tuán)現(xiàn)有節(jié)水灌溉系統(tǒng)存在無(wú)灌溉信息管理系統(tǒng)，或是一套采集設(shè)備對(duì)應(yīng)一套管理設(shè)備，這樣既浪費(fèi)了硬件軟件資源又無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。數(shù)據(jù)的不完善和軟件管理技術(shù)欠缺導(dǎo)致兵團(tuán)已有節(jié)水灌溉信息管理系統(tǒng)一年建立、二年使用、三年癱瘓的尷尬現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于固定IP費(fèi)用較高，動(dòng)態(tài)IP運(yùn)行不穩(wěn)定且兵團(tuán)在節(jié)水灌溉信息管理建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)投入較少，使得信息存

修回日期：2016-3-7

此節(jié)水灌溉信息管理系統(tǒng)是石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院409實(shí)驗(yàn)室節(jié)水灌溉項(xiàng)目中的一部分，整個(gè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌溉的墑情采集和自動(dòng)控制。信息管理系統(tǒng)是基于web開(kāi)發(fā)平臺(tái)以access2010數(shù)據(jù)庫(kù)為核心將新疆兵團(tuán)不同師市、兵團(tuán)、村連近40個(gè)站點(diǎn)灌溉資料數(shù)據(jù)匯總，為不同級(jí)別管理人員提供可視化的查詢、統(tǒng)計(jì)、決策服務(wù)。實(shí)現(xiàn)以兵團(tuán)帶師市、師市帶團(tuán)場(chǎng)、團(tuán)場(chǎng)帶村連的不同級(jí)別相互依存的階梯形信息管理系統(tǒng)。

1　材料和方法

1.1總體結(jié)構(gòu)和功能

系統(tǒng)以滿足新疆兵團(tuán)灌溉管理人員和農(nóng)戶實(shí)用性為原則，設(shè)計(jì)以建設(shè)管理、運(yùn)行管理、事務(wù)管理為基礎(chǔ)的階梯型管理系統(tǒng)。各級(jí)在統(tǒng)一管理內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)前提下完成各自獨(dú)立的管理任務(wù)。搭建實(shí)現(xiàn)師市、團(tuán)部、村連不同級(jí)別單位的權(quán)限管理、審核編輯及可視化操作的web服務(wù)平臺(tái)。根據(jù)水量平衡原理為農(nóng)戶提供灌水決策以便優(yōu)化灌溉控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖

1.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為使數(shù)據(jù)庫(kù)滿足可維護(hù)性、兼容性、數(shù)據(jù)能夠不斷更新擴(kuò)充，系統(tǒng)選用可存放多類型數(shù)據(jù)元素，融合Database Engine和圖形用戶界面功能的小型多用戶ACCESS2010數(shù)據(jù)庫(kù)［1］。基于少而精的原則選擇農(nóng)戶和管理人員最關(guān)心的灌溉信息構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如表1，E-R模型如圖2。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容如下：

1.2.1建設(shè)管理

（1）灌溉項(xiàng)目建設(shè)：布線標(biāo)準(zhǔn)、場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)、包裝貯運(yùn)標(biāo)志、設(shè)備雷擊保護(hù)、軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范、遙測(cè)水位計(jì)、水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、水閘設(shè)計(jì)規(guī)范、檢測(cè)技術(shù)規(guī)范。

（2）灌溉設(shè)備：輸水流量、總揚(yáng)程、泵站坐數(shù)、機(jī)井?dāng)?shù)量、裝機(jī)容量、年耗電量。

（3）灌溉概況：地理位置、灌溉風(fēng)采、經(jīng)濟(jì)情況、灌溉面積、需水合計(jì)。

1.2.2運(yùn)行管理

（1）設(shè)備管護(hù)：設(shè)備管護(hù)情況、年修情況、設(shè)備更新情況。

（2）墑情信息:降雨量、氣溫閾值、相對(duì)濕度、均勻風(fēng)速。

（3）用水信息：施灌時(shí)間、選用方法、需水定額、各時(shí)期需水特性。

1.2.3事務(wù)管理

（1）灌區(qū)監(jiān)控：檢測(cè)方法、雨水情況、水源特性。

（2）水資源調(diào)配：用水計(jì)劃、配水計(jì)劃、年度配水計(jì)劃、時(shí)段配水計(jì)劃。

（3）公眾服務(wù)：文檔匯總、水利信息、惠民服務(wù)。

表1　部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖2　數(shù)據(jù)庫(kù)E-R模型

