1、農田節水灌溉智能化控制方案目錄 TOC o 1-5 h z 目 錄1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1、項目概述2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2、方案概述2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3、GIS系統概述3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.1、海量農業信息的收集、存儲與管理3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 3.2、農業信

2、息方便快捷的查詢與統計3 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3.3、農業信息的可視化與專題圖制作.4 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.4、農業信息的空間分析與建模4 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 3.5、農業信息系統的專業化定制5 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4、控制過程的實現5 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 4.1、過程控制結

3、構示意圖5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 4.2、系統總體結構圖6 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 4.3、節水灌溉實現的過程7 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5、結論71、項日概述現今水資源面臨開采過量、使用緊缺的狀況。我國淡水資源分布不均，季節 性差異大，工業用水和農業用水沖突日益激烈，因此，能夠有效的利用水資源達 到最大化效益是現在迫切需要解決得事情。本項目就是為了解決傳統農業灌溉用水浪費嚴重的問題提出的解決方案。本 方案采用GI

4、S系統進行智能節水灌溉，使供水量達到作物需水量而又不超過限 值，以期達到節水的目的。能有效緩解工業用水與農業用水的沖突。能夠在水資 源有限的情況下保證農作物的灌溉需求或增大灌溉面積，擴大經濟效益！勤得利灌區位于黑龍江省同江市境內，黑龍江中游右岸，三江平原東北部， 隸屬于黑龍江省農墾總局建三江分局，遠期規劃勤得利灌區發展水田灌溉面積 106.1萬畝，區內有勤得利、鴨綠江、濃江三個農場。本次可研灌區發展水田面 積44.87萬畝。項目區北臨黑龍江，南全鴨綠河排十，東以邊界溝為界與同江市 金川鄉毗鄰，西以勤得利山為界。地理坐標：東經133 17 02133 54， 53，北緯 47 42，38 48

5、06，42。灌區水源為黑龍江。南源額爾古納河，發源于我國的大興安嶺西坡，北原石 勒礙河，發源于蒙古國北部的肯特山東麓，俄方境內，兩源于我省漠河縣北部的 洛古河村附近匯合后稱黑龍江，流入韃靼海峽，總流域面積為185.5萬平方公里， 主槽寬度為10002500米。近期工程勤得利灌區內有勤得利和鴨綠河兩個農場，項目區內有13個生產 隊，總人口 3565人，總戶數為1199戶，農業人口 1541人，農業機械1043臺件。 其中：小型拖拉機397臺，大型農機具503臺，大中型拖拉機143臺。2、方案概述首先把灌溉區域劃分為若干塊單獨的區域，以便于管理。設置一條主管道， 把界河水通過水泵站引入。根據單獨的

6、灌溉區域設置相應的支管道，支管道與十 管道交接處設置流量計和電動球閥。每塊區域設置旋轉噴頭若干。每塊灌溉區域 內設置一根水位計，一套墑情檢測裝置、BOD水質監測儀。水泵站設置變頻器控 制系統，減少水泵對電能的消耗。采用GIS（地理信息系統），把海量的數據（農業用地的土壤品質數據、農作 物產量數據、氣象和氣候數據、種植的農作物數據、病蟲害資料數據、農村經濟 數據以及依靠全球定位系統（GPS）、遙感（RS）所獲取的數據等）直觀的在高性 能PC機上顯示出來。系統實現目標是采集器自動采集氣象數據，通過GPRS/GSM 無線傳輸到計算機數據庫，中央監控系統根據采集數據判別是否需要灌溉及灌溉 時間和用水量

