宋曉丹，周義仁

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024）

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉大國(guó)，但水資源短缺，水資源供需矛盾日益突出。大中型灌區(qū)自動(dòng)化程度較低，使得研究灌區(qū)節(jié)水灌溉智能監(jiān)控系統(tǒng)、提高水資源利用率成為智慧農(nóng)業(yè)的研究熱點(diǎn)［1-2］。現(xiàn)階段智能節(jié)水灌溉的方式有兩種：一種是安裝土壤水分傳感器、空氣濕度傳感器和光照傳感器等采集節(jié)點(diǎn)，通過(guò)灌溉決策模型來(lái)決定灌水時(shí)間，計(jì)算灌水量，實(shí)現(xiàn)精確灌溉；第二種是建立周期性的灌溉方案，進(jìn)行定時(shí)灌溉［3-4］。本研究首先通過(guò)作物組成及作物種植比例來(lái)確定灌溉制度及總灌溉用水量；其次根據(jù)各村各戶灌溉面積分配水權(quán)及其定額用水量，在輸水骨干工程和田間灌溉工程的基礎(chǔ)上對(duì)水價(jià)進(jìn)行分級(jí)制定，即灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)輸水骨干工程的用水管理工作，農(nóng)民用水協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)田間灌溉工程的用水管理工作，由此確立研究區(qū)灌區(qū)的農(nóng)業(yè)供水分級(jí)水價(jià)；最后配合安裝流量傳感器和LoRa采集節(jié)點(diǎn)等精確計(jì)量用水量和水費(fèi)，實(shí)現(xiàn)用水總量控制，提高水資源的利用效率。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，人與物的連接已經(jīng)成為可能［5］。物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳輸方式有很多種，現(xiàn)階段常用的有 Wi-Fi、Zigbee、GPRS和433MHz等傳輸協(xié)議。Wi-Fi傳輸速率最快，但是受距離限制；Zigbee適用于短距離、低復(fù)雜度區(qū)域；GPRS為目前灌區(qū)中使用較多的無(wú)線傳輸方式，但是其在測(cè)點(diǎn)較多時(shí)造價(jià)較高；433MHz適用于遠(yuǎn)距離、低速率傳輸，其傳輸協(xié)議采用透明的方式，網(wǎng)絡(luò)的安全性較差［6］。針對(duì)遠(yuǎn)距離和低功耗無(wú)法兼顧的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用LoRa無(wú)線傳輸?shù)姆绞?。LoRa適用于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位較多、信號(hào)覆蓋不足、廣泛布局且環(huán)境惡劣的區(qū)域，并且其在測(cè)點(diǎn)較多時(shí)價(jià)格相對(duì)較低。

基于LoRa的節(jié)水灌溉智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以解決灌區(qū)低功耗和遠(yuǎn)距離傳輸兩者不可兼顧的問(wèn)題，有效提高灌區(qū)水資源管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化水平；對(duì)灌區(qū)水價(jià)進(jìn)行改革，實(shí)行階梯水價(jià)，對(duì)建設(shè)節(jié)水型社會(huì)、緩解水資源供需矛盾、促進(jìn)水資源有效利用、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

節(jié)水灌溉智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有信息監(jiān)測(cè)、指令控制、數(shù)據(jù)傳輸、軟件系統(tǒng)平臺(tái)決策4個(gè)方面。

通過(guò)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝精準(zhǔn)計(jì)量設(shè)備及電動(dòng)閥門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，對(duì)田間出水口信息、電動(dòng)閥門(mén)信息和管道流量等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

將監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的信息通過(guò)數(shù)字化的方式上傳至灌區(qū)信息中心，接收上級(jí)指令，信息中心通過(guò)將數(shù)字化信息轉(zhuǎn)化為物理控制指令來(lái)控制目標(biāo)。

智能計(jì)量設(shè)備通過(guò)LoRa采集節(jié)點(diǎn)將用戶用水記錄數(shù)據(jù)傳至LoRa基站網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過(guò)Mesh路由器直接上報(bào)灌區(qū)信息中心管理平臺(tái)。

灌區(qū)信息中心管理平臺(tái)收集管理決策所需要的所有數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件分析處理，產(chǎn)生決策結(jié)果，提高配水調(diào)度的準(zhǔn)確性和可靠性，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。

