高　峰，王建華，朱嫻嫻（.嘉興錢塘江海塘維護(hù)有限公司，浙江 蕭山 30000，.浙江省錢塘江建設(shè)開發(fā)總公司，浙江 蕭山 30000）

農(nóng)業(yè)種植基地信息化系統(tǒng)的開發(fā)與利用

高峰1，王建華2，朱嫻嫻2
（1.嘉興錢塘江海塘維護(hù)有限公司，浙江 蕭山 310000，2.浙江省錢塘江建設(shè)開發(fā)總公司，浙江 蕭山 310000）

以浙江省湖州市安吉縣的錢塘江海塘為例，針對(duì)浙江省海塘農(nóng)業(yè)種植基地的不足之處，分析了海塘農(nóng)業(yè)種植基地的農(nóng)業(yè)種植基地范圍，對(duì)如何更好的灌溉經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物進(jìn)行了思考，通過案例分析，提出許多建設(shè)性的措施。事實(shí)證明，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的利用是有效的，可為同類型的海塘農(nóng)業(yè)種植基地提供有益的借鑒。

信息化；農(nóng)業(yè)種植基地；利用

1　引言

為了增加錢塘江海塘農(nóng)業(yè)種植基地［1］的基地面積，適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。依據(jù)浙江省2014年水利科技推廣計(jì)劃“海寧市智能節(jié)水灌溉的自動(dòng)控制系統(tǒng)的推廣與實(shí)施”、浙財(cái)農(nóng)［2014］257號(hào)“關(guān)于撥付2014年水利科技推廣省補(bǔ)助資金的通知”和《2014年度浙江省水利科技推廣主推技術(shù)（產(chǎn)品）目錄》等文件精神，啟動(dòng)該項(xiàng)目的推廣與實(shí)施工作。

智能節(jié)水灌溉是浙江省“五水共治”節(jié)水環(huán)節(jié)的重要組成部分，采用智能節(jié)水灌溉自動(dòng)化，不但能夠達(dá)到節(jié)水的目的，而且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地狀態(tài)，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效益，減少人工投入的成本以及基地的安全。因此該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)提高基地的智能化現(xiàn)代化水平、減少水資源浪費(fèi)、提高基地安全監(jiān)管水平、增強(qiáng)基地的示范和輻射作用等方面具有重要意義。

2　系統(tǒng)開發(fā)背景

本基地位于嘉興地區(qū)海寧市錢塘江江畔，基地總面積達(dá)到100畝，如圖1所示。現(xiàn)在準(zhǔn)備對(duì)核心基地蔬菜種植區(qū)、八堡飯店周圍、農(nóng)水灌溉試驗(yàn)區(qū)以西3塊基地實(shí)施該項(xiàng)目。其中八堡飯店周圍建設(shè)基于移動(dòng)互聯(lián)終端視頻安全監(jiān)控區(qū)域20畝，建設(shè)基地蔬菜種植區(qū)和農(nóng)水灌溉試驗(yàn)區(qū)以西的典型灌溉基地35畝，蔬菜種植區(qū)基地分為南北2塊種植區(qū)，其中左邊種植區(qū)長200 m，寬24 m，右邊種植區(qū)長200 m，寬26 m，農(nóng)水灌溉試驗(yàn)區(qū)以西基地包括魚塘、種植區(qū)等，在地塊大的土地上建立一個(gè)泵房。當(dāng)?shù)貕K水分濕度值低于要求時(shí)自動(dòng)加水，高于要求時(shí)自動(dòng)停水，本項(xiàng)目采用滴灌灌溉。

圖1　基地平面圖

3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)綜合采用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、工程監(jiān)測技術(shù)等多種高新技術(shù)，建成一個(gè)基于局域網(wǎng)的集閥門自動(dòng)控制［2］、視頻監(jiān)視、水情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)種植基地運(yùn)行數(shù)據(jù)管理等功能于一體的農(nóng)業(yè)種植基地信息化系統(tǒng)工程。系統(tǒng)由調(diào)度中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、閥門控制子系統(tǒng)、水情監(jiān)測子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)軟件開發(fā)注重開放性、可擴(kuò)展性原則，為今后工程運(yùn)行所需的其他各類系統(tǒng)預(yù)留接口。

為了提高整個(gè)基地的示范和輻射作用，準(zhǔn)備將最先進(jìn)的自動(dòng)化灌溉技術(shù)，并將云服務(wù)技術(shù)融入到整個(gè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的實(shí)施過程。采用最新版本的“基于云技術(shù)的智能節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)”，旨在保證整個(gè)基地的灌溉現(xiàn)代化、智能化、高端化。