7、，將控制指令傳輸到控制器，遙控控制器打開或關閉電動閥門或水 泵；同時GIS系統將電動閥、控制器、傳感器和管線等信息利用圖形化方式直觀 管理起來，操作人員可以在圖形上點相應電磁閥打開或關閉相應區域，體現了灌 溉的精準化。3、GIS系統概述GIS支持下的農田節水灌溉系統，就是通過利用地理信息系統技術，采用地 理空間技術來采集、分析、處理、存儲影響農田作物節水灌溉的各種因子；建立 相應數據庫；結合先進的節水灌溉制度，分析計算灌區作物每一地理單元的、實 時的需水量；確定農田作物的給排水量，并根據灌區水源、氣象條件的變化隨時 調整、修改用水計劃，實現科學用水、節約用水目的。系統建設內容和方法涉及 地理信

8、息系統技術、農田節水灌溉技術、農作物生長原理、農田水利學、計算機 技術等多個學科。3.1、海量農業信息的收集、存儲與管理農業受自然環境和社會環境的共同影響，農業信息復雜多樣，數據量龐大， 諸如農業用地的土壤品質數據、農作物產量數據、氣象和氣候數據、種植的農作 物數據、病蟲害資料數據、農村經濟數據以及依靠全球定位系統（GPS）、遙感 （RS）所獲取的數據等。這些不同類型的數據在GIS中是以地理數據庫的方式 實現高效存儲和管理的，而且基于地理數據庫的數據存儲和管理模式還可以通過 定制屬性規則和驗證閾值范圍的方式從根源上解決數據收集時的錯誤，為后續的 處理和分析減少不必要的誤差和工作量。3.2、農業

9、信息方便快捷的查詢與統計GIS提供了基于空間關系、屬性特征和地址匹配進行信息查詢的查詢方式， 其空間查詢能力更為強大。對于農業信息的查詢，主要是以GIS所建立的農業 信息地理數據庫為基礎，不同級別的用戶可選擇不同的方式進行查詢獲取所需的 農業信息，工作人員、領導部門可以通過GIS查詢功能可獲取局部或全區域蟲 害資料，使得不同的用戶可以掌握各自所關注的病蟲害信息，及時地解決病蟲害 問題。此外，GIS還具備統計功能，可獲取農業數據的分區域、分土壤類型、分 農用地類型和分用戶級別等多方面的統計信息，例如，利用一般統計功能，可以 方便快捷的統計出不同播種作物的播種面積、應用于農作物估產；分土壤類型統

10、計出土壤養分含量用于耕地地力評價等。3.3、農業信息的可視化與專題圖制作GIS是以計算機軟硬件為平臺建立起來用于處理空間數據的信息系統，與一般的 信息系統相比較而言，具有空間信息可視化的功能，能夠將灌溉區域以二維平面 顯示、三維立體顯示以及動態顯示等方式形象直觀地顯現出來。能夠把農業氣候 區劃、耕地地力評價、土地適宜性評價和農業資源分布特征等研究的地形數據， 利用GIS不僅可以制作出用于農業研究的如土地利用現狀圖、植被分布圖、水 分利用圖、地形地貌圖和社會經濟條件統計圖等一系列基礎專題信息圖，還可以 制作出如病蟲災害覆蓋圖、耕地地力等級圖、農作物產量分布圖以及農業氣候區 劃圖等農業專題地圖。3

11、.4、農業信息的空間分析與建模針對灌溉管理，我們主要應用了屬性分析和緩沖區(BUFFER)分析。屬性分析可以分析和查詢地圖中所有屬性信息，比如有效灌溉面積、渠道的 設計長度、設計流量、工程狀況、管理站的人員配置信息等，這些信息是人為輸 入的；另外，可以通過軟件計算輸出一些信息，比如在地圖上任意劃定區域的面 積，到達某管理站的最佳路線等。緩沖區分析用來合理配給水資源，通過對短期氣象信息、作物生長狀況和渠 道輸水能力以及土壤墑情、不同田塊的特點等諸多因素，進行綜合計算，從而得 出最優化的用水計劃。在地圖上，被灌溉田塊自動更改為淺綠色，并顯示需水量。 同時也可以打印電子報表，該報表包括各級渠道的開閘