1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

該系統(tǒng)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)無(wú)線Mesh協(xié)議組網(wǎng)形成多冗余鏈路的自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以靈活組網(wǎng)支持橋接，路由多種結(jié)構(gòu)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以傳送信息，也可以接收信息，還能充當(dāng)路由器對(duì)其附近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息［7］。LoRa采集節(jié)點(diǎn)把流量計(jì)數(shù)據(jù)和電動(dòng)閥狀態(tài)通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)送到基站進(jìn)行處理，是系統(tǒng)的采集終端。節(jié)點(diǎn)還具有本地存儲(chǔ)功能，可以把采集到的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)置的Flash存儲(chǔ)器里，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，可以從本地讀取歷史數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的完整性。LoRa基站是協(xié)議的轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)把節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的無(wú)線射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，發(fā)送到灌區(qū)信息中心的LoRa服務(wù)器進(jìn)行處理，管理員可通過(guò)灌區(qū)平臺(tái)遠(yuǎn)程控制中心查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制目標(biāo)。

1．2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理如圖2所示，即用戶刷卡時(shí)，智能取水控制器讀取用戶卡數(shù)據(jù)，并判斷用戶卡數(shù)據(jù)的合法性和用戶卡中的剩余金額；若滿足開(kāi)閥條件，智能取水控制器控制閥門(mén)啟動(dòng)，并自動(dòng)讀取流量傳感器的數(shù)據(jù)，記錄用戶用水量起始值；隨著用戶的用水，智能控制器自動(dòng)記錄用戶的卡中余額和用水量數(shù)據(jù)，并從卡中扣減用戶用水相應(yīng)金額；當(dāng)用戶再次刷用戶卡或卡中金額扣減為零時(shí)，智能控制器自動(dòng)控制閥門(mén)停止，禁止用戶取水。智能控制器自動(dòng)存儲(chǔ)該用戶該次開(kāi)閥時(shí)間、停閥時(shí)間、使用水量以及金額。其中流量計(jì)的數(shù)據(jù)由LoRa傳感器采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線射頻發(fā)送到LoRa網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)把LoRa射頻通過(guò)Mesh路由器轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)給平臺(tái)。供電系統(tǒng)由充電控制器、蓄電池和太陽(yáng)能板三部分組成，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)充電控制器通過(guò)太陽(yáng)能板檢測(cè)運(yùn)行環(huán)境是否為白天。白天時(shí)太陽(yáng)能板可通過(guò)充電控制器為蓄電池充電，并為系統(tǒng)供電；黑夜時(shí)蓄電池通過(guò)充電控制器為系統(tǒng)供電。

圖2 系統(tǒng)工作原理示意

2 硬件設(shè)計(jì)

2．1 前端采集子系統(tǒng)

采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。采集節(jié)點(diǎn)采用的主控芯片STM32F103是32位超低功耗ARM Cortex-M0+微處理器，支持 434、470、780、868、920 MHz工作頻率。LoRa射頻模塊SX1276是一款高集成度、低功耗和超高靈敏度的無(wú)線射頻模塊，具有傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力和防干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可節(jié)省中繼器成本，滿足灌區(qū)流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

圖3 采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意

前端采集子系統(tǒng)由流量計(jì)、手自一體閥、智能取水控制器和LoRa傳感器節(jié)點(diǎn)組成。

（1）流量計(jì)選擇。流量計(jì)可以自動(dòng)測(cè)量管道內(nèi)的平均流速，并轉(zhuǎn)換成流量，自動(dòng)計(jì)算累計(jì)水量，可同時(shí)顯示瞬時(shí)流量及累計(jì)水量、流速、時(shí)間等數(shù)據(jù)，并且具有自動(dòng)診斷故障以及查詢反饋功能。本次設(shè)計(jì)選擇超聲波流量計(jì)，管段式超聲波流量計(jì)由主機(jī)和管段傳感器組成，以“速度差法”原理測(cè)量充滿密封圓管內(nèi)液體的流量。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)壓損、始動(dòng)流量低、精確度高、重復(fù)性好、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)。

（2）控制閥門(mén)選擇。閥門(mén)選擇手自一體閥，在通電時(shí)可通過(guò)刷卡開(kāi)啟，再次刷卡關(guān)閉；斷電時(shí)通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。