具體指標(biāo)及功能要求為：

（1）遠(yuǎn)程和現(xiàn)地控制每塊地的含水率，也可手動(dòng)操作控制；

（2）可隨時(shí)查看土壤含水?dāng)?shù)據(jù)，并能查詢歷史數(shù)據(jù)；

（3）可隨時(shí)查看基地的溫度數(shù)據(jù)，并能查詢歷史數(shù)據(jù)；

（4）實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)視頻監(jiān)控，能夠手機(jī)遠(yuǎn)程報(bào)警；

（5）實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)智能灌溉控制；

（6）實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理，級(jí)別越高，登錄權(quán)限越大。

3.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括閥門監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、水情監(jiān)測子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)都通過局域網(wǎng)有機(jī)地整合在一起，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間進(jìn)行信息共享、協(xié)同工作的綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)。采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)集中處理信息，結(jié)合Web技術(shù)，開發(fā)基于B/S方式的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統(tǒng)的信息。通過租用光纖的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，以Web方式為管理人員提供信息查詢平臺(tái)。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括前端攝像及控制設(shè)備、圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)、圖像傳輸設(shè)備、硬盤錄像機(jī)等。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門上下游外景、閥門機(jī)組等重要設(shè)備的遠(yuǎn)方監(jiān)視。

閥門監(jiān)控系統(tǒng)按現(xiàn)地手動(dòng)控制層、現(xiàn)地自動(dòng)控制層、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層實(shí)現(xiàn)閥門集中自動(dòng)監(jiān)控功能和客戶端瀏覽的WEB服務(wù)功能。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)牛黃壩、瓦屋沖、錢坑邊、梅林、鴿子塢5個(gè)站點(diǎn)的啟閉機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2　系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.3調(diào)度中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心是整個(gè)系統(tǒng)通訊的樞紐、各種信息的集散地，是業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。在調(diào)度中心配備相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、管理局辦公局域網(wǎng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)備等。

調(diào)度中心的建設(shè)目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)與水情監(jiān)測系統(tǒng)、閥門控制系統(tǒng)各站點(diǎn)相連接，成為農(nóng)業(yè)種植基地水情、工情的監(jiān)視、監(jiān)控中心。因一期項(xiàng)目中已有調(diào)度中心，故按新的建設(shè)要求改建調(diào)度中心。

調(diào)度中心的功能要求為：

（1）廣域網(wǎng)接入功能，調(diào)度中心與INTERNET網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；

（2）為各應(yīng)用軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái)；

（3）調(diào)度中心對(duì)農(nóng)業(yè)種植基地網(wǎng)絡(luò)集中管理功能；

（4）網(wǎng)絡(luò)安全防范功能。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，信息中心的建設(shè)內(nèi)容包括3個(gè)部分：調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度中心應(yīng)用軟件系統(tǒng)、信息設(shè)備配置。

（1）調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)：調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的一部分，本系統(tǒng)將在調(diào)度中心建成局域網(wǎng)絡(luò)，摒棄超短波數(shù)傳電臺(tái)，改由光纖接入因特網(wǎng)，發(fā)布各工程數(shù)據(jù)信息。

（2）調(diào)度中心應(yīng)用軟件系統(tǒng)：調(diào)度中心應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括閥門控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)種植基地水情監(jiān)測系統(tǒng)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)。各子系統(tǒng)都通過局域網(wǎng)有機(jī)地整合在一起，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間進(jìn)行信息共享、協(xié)同工作的綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)。

（3）整體辦公設(shè)備：以信息化的全面普及為方案實(shí)施的設(shè)計(jì)要求，而信息化在農(nóng)業(yè)種植基地普及的基礎(chǔ)設(shè)備之一就是日常辦公設(shè)備的正確使用和有效的利用。

3.4水情監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水情監(jiān)測系統(tǒng)以RTU為核心單元，使用超聲波水位傳感器采集水位，翻斗式雨量計(jì)采集雨量，機(jī)械式格雷碼閘位計(jì)采集閘位，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，太陽能極板供電。

（1）站點(diǎn)工作方式

采用隨機(jī)自報(bào)和定時(shí)自報(bào)相結(jié)合的自報(bào)工作方式：

①隨機(jī)自報(bào)：每當(dāng)被測的水位水情參數(shù)發(fā)生一個(gè)規(guī)定的增減量變化時(shí)，如水位漲落1cm，且與上次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔大于5 min時(shí)，即自動(dòng)向信息中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)；

②定時(shí)自報(bào)：每隔1 h，不管參數(shù)有無變化，即采集和報(bào)送一次數(shù)據(jù)，信息中心的數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于值守狀態(tài)。

這種工作方式功耗低，便于供電，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能很好地反映降雨和水位等變化的全過程。

設(shè)備終端支持與調(diào)度中心管理主機(jī)和手機(jī)雙向信息交互功能，農(nóng)業(yè)種植基地工作人員可通過手機(jī)短信實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備終端的參數(shù)設(shè)置、工作狀態(tài)查詢等操作。

