农田节水灌溉智能化解决方案4

1、农田节水灌溉智能化控制方案目录 TOC o 1-5 h z 目 录1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1、项目概述2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2、方案概述2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3、GIS系统概述3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.1、海量农业信息的收集、存储与管理3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 3.2、农业信

2、息方便快捷的查询与统计3 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3.3、农业信息的可视化与专题图制作.4 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.4、农业信息的空间分析与建模4 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 3.5、农业信息系统的专业化定制5 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4、控制过程的实现5 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 4.1、过程控制结

3、构示意图5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 4.2、系统总体结构图6 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 4.3、节水灌溉实现的过程7 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5、结论71、项日概述现今水资源面临开采过量、使用紧缺的状况。我国淡水资源分布不均，季节 性差异大，工业用水和农业用水冲突日益激烈，因此，能够有效的利用水资源达 到最大化效益是现在迫切需要解决得事情。本项目就是为了解决传统农业灌溉用水浪费严重的问题提出的解决方案。本 方案采用GI

4、S系统进行智能节水灌溉，使供水量达到作物需水量而又不超过限 值，以期达到节水的目的。能有效缓解工业用水与农业用水的冲突。能够在水资 源有限的情况下保证农作物的灌溉需求或增大灌溉面积，扩大经济效益！勤得利灌区位于黑龙江省同江市境内，黑龙江中游右岸，三江平原东北部， 隶属于黑龙江省农垦总局建三江分局，远期规划勤得利灌区发展水田灌溉面积 106.1万亩，区内有勤得利、鸭绿江、浓江三个农场。本次可研灌区发展水田面 积44.87万亩。项目区北临黑龙江，南全鸭绿河排十，东以边界沟为界与同江市 金川乡毗邻，西以勤得利山为界。地理坐标：东经133 17 02133 54， 53，北纬 47 42，38 48

5、06，42。灌区水源为黑龙江。南源额尔古纳河，发源于我国的大兴安岭西坡，北原石 勒碍河，发源于蒙古国北部的肯特山东麓，俄方境内，两源于我省漠河县北部的 洛古河村附近汇合后称黑龙江，流入鞑靼海峡，总流域面积为185.5万平方公里， 主槽宽度为10002500米。近期工程勤得利灌区内有勤得利和鸭绿河两个农场，项目区内有13个生产 队，总人口 3565人，总户数为1199户，农业人口 1541人，农业机械1043台件。 其中：小型拖拉机397台，大型农机具503台，大中型拖拉机143台。2、方案概述首先把灌溉区域划分为若干块单独的区域，以便于管理。设置一条主管道， 把界河水通过水泵站引入。根据单独的

6、灌溉区域设置相应的支管道，支管道与十 管道交接处设置流量计和电动球阀。每块区域设置旋转喷头若干。每块灌溉区域 内设置一根水位计，一套墒情检测装置、BOD水质监测仪。水泵站设置变频器控 制系统，减少水泵对电能的消耗。采用GIS（地理信息系统），把海量的数据（农业用地的土壤品质数据、农作 物产量数据、气象和气候数据、种植的农作物数据、病虫害资料数据、农村经济 数据以及依靠全球定位系统（GPS）、遥感（RS）所获取的数据等）直观的在高性 能PC机上显示出来。系统实现目标是采集器自动采集气象数据，通过GPRS/GSM 无线传输到计算机数据库，中央监控系统根据采集数据判别是否需要灌溉及灌溉 时间和用水量

7、，将控制指令传输到控制器，遥控控制器打开或关闭电动阀门或水 泵；同时GIS系统将电动阀、控制器、传感器和管线等信息利用图形化方式直观 管理起来，操作人员可以在图形上点相应电磁阀打开或关闭相应区域，体现了灌 溉的精准化。3、GIS系统概述GIS支持下的农田节水灌溉系统，就是通过利用地理信息系统技术，采用地 理空间技术来采集、分析、处理、存储影响农田作物节水灌溉的各种因子；建立 相应数据库；结合先进的节水灌溉制度，分析计算灌区作物每一地理单元的、实 时的需水量；确定农田作物的给排水量，并根据灌区水源、气象条件的变化随时 调整、修改用水计划，实现科学用水、节约用水目的。系统建设内容和方法涉及 地理信

8、息系统技术、农田节水灌溉技术、农作物生长原理、农田水利学、计算机 技术等多个学科。3.1、海量农业信息的收集、存储与管理农业受自然环境和社会环境的共同影响，农业信息复杂多样，数据量庞大， 诸如农业用地的土壤品质数据、农作物产量数据、气象和气候数据、种植的农作 物数据、病虫害资料数据、农村经济数据以及依靠全球定位系统（GPS）、遥感 （RS）所获取的数据等。这些不同类型的数据在GIS中是以地理数据库的方式 实现高效存储和管理的，而且基于地理数据库的数据存储和管理模式还可以通过 定制属性规则和验证阈值范围的方式从根源上解决数据收集时的错误，为后续的 处理和分析减少不必要的误差和工作量。3.2、农业

9、信息方便快捷的查询与统计GIS提供了基于空间关系、属性特征和地址匹配进行信息查询的查询方式， 其空间查询能力更为强大。对于农业信息的查询，主要是以GIS所建立的农业 信息地理数据库为基础，不同级别的用户可选择不同的方式进行查询获取所需的 农业信息，工作人员、领导部门可以通过GIS查询功能可获取局部或全区域虫 害资料，使得不同的用户可以掌握各自所关注的病虫害信息，及时地解决病虫害 问题。此外，GIS还具备统计功能，可获取农业数据的分区域、分土壤类型、分 农用地类型和分用户级别等多方面的统计信息，例如，利用一般统计功能，可以 方便快捷的统计出不同播种作物的播种面积、应用于农作物估产；分土壤类型统