（3）智能取水控制器。其主要作用是完成灌溉用水量計(jì)量；支持IC卡或微功率無(wú)線遙控器識(shí)別灌溉用戶身份，實(shí)現(xiàn)用水量的預(yù)付費(fèi)管理，在用戶金額為零時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉閥門(mén)，達(dá)到以電控水的目的；當(dāng)用戶用水量超過(guò)其定額用水量并在超定額50%以下時(shí)，此部分水量的水價(jià)按基本水價(jià)的1．15倍計(jì)算，當(dāng)超定額50%以上時(shí)，超出50%部分的水價(jià)按基本水價(jià)的1．3倍計(jì)算，由此可以實(shí)現(xiàn)用水量超定額累進(jìn)加價(jià)。

（4）LoRa傳感器節(jié)點(diǎn)。LoRa傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)把流量計(jì)數(shù)據(jù)和閥門(mén)開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理，是基于LoRaWAN協(xié)議的超低功耗、遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、低成本、小體積無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。

2．2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)把采集節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的無(wú)線射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，并發(fā)送到LoRa服務(wù)器進(jìn)行處理，是流量采集終端與服務(wù)器的橋梁。匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖4所示，內(nèi)置嵌入式Linux系統(tǒng)、ARM9雙核處理器，支持1個(gè)10 M／100 M以太網(wǎng)接口 RJ45、1個(gè)Wi-Fi模塊、POE 9-36 V供電，并且支持 IP協(xié)議、以太網(wǎng)、802．11a／g／n／ac、Wi-Fi、Mesh。

圖4 匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)包括Mesh路由器和LoRa網(wǎng)關(guān)。

（1）Mesh路由器。戶外無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)（Mesh）三層路由骨干網(wǎng)絡(luò)，支持Wi-Fi接入、點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、多點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線連接，最大支持16跳路由，最多支持 8 個(gè)射頻，支持頻率 900 M、2．4 G、3 G、5 G、24 G，支持 802．11a／g／n／ac及私有協(xié)議，支持 4×4 或 8×8 MIMO，智能集成天線，自適應(yīng)無(wú)線路由、RF管理、流量管理、負(fù)載均衡，最大帶寬2 Gbps、最遠(yuǎn)距離100 km+。

（2）LoRa網(wǎng)關(guān)。LoRa基站網(wǎng)關(guān)是采集終端與服務(wù)器的橋梁，內(nèi)置LoRaWAN協(xié)議，最大支持5 000個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)路接入，無(wú)線傳輸距離可達(dá)5～10 km，采用470MhzISM免授權(quán)頻段通信。LoRa網(wǎng)關(guān)是基于Semtech SX1301開(kāi)發(fā)的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)，性能穩(wěn)定。

（3）核心路由器三層交換機(jī)。核心路由器負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)接入和無(wú)線Mesh設(shè)備的管理，網(wǎng)絡(luò)流量控制在網(wǎng)絡(luò)的前端使用全千兆架構(gòu)安全網(wǎng)關(guān)作為連接信息中心安全接入設(shè)備，通過(guò)hotspot認(rèn)證，可以對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行安全認(rèn)證，防止未授權(quán)用戶登錄網(wǎng)絡(luò)。支持防火墻、熱點(diǎn)、動(dòng)態(tài)路由、MPLS和VPN。

2．3 安裝示意圖

系統(tǒng)安裝如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)安裝示意

灌區(qū)環(huán)境惡劣，設(shè)備安裝一般都在野外，無(wú)人看管。該系統(tǒng)采用管段式超聲波流量計(jì)，為滿足超聲波流量計(jì)的安裝條件，前方至少有10倍管徑的直管段，后方有5倍管徑的直管段，采用兩個(gè)安全井，并采用球墨鐵帶座井蓋，防止被盜。本設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能供電，彌補(bǔ)了野外供電不便的缺陷。

3 灌溉方案設(shè)計(jì)

3．1 用水定額管理

（1）作物組成及作物種植比例。以山西省某灌區(qū)為試驗(yàn)區(qū)，總灌溉面積947 hm2，作物種植比例分別為小麥60%、果樹(shù)40%、玉米（復(fù)播）45%。

（2）灌溉制度見(jiàn)表1。由表1計(jì)算可知，綜合灌溉定額為 3 210 m3／hm2。項(xiàng)目建成后，中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)取0．85，則毛灌溉定額為 3 776．47 m3／hm2。