12、日期、放水延續時間、配 水流量、應配水量，以及灌區平衡水量。系統模型庫包括作物生長模塊、水分平衡動態模塊和兩者的耦合模塊。作物 生長模型采用Penning de Vries的MACROS(L1D)模型，以冠層光合作用為基礎， 以光合產物在各器官中的分配為中心，在器官和組織這一層次上描述作物變化， 包括作物發育、光合、呼吸、碳水化合物的分配與器官的建成和葉面積消長動態 等5個子模塊。土壤水分平衡動態模塊，采用了 MACROS模塊中SAHEL （爽水土 壤模擬算法L2SU）和改進的SAWAH（排水不良土壤模擬算法L2SS）模塊。以農田 水分平衡方程為核心，以土壤水分垂直一維流為基礎，以作物冠層為上

13、邊界，土 底一米深處為下邊界，包括包括水分土表入滲，地表徑流，作物吸水蒸騰，土表 蒸發，土壤水分再分配，毛管水補給和滲漏等過程。兩者的耦合關系子模型是本 研究的主要改進處，包括滯害和旱害對光合速率、光合產物分配比例、光合有效 面積和作物發育進程的改變這幾方面。水分運動模型以0.1 d0.001d可變時 間步長進行模擬，作物生長模型以1d（24h）為時間步長，土壤水分狀態經24h循 環計算后取值與作物發生相互作用，兩模塊互相提供模擬參數，實現動態耦合， 作物與水分的互反饋機制得以體現。3.5、農業信息系統的專業化定制節水灌溉GIS系統為組件式GIS。目前組件式GIS技術是GIS軟件二次開 發的主

14、流，如Intergraph公司的Geomedia,Maplnfo公司的MapX,ESRI公司的 MapObjects和ArcObjects等等。在農田節水灌溉基礎上，可以利用 Visual Basic6.0與SuperMap Objects集成進行GIS的二次開發，實現農業了供需水預 測及平衡分析模型與系統的集成?；贕IS的二次開發功能，許多專業化的GIS 系統如縣域耕地地力評價系統、農用地適宜性評價系統和農業氣象服務系統都已 相繼建立起來，并在農業信息管理、科學研究和地理決策之中發揮著重要作用。4、控制過程的實現4.1、過程控制結構示意圖水利監管中心農三水利模型（作物生長模型、墻情預報模型

15、、灌海排水模型）管網自動化監控系統、氣寇、土壤埔情系統、水質在 線峪;則系統、蟲處理循環系統、視頻監控系統等等衛星圖一、控制系統結構示意圖4.2、系統總體結構圖系 統 運 行 載 體 環 境灌區灌區灌區綜合信息業務監視服務處理信息服務共享中間件配水灌區遠程方案用水監編制管理控GIS服務中間件業務服務中 間件流域灌區基于GIS水資墑情灌區管理源管信息及決策支理管理持系統應 用 服 務 平數據存儲與管理基 礎 設 施數據存儲與管理信息采集系統圖二、系統總體結構圖4.3、節水灌溉實現的過程第一、利用GIS技術建立農田節水灌溉基礎信息數據庫。這些數據庫主要包 括農作物數據庫、水文氣候數據庫、基礎地形數據庫、水利工程設施數據庫等。 其中農作物數據庫主要是指農作物種植結構分布、農作物土壤分布等數據，水文 氣候數據庫包括研究區域蒸發、降雨、地下水實時測量和統計數據；基礎地形數 據庫主要是指行政區劃、地形、水系、等基礎數據。在GIS技術的支持下，這些 空間化信息都集合到統一規范的投影坐標系統，使之地理位置相互配準。第二、信息采集系統把采集的信息轉化到數據庫（包括當時的氣候數據、土 地墑情等）與數據庫里的資料對比，通過二次開發時的軟件設定進行控制水泵和 閥門的開停，進行澆灌（包含澆灌量和澆灌時間）。第三、把采集的數據、澆灌情況（時間、流量等等）存儲到數據庫必備檢