1.3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

本文立足于Windows平臺(tái)，采用B/S模式、.net技術(shù)。客戶端界面利用Dreamweaver網(wǎng)頁(yè)制作軟件和HTML語(yǔ)言建立，安裝配置合理的IIS使得灌溉信息能在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行跨平臺(tái)的文件交換，農(nóng)戶向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器收到后與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建連接，對(duì)請(qǐng)求做出響應(yīng)并通過(guò)HTTP通信協(xié)議把結(jié)果輸送到客戶端供給用戶瀏覽［2～4］。農(nóng)戶登錄后可點(diǎn)擊各模塊進(jìn)入所需界面。

2　系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1多級(jí)管理登錄

本系統(tǒng)為多級(jí)階梯型管理系統(tǒng)，不同用戶具有不同權(quán)限，各級(jí)相互依存，下級(jí)受上級(jí)管理。兵團(tuán)為一級(jí)工作站匯總下級(jí)工作站的報(bào)表數(shù)據(jù)，享有最高權(quán)限，能夠訪問(wèn)下級(jí)工作站及任一點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。為保障系統(tǒng)安全，設(shè)置專屬登錄窗口。不同級(jí)別單位需輸入統(tǒng)一規(guī)格的賬號(hào)和密碼方可瀏覽其權(quán)限范圍內(nèi)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員對(duì)各級(jí)提交資料進(jìn)行審核后在web平臺(tái)上實(shí)時(shí)發(fā)布更新顯示，農(nóng)戶登錄本系統(tǒng)能對(duì)自家棉田信息進(jìn)行瀏覽查詢并得到灌水決策建議。

2.2棉田灌溉信息編輯

用戶可根據(jù)自家實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)中灌溉信息進(jìn)行錄入、增刪、實(shí)時(shí)更新。信息錄入時(shí)農(nóng)戶登錄瀏覽器選擇相應(yīng)模塊工作區(qū)便可進(jìn)行編輯，提交后交由上級(jí)審核。上級(jí)用戶登錄后瀏覽器會(huì)彈窗顯示下級(jí)審核申請(qǐng)，以便快速處理保證灌溉信息的高效管理。某用戶灌溉信息編輯界面如圖3。

圖3　某用戶灌溉信息編輯界面

2.3灌溉信息綜合查詢

信息綜合查詢功能使農(nóng)戶和管理者將主窗口準(zhǔn)確定位在符合相應(yīng)條件的記錄上，系統(tǒng)可選擇性的下載和導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)文件。方便農(nóng)戶了解自家灌溉信息和歷年氣象數(shù)據(jù)直觀地控制灌溉量，為灌溉提前做好準(zhǔn)備。兵團(tuán)灌溉管理人員可通過(guò)瀏覽器宏觀了解當(dāng)?shù)毓?jié)水灌溉情況。在棉花生育期內(nèi)系統(tǒng)可根據(jù)棉花苗蕾、花蕾、吐絮、花鈴不同生育階段需水特性結(jié)合當(dāng)前棉花溫濕度給出灌溉建議。某用戶灌溉查詢界面如圖4。

2.4預(yù)警提示

管理人員在信息管理系統(tǒng)中設(shè)定預(yù)警值，預(yù)警可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、電話、短信三種方式告知管理者，通過(guò)預(yù)警提示，管理員迅速對(duì)作物進(jìn)行管理。如當(dāng)土壤水分當(dāng)天出現(xiàn)最大值體積含水量達(dá)到90%以上或者出現(xiàn)最小值體積含水量降到20%以下將會(huì)給管理員發(fā)送預(yù)警提示。

圖4　某用戶灌溉查詢界面

2.5灌溉決策

節(jié)水灌溉決策即確定該不該灌水、何時(shí)灌水、灌多少水。結(jié)合土壤含水量是否達(dá)到棉花適宜生長(zhǎng)指標(biāo)、天氣預(yù)報(bào)情況、作物所處生育階段是否處于適宜調(diào)虧階段等要素。最終的灌溉決策取決于經(jīng)濟(jì)學(xué)中的邊際概念與經(jīng)濟(jì)效果原理。

2.5.1邊際灌水成本確定

式中 SF—斗口水價(jià)（元）；ρ田ρ斗—田間水及斗渠水的利用系數(shù)；cost1—充分灌溉單位面積邊際供水成本；cost2—非充分灌溉單位面積邊際供水成本。

2.5.2邊際灌水效益確定

根據(jù)農(nóng)田水量平衡原理：

式中 M—灌水定額 m3/hm2；P—有效降雨量m3/ hm2；G—地下水補(bǔ)給量m3/hm2；SW —作物根系活動(dòng)層土壤儲(chǔ)水量變化值m3/hm2；ET—作物蒸發(fā)蒸騰量m3/hm2。

式中 B1—充分灌溉邊際灌水效益；B2—非充分灌溉邊際灌水效益；PY—棉田單價(jià)，元；△Y1—充分灌溉下棉田增產(chǎn)量kg；△Y2—非充分灌溉下棉田增產(chǎn)量，kg。

