青海省水利水电科技发展有限公司 青海 西宁 810000
摘要：目前国外为满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求，非常重视空间信息技术、计算机技术、网络技术等高新技术的应用，大多采用自动控制运行方式，特别是对大型系统多采用智能化中央自动监控方式。在大大降低工程造价费用的同时，既满足了用户的需求，又提高了灌溉系统的运行性能与效率。我国目前节水灌溉自动控制系统虽然从简易型到中央计算机型均有产品并得到应用，但与国外产品相比，在技术上还比较落后，主要针对单个小型灌溉系统的自动控制，没有充分利用先进的物联网技术，智能化、信息化程度低，有些方面设计还不太合理，仍需进一步完善。
关键词：高效；节水灌溉；自动监控；信息化；系统设计
引言
随着农业种植结构的调整和农业现代化的发展，高效节水灌溉得到了越来越多的应用，至 2013 年底，我国高效节水灌溉面积约 1 500 多万 hm 2 ，其中管灌 750 多万 hm 2 ，喷灌 350 多万hm 2 ，微灌 400 多万 hm 2 ，且增长速度迅速。目前各泵站管理采用人工/半自动控制方式，设备运行维护需要安排专人负责，运行维护成本较高且管理效率偏低，造成一部分人力、财力资源不合理利用，已不能适应新时期发展的需要。
1.系统结构设计
高效节水灌溉自动监控及信息化系统结合灌溉基础理论和应用技术，实现田间环境、设备运行状态的监测和灌溉系统智能化、信息化控制及管理;系统通过相关硬件设备、软件系统和高效节水灌溉系统，将参数自动监测、水肥一体化、灌溉智能化、物联网、信息化等技术进行组合集成，探索和建立高效节水灌溉信息化监控技术体系，建成一个集信息智能采集、传输、管理、应用与指挥决策于一体的高集成化、高实用性和可扩展的信息化应用系统。系统由监控中心控制和展示系统、视频监控系统、系统管理信息系统、田间智能灌溉控制系统、无线数据传输和高效节水灌溉网站等部分组成。
1.1 监控中心控制和展示系统
监控中心是系统的核心部分，它汇集系统各田间泵站的信息，并进行储存和分析处理，进行决策控制。监视各泵站实时状态，远程查看泵站各运行图表、远程控制泵及辅机设备的启动、停止等。监控中心有固定 IP 地址，由宽带线路与互联网连接，数据保存在数据服务器中，用户或工作站通过互联网访问WEB 及数据服务器，并展现数据。主要设备包括 WEB 及数据服务器、视频服务器、计算机显示器、监控显示器、拼接屏控制机、拼接显示大屏、LED 字幕显示屏、路由器、防火墙、音响和 4G 终端等硬件设备。
1.2 视频监视系统
视频监控系统实时将现场视频显示在监控屏上，同时视频监控系统监视泵站内设备状态，以验证计算机监控指令的执行。在每个泵站控制的地块范围内配置若干台摄像机及硬盘录像机，硬盘录像机用于存储现地视频图像，与现地一体化控制设备相连，通过 4G 无线通信模块将数据信息传输至监控中心服务器，通过服务器与现场拼接大屏相连进行数据、图像展示。
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1.3 田间泵站监控系统
田间泵站监控系统是高效节水灌溉信息化系统最基础部分，通过它实现了系统的各项功能。田间控制器从传感器采集田间土壤墒情、电导率、温湿度等信息，然后将采集的数据通过自建的无线网络传送至泵站控制器，再由泵站控制器通过无线网络传送给监控制中心。系统在接收到相关信息后，结合天气情况和灌溉数据库，制定灌溉决策，并形成灌溉控制指令通过控制系统发送给灌溉控制执行机构，依托节水灌溉恒压供水系统，控制由太阳能系统供电的低功耗电磁阀，实现作物的自动灌溉、施肥等功能。其中土壤墒情的采集和传输以及灌溉控制指令的传输均通过无线网络实现。田间部分主要包括传感器、电磁阀、无线传输设备、太阳能供电系统、田间控制器和恒压变频节水灌溉系统。
