1、農(nóng)田節(jié)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(tǒng)概述3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 3.1、海量農(nóng)業(yè)信息的收集、存儲與管理3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 3.2、農(nóng)業(yè)信

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

3、構(gòu)示意圖5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 4.2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖6 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 4.3、節(jié)水灌溉實現(xiàn)的過程7 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5、結(jié)論71、項日概述現(xiàn)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(jié) 性差異大，工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)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(xiàn)在迫切需要解決得事情。本項目就是為了解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)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(tǒng)進行智能節(jié)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(jié)水的目的。能有效緩解工業(yè)用水與農(nóng)業(yè)用水的沖突。能夠在水資 源有限的情況下保證農(nóng)作物的灌溉需求或增大灌溉面積，擴大經(jīng)濟效益！勤得利灌區(qū)位于黑龍江省同江市境內(nèi)，黑龍江中游右岸，三江平原東北部， 隸屬于黑龍江省農(nóng)墾總局建三江分局，遠期規(guī)劃勤得利灌區(qū)發(fā)展水田灌溉面積 106.1萬畝，區(qū)內(nèi)有勤得利、鴨綠江、濃江三個農(nóng)場。本次可研灌區(qū)發(fā)展水田面 積44.87萬畝。項目區(qū)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(xiāng)毗鄰，西以勤得利山為界。地理坐標：東經(jīng)133 17 02133 54， 53，北緯 47 42，38 48

5、06，42。灌區(qū)水源為黑龍江。南源額爾古納河，發(fā)源于我國的大興安嶺西坡，北原石 勒礙河，發(fā)源于蒙古國北部的肯特山東麓，俄方境內(nèi)，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(qū)內(nèi)有勤得利和鴨綠河兩個農(nóng)場，項目區(qū)內(nèi)有13個生產(chǎn) 隊，總?cè)丝?3565人，總戶數(shù)為1199戶，農(nóng)業(yè)人口 1541人，農(nóng)業(yè)機械1043臺件。 其中：小型拖拉機397臺，大型農(nóng)機具503臺，大中型拖拉機143臺。2、方案概述首先把灌溉區(qū)域劃分為若干塊單獨的區(qū)域，以便于管理。設(shè)置一條主管道， 把界河水通過水泵站引入。根據(jù)單獨的

6、灌溉區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的支管道，支管道與十 管道交接處設(shè)置流量計和電動球閥。每塊區(qū)域設(shè)置旋轉(zhuǎn)噴頭若干。每塊灌溉區(qū)域 內(nèi)設(shè)置一根水位計，一套墑情檢測裝置、BOD水質(zhì)監(jiān)測儀。水泵站設(shè)置變頻器控 制系統(tǒng)，減少水泵對電能的消耗。采用GIS（地理信息系統(tǒng)），把海量的數(shù)據(jù)（農(nóng)業(yè)用地的土壤品質(zhì)數(shù)據(jù)、農(nóng)作 物產(chǎn)量數(shù)據(jù)、氣象和氣候數(shù)據(jù)、種植的農(nóng)作物數(shù)據(jù)、病蟲害資料數(shù)據(jù)、農(nóng)村經(jīng)濟 數(shù)據(jù)以及依靠全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）所獲取的數(shù)據(jù)等）直觀的在高性 能PC機上顯示出來。系統(tǒng)實現(xiàn)目標是采集器自動采集氣象數(shù)據(jù)，通過GPRS/GSM 無線傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)庫，中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)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?shù)娇刂破?，遙控控制器打開或關(guān)閉電動閥門或水 泵；同時GIS系統(tǒng)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(yīng)電磁閥打開或關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域，體現(xiàn)了灌 溉的精準化。3、GIS系統(tǒng)概述GIS支持下的農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)，就是通過利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采用地 理空間技術(shù)來采集、分析、處理、存儲影響農(nóng)田作物節(jié)水灌溉的各種因子；建立 相應(yīng)數(shù)據(jù)庫；結(jié)合先進的節(jié)水灌溉制度，分析計算灌區(qū)作物每一地理單元的、實 時的需水量；確定農(nóng)田作物的給排水量，并根據(jù)灌區(qū)水源、氣象條件的變化隨時 調(diào)整、修改用水計劃，實現(xiàn)科學(xué)用水、節(jié)約用水目的。系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容和方法涉及 地理信