1）遙測終端的“省電”模式，實(shí)現(xiàn)較低的功耗。GPRS終端模塊可以設(shè)定上報(bào)時(shí)間，當(dāng)需要上報(bào)是主動(dòng)打開采集模塊電源，信息發(fā)送完畢切斷采集模塊電源。

2）系統(tǒng)能響應(yīng)中心站遠(yuǎn)程召測命令，將固態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上傳到中心站。

3）可實(shí)時(shí)測量水位、雨量值，定時(shí)檢測電源電壓等參數(shù)。

4）可設(shè)置站號(hào)、設(shè)置定時(shí)報(bào)時(shí)間、平安報(bào)間隔時(shí)間、系統(tǒng)時(shí)鐘等。

5）遙測站具有定時(shí)自報(bào)功能，當(dāng)長時(shí)間（時(shí)間間隔可設(shè)置）沒有參數(shù)變化時(shí)，遙測站將自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)數(shù)一次（參數(shù)可設(shè)置）。

6）對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集，水位數(shù)據(jù)采集周期可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。

7）遙測站采用蓄電池供電太陽能電池浮充的供電方式；電池容量滿足連續(xù)30 d以上陰雨天氣條件的電量需要。

8）數(shù)據(jù)采集器可將實(shí)時(shí)采集的雨量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)寫入非易失性存貯器內(nèi)，所存貯的數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)（年月日時(shí)分）。

9）所有外部接口都有消抖動(dòng)和光電隔離能力，并有過壓保護(hù)電路，可接入雨量、浮子水位等多種傳感器。

10）可使用遠(yuǎn)程或計(jì)算機(jī)現(xiàn)地下載所存貯的數(shù)據(jù)。

11）斷電時(shí)能保存數(shù)據(jù)和設(shè)備信息不丟失。

（2）通訊方式

水位監(jiān)測由現(xiàn)場設(shè)備和接收端設(shè)備組成?，F(xiàn)場設(shè)備包括：RTU、超聲波水位傳感器、閘位計(jì)、通信單元和供電單元；接收端設(shè)備包括：通信控制機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和安裝了水情應(yīng)用軟件的工作站。站點(diǎn)和信息中心采用GPRS通信方式。

（3）供電方式

站點(diǎn)設(shè)備采用太陽能電池和蓄電池組的組合供電方式，現(xiàn)場條件允許的情況下可用市電。

3.5閥門監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心布置有局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過光纖與LCU控制柜相連，LCU控制柜通過控制電纜與現(xiàn)地電器控制柜相連，與主控計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)視主機(jī)、水雨情遙測系統(tǒng)等構(gòu)成完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

閥門控制系統(tǒng)采用現(xiàn)地手動(dòng)控制、現(xiàn)地自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制3層控制系統(tǒng)，現(xiàn)地手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)最高，現(xiàn)地自動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)其次，遠(yuǎn)方集中控制優(yōu)先級(jí)最低，且具有互鎖功能［3］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

圖3　閥門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.6視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包括圖像信息采集分系統(tǒng)、前端承載與防護(hù)設(shè)備、前端供電與防雷設(shè)備、視頻（數(shù)據(jù)）信號(hào)傳輸分系統(tǒng)、控制與錄像分系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻服務(wù)等部分。系統(tǒng)的內(nèi)部通訊通過RS485實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)共安裝一體化高速球機(jī)6套，其采集的視頻信號(hào)經(jīng)通信設(shè)備傳輸至調(diào)度中心，控制系統(tǒng)以硬盤錄像機(jī)為主控設(shè)備，其中硬盤錄像機(jī)主要完成圖像信息存儲(chǔ)、錄像、圖像顯示及視頻上傳等功能。調(diào)度中心的操作人員根據(jù)對(duì)彩色監(jiān)視器上所見信息的判斷進(jìn)行相應(yīng)的鍵盤操作，完成調(diào)用、切換、控制前端圖像等功能，并

有選擇性的對(duì)監(jiān)視信號(hào)進(jìn)行錄像。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4　視頻監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4　結(jié)語

錢塘江海塘農(nóng)業(yè)種植基地信息化系統(tǒng)的開發(fā)與利用，解決了農(nóng)業(yè)種植基地監(jiān)管不到位這一難題。該系統(tǒng)的應(yīng)用取得了很好的效果，有效的提高農(nóng)業(yè)種植基地自動(dòng)化管理，為管理人員提供便利。希望該系統(tǒng)能為其他農(nóng)業(yè)種植基地提供幫助，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測打下基礎(chǔ)。

［1］吳 劍，魯天明.賦石水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算 ［J］.廣東科技，2012，3（5）：73-75.

［2］任文濤，楊 懿，張本華，等.溫室節(jié)點(diǎn)式滲灌自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（8）：59-63.

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TP311

B

1672-5387（2016）05-0054-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.019

2016-04-01

高峰（1984-），男，工程師，研究方向：水利水電工程。