2.节水灌溉系统工作原理及组成
2.1节水灌溉系统工作原理。在农业灌溉系统中，中央控制器起着总体操作监控作用。自动气象站主要将温度、空气湿度以及风向等气象数据进行收集。利用土壤湿度传感器对农作物土壤数据通过信号传输到中央控制器上。
2.2 节水灌溉系统的组成。
低功耗节水灌溉布局相对比较简单，整个系统主要是由五部分组成，分别是：灌溉水源、首部枢纽、控制系统、管道系统和灌水器。下面主要介绍了其中的三种：
2.2.1灌溉水源。
在低功耗节水灌溉系统中，可以运用的灌溉水源相对来说种类比较多，降水、地表水、地下水等，对水质要求不高，只要达到基本的要求即可。要想实现节约水资源，需要做好对降水的利用，通过降水直接对作物进行灌溉，但是降水具有不确定性，部分降水被直接蒸腾，有效降水可收集起来作为灌溉能源。
2.2.2 首部枢纽。
首部枢纽在整个节水灌溉系统中起着十分重要的作用，保证系统能够正常运行。在首都枢纽中，两个十分重要的部分是水泵和过滤器。水泵主要作用是，将灌溉水从水源处进行加压，使得灌溉水能够顺利的输送到灌水器中，直接输送到土壤根系。过滤器的作用是能够将灌溉水中的杂物去除，提高灌溉水的质量，是节水灌溉系统中的关键因素。一旦在灌溉水中出现比较多的杂物，不能保证灌溉工程的正常运行，阻碍工程顺利完成。
2.2.3 控制系统。
控制系统的作用是十分重要的，主要分为中央控制系统、时序控制器、控制阀门等。决定整个灌溉系统的正常运作。将中央控制系统安装在计算机上，将信息收集起来，统一对信息进行分析决定灌水量以及灌水时间。时序控制器使用相对比较广泛，根据程序设定来控制阀门，比较适用于面积相对较少的农作物节水灌溉系统。
3.节水灌溉系统的优化设计
3.1 节水灌溉系统规划。
在灌溉系统中，做好节水规划是至关重要的，规划是否合理能够影响到灌溉工程的总体效果。首先灌溉系统的工程规划需要和农田的整体建设相结合，将农田分块进行灌溉，充分地考虑到灌溉条件。其次需要满足农业的可持续发展要求，能够结合长远发展相结合，提高工作的效率。
3.2灌溉系统的布置。
毛管和灌水器布置，这两个工程的布置需要根据具体的农作物的生长阶段和用水量需求进行选择。单行毛管直线布置需要根据作物的生长方向，主要适用于密植果树或者窄行密植作物。双行毛管需要平行布置，在滴灌行距相对比较大时，可以采用双行毛管平行的方式进行布置，使得沿着作物的两侧进行布置两条毛管，每株树两边各安装几个滴头，这种方法是比较常见的运用，能够将两旁的作物都能够浇灌的到，促进作物的生长，提高工作效率。
3.3灌溉系统工作制度与轮灌组确定。
要想真正地达到节水灌溉的要求，需要确定灌溉系统工作制度，这直接影响着系统内部的流量要求和工程费用，需要根据农作物面积以及种类进行选择。主要分为续灌、轮灌。在灌溉面积相对较小的农作物区域，可以选择续灌的方式，这种方式的灌溉延续时间相对较短，但是流量比较大，无形中提高了工程投资。
4.结束语
系统具有较强的扩展性，使用效果良好，实现了自动控制技术和节水灌溉技术有机结合，提高了节水灌溉的自动化水平，对更精确更及时地控制灌溉与施肥，提高农业投入的经济效益具有重要的意义。
参考文献
[1]张成心. 低功耗节水灌溉系统的优化设计与应用[D].昆明理工大学,2014.
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[3]李鹏宇. 设施农业自动灌溉控制器研发[D].西北农林科技大学,2014.
[4]张杰. 基于Zigbee和GPRS的果园智能灌溉控制系统设计[D].西北农林科技大学,2014.
论文作者:盛万福
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/7
标签：系统论文; 节水灌溉论文; 泵站论文; 高效论文; 田间论文; 作物论文; 控制器论文; 《防护工程》2017年第9期论文;