農(nóng)業(yè)種植基地信息化系統(tǒng)的開發(fā)與利用

高　峰，王建華，朱嫻嫻（.嘉興錢塘江海塘維護有限公司，浙江 蕭山 30000，.浙江省錢塘江建設開發(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有限公司，浙江 蕭山 310000，2.浙江省錢塘江建設開發(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，對如何更好的灌溉經(jīng)濟農(nóng)作物進行了思考，通過案例分析，提出許多建設性的措施。事實證明，自動監(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，適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。依據(jù)浙江省2014年水利科技推廣計劃“海寧市智能節(jié)水灌溉的自動控制系統(tǒng)的推廣與實施”、浙財農(nóng)［2014］257號“關(guān)于撥付2014年水利科技推廣省補助資金的通知”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，啟動該項目的推廣與實施工作。

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)水灌溉自動化，不但能夠達到節(jié)水的目的，而且可以實時監(jiān)控整個農(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。因此該項目的實施對提高基地的智能化現(xiàn)代化水平、減少水資源浪費、提高基地安全監(jiān)管水平、增強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，基地總面積達到100畝，如圖1所示?，F(xiàn)在準備對核心基地蔬菜種植區(qū)、八堡飯店周圍、農(nóng)水灌溉試驗區(qū)以西3塊基地實施該項目。其中八堡飯店周圍建設基于移動互聯(lián)終端視頻安全監(jiān)控區(qū)域20畝，建設基地蔬菜種植區(qū)和農(nóng)水灌溉試驗區(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泵房。當?shù)貕K水分濕度值低于要求時自動加水，高于要求時自動停水，本項目采用滴灌灌溉。

圖1　基地平面圖

3　系統(tǒng)總體設計

3.1系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)綜合采用自動控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(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)，建成一個基于局域網(wǎng)的集閥門自動控制［2］、視頻監(jiān)視、水情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)種植基地運行數(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、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、可擴展性原則，為今后工程運行所需的其他各類系統(tǒng)預留接口。

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

具體指標及功能要求為：

（1）遠程和現(xiàn)地控制每塊地的含水率，也可手動操作控制；

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

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

（4）實現(xiàn)手機移動視頻監(jiān)控，能夠手機遠程報警；

（5）實現(xiàn)手機移動智能灌溉控制；

（6）實現(xiàn)權(quán)限管理，級別越高，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)有機地整合在一起，形成一個能夠?qū)崿F(xiàn)各個子系統(tǒng)間進行信息共享、協(xié)同工作的綜合自動化管理平臺。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。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括前端攝像及控制設備、圖像傳輸網(wǎng)絡、圖像傳輸設備、硬盤錄像機等。主要實現(xiàn)對閥門上下游外景、閥門機組等重要設備的遠方監(jiān)視。

閥門監(jiān)控系統(tǒng)按現(xiàn)地手動控制層、現(xiàn)地自動控制層、遠程自動控制層三層結(jié)構(gòu)設計，遠程自動控制層實現(xiàn)閥門集中自動監(jiān)控功能和客戶端瀏覽的WEB服務功能。主要實現(xiàn)對牛黃壩、瓦屋沖、錢坑邊、梅林、鴿子塢5個站點的啟閉機設備進行遠程控制。

系統(tǒng)總體拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2　系統(tǒng)總體拓撲結(jié)構(gòu)圖

3.3調(diào)度中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心是整個系統(tǒng)通訊的樞紐、各種信息的集散地，是業(yè)務系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。在調(diào)度中心配備相關(guān)的網(wǎng)絡通訊設備、管理局辦公局域網(wǎng)、業(yè)務應用設備等。

調(diào)度中心的建設目標是通過網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)與水情監(jiān)測系統(tǒng)、閥門控制系統(tǒng)各站點相連接，成為農(nóng)業(yè)種植基地水情、工情的監(jiān)視、監(jiān)控中心。因一期項目中已有調(diào)度中心，故按新的建設要求改建調(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)絡互聯(lián)；

（2）為各應用軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡運行平臺；

（3）調(diào)度中心對農(nóng)業(yè)種植基地網(wǎng)絡集中管理功能；

（4）網(wǎng)絡安全防范功能。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，信息中心的建設內(nèi)容包括3個部分：調(diào)度中心網(wǎng)絡、調(diào)度中心應用軟件系統(tǒng)、信息設備配置。