3．2 水權(quán)分配方案

該灌區(qū)總灌溉面積為947 hm2，按照毛灌溉定額計(jì)算，灌區(qū)設(shè)計(jì)需水量為357．50萬(wàn)m3。

（1）灌區(qū)水權(quán)總量。該灌區(qū)水權(quán)總量為357．50萬(wàn)m3（保證率75%）。

（2）用水戶水權(quán)總量。該灌區(qū)涉及6個(gè)行政村，包含A村、B村、C村、D村、E村和F村，其水權(quán)總量分別為 55．89 萬(wàn)、79．56 萬(wàn)、94．66 萬(wàn)、79．05 萬(wàn)、15．86萬(wàn)、32．48 萬(wàn) m3。

（3）各行政村水源分配情況見(jiàn)表2。

表1 灌溉制度

表2 各行政村水源分配情況

3．3 水價(jià)的設(shè)定

3．3．1 計(jì)算模型

農(nóng)業(yè)供水價(jià)格E的計(jì)算模型為

式中：E1為供水成本；E2為管理費(fèi)用。

3．3．2 輸水骨干工程計(jì)算參數(shù)確定

成本水價(jià)的計(jì)算依據(jù)是《水利工程供水價(jià)格核算規(guī)范》，包括輸水骨干工程不同供水對(duì)象的共用資產(chǎn)和共同費(fèi)用［8］，可以采用供水保證率法進(jìn)行分?jǐn)?。該灌區(qū)只涉及農(nóng)業(yè)供水，無(wú)需考慮供水分?jǐn)偂?/p>

以2016年為決算年，對(duì)于輸水骨干工程，該灌區(qū)成本水價(jià)計(jì)算參數(shù)確定如下：工程總投資為2 660．39萬(wàn)元，固定資產(chǎn)形成率為93．60%，供水工程輸水骨干工程固定投資為 1 303．90萬(wàn)元，田間灌溉投資為1 035．76萬(wàn)元。 年供水總成本為 108．83萬(wàn)元，農(nóng)業(yè)年供水量為321．75萬(wàn)m3，計(jì)算得到農(nóng)業(yè)供水成本水價(jià)為 0．34 元／m3。

3．3．3 田間灌溉工程計(jì)算參數(shù)確定

對(duì)于田間灌溉工程，計(jì)算參數(shù)確定如下：田間工程水利用系數(shù)為0．97，農(nóng)業(yè)實(shí)際供水量為312．10萬(wàn)m3，田間工程農(nóng)業(yè)供水總成本為196．41萬(wàn)元，計(jì)算得到田間工程農(nóng)業(yè)供水成本水價(jià)為0．63元／m3。

3．3．4 可持續(xù)發(fā)展水價(jià)

本研究按照促進(jìn)水資源可持續(xù)利用的要求，遵循根據(jù)水資源價(jià)值構(gòu)成制定水價(jià)的原則，建立科學(xué)的水價(jià)體系［9］。在該灌區(qū)采取分級(jí)供水的條件下，存在輸水骨干工程和田間灌溉工程兩級(jí)成本水價(jià)，即存在兩級(jí)可持續(xù)發(fā)展水價(jià)，輸水骨干工程農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水價(jià)為0．34元／m3，田間灌溉工程農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水價(jià)為 0．63 元／m3。

3．3．5 最低可執(zhí)行水價(jià)

可執(zhí)行水價(jià)主要針對(duì)農(nóng)業(yè)供水水價(jià)，不包括工業(yè)供水水價(jià)，是在可持續(xù)發(fā)展水價(jià)的基礎(chǔ)上，不考慮折舊費(fèi)，從而得出符合農(nóng)民需求的可推行農(nóng)業(yè)供水價(jià)格。計(jì)算得到輸水骨干工程可執(zhí)行水價(jià)為0．22元／m3，田間灌溉工程可執(zhí)行水價(jià)為0．35元／m3。

3．3．6 終端水價(jià)制定

根據(jù)《山西省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的實(shí)施意見(jiàn)》中逐步推行分檔水價(jià)的規(guī)定，對(duì)農(nóng)業(yè)用水實(shí)行定額管理，逐步實(shí)行超定額累進(jìn)加價(jià)制度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水。農(nóng)業(yè)用水在定額范圍內(nèi)可執(zhí)行農(nóng)業(yè)水價(jià)為終端水價(jià)；超出定額50%及以下的水量部分，在基本水價(jià)的基礎(chǔ)上加15%征收；超定額50%以上的水量部分，在基本水價(jià)的基礎(chǔ)上加30%征收［10］。該灌區(qū)分檔水價(jià)見(jiàn)表3。