10、计出土壤养分含量用于耕地地力评价等。3.3、农业信息的可视化与专题图制作GIS是以计算机软硬件为平台建立起来用于处理空间数据的信息系统，与一般的 信息系统相比较而言，具有空间信息可视化的功能，能够将灌溉区域以二维平面 显示、三维立体显示以及动态显示等方式形象直观地显现出来。能够把农业气候 区划、耕地地力评价、土地适宜性评价和农业资源分布特征等研究的地形数据， 利用GIS不仅可以制作出用于农业研究的如土地利用现状图、植被分布图、水 分利用图、地形地貌图和社会经济条件统计图等一系列基础专题信息图，还可以 制作出如病虫灾害覆盖图、耕地地力等级图、农作物产量分布图以及农业气候区 划图等农业专题地图。3

11、.4、农业信息的空间分析与建模针对灌溉管理，我们主要应用了属性分析和缓冲区(BUFFER)分析。属性分析可以分析和查询地图中所有属性信息，比如有效灌溉面积、渠道的 设计长度、设计流量、工程状况、管理站的人员配置信息等，这些信息是人为输 入的；另外，可以通过软件计算输出一些信息，比如在地图上任意划定区域的面 积，到达某管理站的最佳路线等。缓冲区分析用来合理配给水资源，通过对短期气象信息、作物生长状况和渠 道输水能力以及土壤墒情、不同田块的特点等诸多因素，进行综合计算，从而得 出最优化的用水计划。在地图上，被灌溉田块自动更改为浅绿色，并显示需水量。 同时也可以打印电子报表，该报表包括各级渠道的开闸

12、日期、放水延续时间、配 水流量、应配水量，以及灌区平衡水量。系统模型库包括作物生长模块、水分平衡动态模块和两者的耦合模块。作物 生长模型采用Penning de Vries的MACROS(L1D)模型，以冠层光合作用为基础， 以光合产物在各器官中的分配为中心，在器官和组织这一层次上描述作物变化， 包括作物发育、光合、呼吸、碳水化合物的分配与器官的建成和叶面积消长动态 等5个子模块。土壤水分平衡动态模块，采用了 MACROS模块中SAHEL （爽水土 壤模拟算法L2SU）和改进的SAWAH（排水不良土壤模拟算法L2SS）模块。以农田 水分平衡方程为核心，以土壤水分垂直一维流为基础，以作物冠层为上

13、边界，土 底一米深处为下边界，包括包括水分土表入渗，地表径流，作物吸水蒸腾，土表 蒸发，土壤水分再分配，毛管水补给和渗漏等过程。两者的耦合关系子模型是本 研究的主要改进处，包括滞害和旱害对光合速率、光合产物分配比例、光合有效 面积和作物发育进程的改变这几方面。水分运动模型以0.1 d0.001d可变时 间步长进行模拟，作物生长模型以1d（24h）为时间步长，土壤水分状态经24h循 环计算后取值与作物发生相互作用，两模块互相提供模拟参数，实现动态耦合， 作物与水分的互反馈机制得以体现。3.5、农业信息系统的专业化定制节水灌溉GIS系统为组件式GIS。目前组件式GIS技术是GIS软件二次开 发的主

14、流，如Intergraph公司的Geomedia,Maplnfo公司的MapX,ESRI公司的 MapObjects和ArcObjects等等。在农田节水灌溉基础上，可以利用 Visual Basic6.0与SuperMap Objects集成进行GIS的二次开发，实现农业了供需水预 测及平衡分析模型与系统的集成。基于GIS的二次开发功能，许多专业化的GIS 系统如县域耕地地力评价系统、农用地适宜性评价系统和农业气象服务系统都已 相继建立起来，并在农业信息管理、科学研究和地理决策之中发挥着重要作用。4、控制过程的实现4.1、过程控制结构示意图水利监管中心农三水利模型（作物生长模型、墙情预报模型

15、、灌海排水模型）管网自动化监控系统、气寇、土壤埔情系统、水质在 线峪;则系统、虫处理循环系统、视频监控系统等等卫星图一、控制系统结构示意图4.2、系统总体结构图系 统 运 行 载 体 环 境灌区灌区灌区综合信息业务监视服务处理信息服务共享中间件配水灌区远程方案用水监编制管理控GIS服务中间件业务服务中 间件流域灌区基于GIS水资墒情灌区管理源管信息及决策支理管理持系统应 用 服 务 平数据存储与管理基 础 设 施数据存储与管理信息采集系统图二、系统总体结构图4.3、节水灌溉实现的过程第一、利用GIS技术建立农田节水灌溉基础信息数据库。这些数据库主要包 括农作物数据库、水文气候数据库、基础地形数据库、水利工程设施数据库等。 其中农作物数据库主要是指农作物种植结构分布、农作物土壤分布等数据，水文 气候数据库包括研究区域蒸发、降雨、地下水实时测量和统计数据；基础地形数 据库主要是指行政区划、地形、水系、等基础数据。在GIS技术的支持下，这些 空间化信息都集合到统一规范的投影坐标系统，使之地理位置相互配准。第二、信息采集系统把采集的信息转化到数据库（包括当时的气候数据、土 地墒情等）与数据库里的资料对比，通过二次开发时的软件设定进行控制水泵和 阀门的开停，进行浇灌（包含浇灌量和浇灌时间）。第三、把采集的数据、浇灌情况（时间、流量等等）存储到数据库必备检