2.5.3預(yù)報(bào)未來(lái)灌水時(shí)間

式中 Pe—有效降雨量，mm；ASW—土壤有效儲(chǔ)水量mm；ETc—T時(shí)段內(nèi)平均每天作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d，Ge—T時(shí)段內(nèi)平均每天地下水有效補(bǔ)給量，mm/d。

由以上各式：若B1＞cost1或者B2＞cost2從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講應(yīng)當(dāng)施灌，具體采用哪一種方式，在灌水量不受限制的條件下B2/cost2＞B1/cost1則應(yīng)當(dāng)實(shí)施非充分灌溉的灌水策略，反之，則實(shí)施充分灌溉的灌水策略。由（6）式來(lái)確定灌溉間隔天數(shù)。

2.6提供灌溉便民服務(wù)

系統(tǒng)事務(wù)管理中的便民信息模塊會(huì)定期更新發(fā)布先進(jìn)灌溉技術(shù)、利民政策、灌溉作物信息、市場(chǎng)信息等，幫助農(nóng)戶通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)，選擇利用先進(jìn)灌溉技術(shù)以發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)提高土地和水資源的利用率?；诰W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的灌溉信息管理系統(tǒng)是管理者和農(nóng)民之間的一道橋梁，不但加強(qiáng)了灌溉與農(nóng)作物、市場(chǎng)需求、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料等部門的信息聯(lián)系更使灌溉過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)不再孤立，形成緊密聯(lián)系的產(chǎn)業(yè)鏈。用戶可視化瀏覽網(wǎng)頁(yè)如圖5所示。

圖5　信息管理系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)

3　結(jié)論

系統(tǒng)具備多用戶管理登錄、棉田信息編輯、信息查詢決策、可視化瀏覽等功能。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，界面友好，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程可視化的信息管理。系統(tǒng)匯總南北疆多個(gè)采集系統(tǒng)的灌溉資料，節(jié)約了灌溉管理成本，對(duì)提高用水效率、促進(jìn)節(jié)水灌溉規(guī)模經(jīng)營(yíng)具有重要意義。

參考文獻(xiàn):

［1］沈杰輝.基于GIS的灌溉信息管理和控制決策系統(tǒng)研究、［D］.浙江大學(xué)，2006.

［2］王寶忠.基于GIS灌區(qū)基礎(chǔ)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.長(zhǎng)江科學(xué)院，2007.

［3］宋妮，王景雷，孫景生.基于Access的灌溉信息管理系統(tǒng)［J］.節(jié)水灌溉，2007，02:37～39.

［4］李玉平.節(jié)水灌溉智能決策與管理專家系統(tǒng)研究［D］.西北農(nóng)林科技大學(xué)，2006.

［5］吳俊周.基于Web Service技術(shù)的節(jié)能節(jié)水信息系統(tǒng)集成方案研究［D］.蘭州理工大學(xué)，2011.

［6］季海燕.灌溉信息管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.南京：河海大學(xué)，2004.

［7］李軍．節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制技術(shù)管理方法［M］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2014.

［8］ZHI Fang Chen，NI Song，A decison support system for watersaving trrigation management［A］.IEEE.China Agriculture University.［C］.IEEE、China Agriculture University:2010.12.

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.01.009

中圖分類號(hào):S275

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-7782（2016）01-0028-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）智能農(nóng)業(yè)裝備目標(biāo)識(shí)別定位與控制技術(shù)項(xiàng)目（2013AA102307）

通訊作者：馬 蓉儲(chǔ)存在問(wèn)題。未來(lái)我們將生活在大數(shù)據(jù)時(shí)代，建立完善的節(jié)水灌溉信息管理系統(tǒng)對(duì)高效專業(yè)的處理海量灌溉信息、共享灌溉資源、優(yōu)化灌溉內(nèi)部結(jié)構(gòu)、決策指導(dǎo)灌溉有重要意義。

Xinjiang corps cotton irrigation management information system based on Web

ZHENG Yu-ling MA Rong
（Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832000，China）

Abstract:In order to solve Xinjiang Corps for irrigation information management system single，narrow coverage，unable to achieve centralized management of water resources.Used Access2010 database，Web technology，B/S development model to integrate irrigation Corps profiles，moisture，water and other information，from building management，operation management，transaction management to establish a web-based information management system.System database includes the functions of information entry，query，chart display to support the visual network operating platform，web operating platform to help farmers and water managers have the access to the network to get information and irrigation decisions.The system achieved the interaction irrigation centralized management of distributed capture，breaking time and space utilization and management of water restrictions，provided an interface for the southern and northern irrigation to share resource，laid the foundation for the big data.

Key words:Web technology；Xinjiang corps；Cotton field irrigation；Information management