表3 灌區(qū)分檔水價(jià) 元／m3

3．3．7 獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制與懲罰機(jī)制

（1）獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。主要通過(guò)對(duì)節(jié)水工程和節(jié)水用戶進(jìn)行獎(jiǎng)補(bǔ)，對(duì)節(jié)水率達(dá)到30%的用水戶，實(shí)施水費(fèi)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)。

（2）懲罰機(jī)制。對(duì)于超定額水量部分，農(nóng)業(yè)用水實(shí)行階梯水價(jià)和累進(jìn)加價(jià)收費(fèi)制度，即超過(guò)定額水量分50%以下、50%以上兩級(jí)階梯，超定額部分水價(jià)分別為相應(yīng)水價(jià)的 1．15 倍、1．3 倍。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)有 B／S系統(tǒng)和 C／S系統(tǒng)兩部分。B／S系統(tǒng)平臺(tái)的主要功能是查詢用水信息和編輯設(shè)備的基礎(chǔ)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、查詢、審核、上報(bào)功能，為水資源總量控制、限額管理、超額收費(fèi)和農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；C／S系統(tǒng)平臺(tái)的主要功能是錄入用戶基礎(chǔ)信息，為用戶開(kāi)卡和充值。監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6，綜合管理平臺(tái)功能見(jiàn)圖7。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

圖7 綜合管理平臺(tái)功能

（1）數(shù)據(jù)采集。包括灌區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的閥門(mén)運(yùn)行狀態(tài)、出水口流量信息等。

（2）遠(yuǎn)程控制。通過(guò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳模塊和控制系統(tǒng)可遠(yuǎn)程控制電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)。

（3）用戶開(kāi)卡、充值?？蓪?duì)用水戶進(jìn)行開(kāi)卡、充值，用戶持已充值IC卡到田間出水口處進(jìn)行刷卡取水。

（4）報(bào)警。當(dāng)灌溉系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，如出水口流量異常、閥門(mén)異常等，進(jìn)行提示并報(bào)警。

（5）數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)可對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和上報(bào)，并打印報(bào)表，包括電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟次數(shù)和時(shí)間、通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)的流量、系統(tǒng)故障次數(shù)和系統(tǒng)使用率等。

5 實(shí)施與應(yīng)用

參照灌溉經(jīng)驗(yàn)和節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范，最末一級(jí)計(jì)量設(shè)施控制灌溉面積應(yīng)滿足在一個(gè)灌水延續(xù)時(shí)間內(nèi)完成全部控制灌溉面積的灌溉過(guò)程，一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)可控制灌溉面積為10～13 hm2。該灌區(qū)總灌溉面積為947 hm2，因此本次試驗(yàn)共布設(shè)82個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)精準(zhǔn)計(jì)量到戶，同時(shí)滿足在一個(gè)灌溉周期內(nèi)完成1次灌溉。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各測(cè)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)LoRa網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心具有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。

試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離傳輸、抗干擾能力強(qiáng)和高靈敏度等特點(diǎn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)水價(jià)改革，可達(dá)到節(jié)水灌溉與灌區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，提高了灌區(qū)工作效率和管理水平，并且使灌區(qū)自動(dòng)化程度提高。

6 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)將LoRa無(wú)線通信技術(shù)與水價(jià)改革相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水灌溉，提高了灌水效率?？紤]到灌區(qū)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)覆蓋不足，通過(guò)LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸，相對(duì)于GPRS來(lái)說(shuō)，LoRa價(jià)格更低，而且解決了灌區(qū)節(jié)水灌溉智能監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)距離、低功耗兩者兼顧的問(wèn)題。監(jiān)控中心對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)等，收集管理決策所需要的所有數(shù)據(jù)，通過(guò)各類軟件分析處理，產(chǎn)生決策結(jié)果。該系統(tǒng)在山西省某灌區(qū)測(cè)試運(yùn)行情況良好，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸、用戶開(kāi)卡充值及用戶灌溉用水記錄的查詢等功能，達(dá)到了灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)改革、實(shí)時(shí)監(jiān)控和節(jié)水灌溉的目的。