（1）調(diào)度中心網(wǎng)絡：調(diào)度中心網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡的一部分，本系統(tǒng)將在調(diào)度中心建成局域網(wǎng)絡，摒棄超短波數(shù)傳電臺，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)度中心應用軟件系統(tǒng)：調(diào)度中心應用軟件系統(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)有機地整合在一起，形成一個能夠?qū)崿F(xiàn)各個子系統(tǒng)間進行信息共享、協(xié)同工作的綜合自動化管理平臺。

（3）整體辦公設備：以信息化的全面普及為方案實施的設計要求，而信息化在農(nóng)業(yè)種植基地普及的基礎(chǔ)設備之一就是日常辦公設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，翻斗式雨量計采集雨量，機械式格雷碼閘位計采集閘位，利用GPRS網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)，太陽能極板供電。

（1）站點工作方式

采用隨機自報和定時自報相結(jié)合的自報工作方式：

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

②定時自報：每隔1 h，不管參數(shù)有無變化，即采集和報送一次數(shù)據(jù)，信息中心的數(shù)據(jù)接收設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，實時性強，能很好地反映降雨和水位等變化的全過程。

設備終端支持與調(diào)度中心管理主機和手機雙向信息交互功能，農(nóng)業(yè)種植基地工作人員可通過手機短信實現(xiàn)對設備終端的參數(shù)設置、工作狀態(tài)查詢等操作。

1）遙測終端的“省電”模式，實現(xiàn)較低的功耗。GPRS終端模塊可以設定上報時間，當需要上報是主動打開采集模塊電源，信息發(fā)送完畢切斷采集模塊電源。

2）系統(tǒng)能響應中心站遠程召測命令，將固態(tài)存儲數(shù)據(jù)上傳到中心站。

3）可實時測量水位、雨量值，定時檢測電源電壓等參數(shù)。

4）可設置站號、設置定時報時間、平安報間隔時間、系統(tǒng)時鐘等。

5）遙測站具有定時自報功能，當長時間（時間間隔可設置）沒有參數(shù)變化時，遙測站將自動啟動報數(shù)一次（參數(shù)可設置）。

6）對水位數(shù)據(jù)進行定時采集，水位數(shù)據(jù)采集周期可以根據(jù)需要進行設置。

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)采集器可將實時采集的雨量數(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)帶時標（年月日時分）。

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

10）可使用遠程或計算機現(xiàn)地下載所存貯的數(shù)據(jù)。

11）斷電時能保存數(shù)據(jù)和設備信息不丟失。

（2）通訊方式

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

（3）供電方式

站點設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，與主控計算機、視頻監(jiān)視主機、水雨情遙測系統(tǒng)等構(gòu)成完整的監(jiān)控網(wǎng)絡。

閥門控制系統(tǒng)采用現(xiàn)地手動控制、現(xiàn)地自動控制、遠程控制3層控制系統(tǒng)，現(xiàn)地手動控制優(yōu)先級最高，現(xiàn)地自動控制優(yōu)先級其次，遠方集中控制優(yōu)先級最低，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)、前端承載與防護設備、前端供電與防雷設備、視頻（數(shù)據(jù)）信號傳輸分系統(tǒng)、控制與錄像分系統(tǒng)、遠程視頻服務等部分。系統(tǒng)的內(nèi)部通訊通過RS485實現(xiàn)。系統(tǒng)共安裝一體化高速球機6套，其采集的視頻信號經(jīng)通信設備傳輸至調(diào)度中心，控制系統(tǒng)以硬盤錄像機為主控設備，其中硬盤錄像機主要完成圖像信息存儲、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)對彩色監(jiān)視器上所見信息的判斷進行相應的鍵盤操作，完成調(diào)用、切換、控制前端圖像等功能，并

有選擇性的對監(jiān)視信號進行錄像。

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)的應用取得了很好的效果，有效的提高農(nóng)業(yè)種植基地自動化管理，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，為實現(xiàn)自動化監(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)點式滲灌自動控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25（8）：59-63.

［3］何 方，李奉義，李 毅.多循環(huán)、可預置、互鎖功能譯碼器設計［J］.零八一科技，2003（4）：18-21.

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。