8、息系統(tǒng)技術(shù)、農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)、農(nóng)作物生長原理、農(nóng)田水利學(xué)、計算機 技術(shù)等多個學(xué)科。3.1、海量農(nóng)業(yè)信息的收集、存儲與管理農(nóng)業(yè)受自然環(huán)境和社會環(huán)境的共同影響，農(nóng)業(yè)信息復(fù)雜多樣，數(shù)據(jù)量龐大， 諸如農(nóng)業(yè)用地的土壤品質(zhì)數(shù)據(jù)、農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)、氣象和氣候數(shù)據(jù)、種植的農(nóng)作 物數(shù)據(jù)、病蟲害資料數(shù)據(jù)、農(nóng)村經(jīng)濟數(shù)據(jù)以及依靠全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感 （RS）所獲取的數(shù)據(jù)等。這些不同類型的數(shù)據(jù)在GIS中是以地理數(shù)據(jù)庫的方式 實現(xiàn)高效存儲和管理的，而且基于地理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲和管理模式還可以通過 定制屬性規(guī)則和驗證閾值范圍的方式從根源上解決數(shù)據(jù)收集時的錯誤，為后續(xù)的 處理和分析減少不必要的誤差和工作量。3.2、農(nóng)業(yè)

9、信息方便快捷的查詢與統(tǒng)計GIS提供了基于空間關(guān)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(nóng)業(yè)信息的查詢，主要是以GIS所建立的農(nóng)業(yè) 信息地理數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，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(nóng)業(yè)信息，工作人員、領(lǐng)導(dǎo)部門可以通過GIS查詢功能可獲取局部或全區(qū)域蟲 害資料，使得不同的用戶可以掌握各自所關(guān)注的病蟲害信息，及時地解決病蟲害 問題。此外，GIS還具備統(tǒng)計功能，可獲取農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的分區(qū)域、分土壤類型、分 農(nóng)用地類型和分用戶級別等多方面的統(tǒng)計信息，例如，利用一般統(tǒng)計功能，可以 方便快捷的統(tǒng)計出不同播種作物的播種面積、應(yīng)用于農(nóng)作物估產(chǎn)；分土壤類型統(tǒng)

10、計出土壤養(yǎng)分含量用于耕地地力評價等。3.3、農(nóng)業(yè)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(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，與一般的 信息系統(tǒng)相比較而言，具有空間信息可視化的功能，能夠?qū)⒐喔葏^(qū)域以二維平面 顯示、三維立體顯示以及動態(tài)顯示等方式形象直觀地顯現(xiàn)出來。能夠把農(nóng)業(yè)氣候 區(qū)劃、耕地地力評價、土地適宜性評價和農(nóng)業(yè)資源分布特征等研究的地形數(shù)據(jù)， 利用GIS不僅可以制作出用于農(nóng)業(yè)研究的如土地利用現(xiàn)狀圖、植被分布圖、水 分利用圖、地形地貌圖和社會經(jīng)濟條件統(tǒng)計圖等一系列基礎(chǔ)專題信息圖，還可以 制作出如病蟲災(zāi)害覆蓋圖、耕地地力等級圖、農(nóng)作物產(chǎn)量分布圖以及農(nóng)業(yè)氣候區(qū) 劃圖等農(nóng)業(yè)專題地圖。3

11、.4、農(nóng)業(yè)信息的空間分析與建模針對灌溉管理，我們主要應(yīng)用了屬性分析和緩沖區(qū)(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(shè)計長度、設(shè)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(qū)域的面 積，到達某管理站的最佳路線等。緩沖區(qū)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(yōu)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(xù)時間、配 水流量、應(yīng)配水量，以及灌區(qū)平衡水量。系統(tǒng)模型庫包括作物生長模塊、水分平衡動態(tài)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(chǔ)， 以光合產(chǎn)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(fā)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(tài) 等5個子模塊。土壤水分平衡動態(tài)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(nóng)田 水分平衡方程為核心，以土壤水分垂直一維流為基礎(chǔ)，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(fā)，土壤水分再分配，毛管水補給和滲漏等過程。兩者的耦合關(guān)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(chǎn)物分配比例、光合有效 面積和作物發(fā)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(tài)經(jīng)24h循 環(huán)計算后取值與作物發(fā)生相互作用，兩模塊互相提供模擬參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)耦合， 作物與水分的互反饋機制得以體現(xiàn)。3.5、農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)的專業(yè)化定制節(jié)水灌溉GIS系統(tǒng)為組件式GIS。目前組件式GIS技術(shù)是GIS軟件二次開 發(fā)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(nóng)田節(jié)水灌溉基礎(chǔ)上，可以利用 Visual Basic6.0與SuperMap Objects集成進行GIS的二次開發(fā)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)了供需水預(yù) 測及平衡分析模型與系統(tǒng)的集成?；贕IS的二次開發(fā)功能，許多專業(yè)化的GIS 系統(tǒng)如縣域耕地地力評價系統(tǒng)、農(nóng)用地適宜性評價系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)系統(tǒng)都已 相繼建立起來，并在農(nóng)業(yè)信息管理、科學(xué)研究和地理決策之中發(fā)揮著重要作用。4、控制過程的實現(xiàn)4.1、過程控制結(jié)構(gòu)示意圖水利監(jiān)管中心農(nóng)三水利模型（作物生長模型、墻情預(yù)報模型

15、、灌海排水模型）管網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)、氣寇、土壤埔情系統(tǒng)、水質(zhì)在 線峪;則系統(tǒng)、蟲處理循環(huán)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等等衛(wèi)星圖一、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系 統(tǒng) 運 行 載 體 環(huán) 境灌區(qū)灌區(qū)灌區(qū)綜合信息業(yè)務(wù)監(jiān)視服務(wù)處理信息服務(wù)共享中間件配水灌區(qū)遠程方案用水監(jiān)編制管理控GIS服務(wù)中間件業(yè)務(wù)服務(wù)中 間件流域灌區(qū)基于GIS水資墑情灌區(qū)管理源管信息及決策支理管理持系統(tǒng)應(yīng) 用 服 務(wù) 平數(shù)據(jù)存儲與管理基 礎(chǔ) 設(shè) 施數(shù)據(jù)存儲與管理信息采集系統(tǒng)圖二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖4.3、節(jié)水灌溉實現(xiàn)的過程第一、利用GIS技術(shù)建立農(nóng)田節(jié)水灌溉基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)庫主要包 括農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫、水文氣候數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫、水利工程設(shè)施數(shù)據(jù)庫等。 其中農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫主要是指農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)分布、農(nóng)作物土壤分布等數(shù)據(jù)，水文 氣候數(shù)據(jù)庫包括研究區(qū)域蒸發(fā)、降雨、地下水實時測量和統(tǒng)計數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)地形數(shù) 據(jù)庫主要是指行政區(qū)劃、地形、水系、等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在GIS技術(shù)的支持下，這些 空間化信息都集合到統(tǒng)一規(guī)范的投影坐標系統(tǒng)，使之地理位置相互配準。第二、信息采集系統(tǒng)把采集的信息轉(zhuǎn)化到數(shù)據(jù)庫（包括當(dāng)時的氣候數(shù)據(jù)、土 地墑情等）與數(shù)據(jù)庫里的資料對比，通過二次開發(fā)時的軟件設(shè)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(shù)據(jù)、澆灌情況（時間、流量等等）存儲到數(shù)據(jù)庫必備檢