[01213053]节水型农业水资源综合信息化系统的开发

1.课题来源与背景 针对北方,特别是西北地区干旱少雨、年蒸发量大,农作物种植面积大、灌溉时间集中,灌区水渠系统（干渠、支渠、斗渠等）庞大、测控站点分散遥远的现状,本课题的目标就是要研制出一套节水型农业水资源综合信息化系统,应用在农田水利建设中。一方面可以改变传统水资源调度中人工控制的落后模式,彻底解决现场操作笨拙、信息传输缓慢、响应迟钝、费时耗力、投入大成效低的问题。另一方面,可以改变部分灌区现有PLC水资源调度系统的控制方式,解决其成本高、供电要求严格,难以适应西北恶劣自然环境的瓶颈问题。课题设计水资源综合信息化系统,形成对灌区全方位的信息监测与灌溉输出控制,不但可以解决水渠系统量大面广、通信距离长难以维护的困难,而且可以根据冬夏灌溉天气温差变化,形成动态配水方案,有效提高水资源利用率,节省成本和费用,促进灌区的增产增收。 2. 技术原理及性能指标 节水型农业水资源综合信息化系统在灌区水管所建立水量调度监控管理中心作为上位机,在灌区的总干渠布设自动监测站,使用节水型农业生态信息采集器作为下位机,配置自动量水测、控、报设备和闸门监测、监控、启闭设备,并利用水工建筑物或量水设施,完成各个水量计量点参量的自动采集和数据存储,实现重点闸门泵站的远程监测和自动远方集中控制。 系统上下位机之间利用中国移动GSM无线公网,采用GPRS通信方式进行通信,实现水量信息的远程自动采集。 作为上位机的水管所调度监控管理中心,主要建设集中监控、监视和信息管理网络平台,建立闸门监控平台、水量计量平台、灌区计算机信息管理应用服务平台,使灌区的调配水信息能够快速、连续、实时地获取,通过对接受的数据和图像进行有效的处理,可定量地制定灌区调配水方案计划,为灌区水量水费计算自动化、水利工程设施连续稳定运行、制定合理的运行及配水调度方案提供基础决策数据。 作为下位机的节水型农业生态信息采集器由各种水文、气象数据传感器模块（如雨量传感器、水位计、闸门启度度仪等）、无线通信模块、主控制器和电源模块（如太阳能供电设备等）主控制器模块构成。主要对监测信息中心计算机和水文、气象传感器的双向数据传输,是传感器与监测中心计算机连接的枢纽。主要完成水文、气象数据采集、处理、存储、通信,以及本地的设置、显示和报警等功能。同时,由于水文信息监测系统分布在野外,供电比较困难,本系统采用太阳能和蓄电池的供电方式,蓄电池容量大、自放电率低,并采用太阳能板对其进行涓流充电,控制器和水文、气象传感器均采用低功耗设计,以降低功耗。 3.技术的创造性与先进性 项目实现了灌区管理区域内所建水情采集、闸门远控系统的功能集成、网络集成和界面集成,建立了一套国内领先的水利灌溉信息化系统;项目采用了多种数据传输技术组网,满足系统数据传输实时、高速与高可靠性要求,并且满足水量与其它信息收集传输的需要;项目采用了分层冗错与分布式控制技术,控制单元具有相对独立性,提高系统可靠性与容错性、可扩展性;项目利用太阳能,实现了系统在电力供应不到位的情况下的节能供电模式;针对闸门控制中的非线性、大迟滞问题,设计了模糊PID控制器,提高系统控制精度;项目依据SOA面向服务的体系架构,设计了开发上位管理软件,实现闸门、测点的本地与远程自动运行控制与状态监视;针对恶劣自然环境条件,研究了宽温工作范围、低功耗、高可靠性工艺技术。 4.技术的成熟程度 通过研究,项目开发了一套节水型农业水资源管理信息化系统;获得了两项软件产品登记;申报了一项国家发明专利,已进入实质审查;形成了一个典型示范区;发表了一篇学术论文。 5.应用情况及存在的问题 项目自建设以来,先后在张掖疏勒河灌区、金塔灌区、鸳鸯灌区建立了20个节水型农业水资源综合信息化系统,系统显著提高了当地农田灌溉的管理水平,最大限度地减少用水纠纷和收费争端等问题,并取得良好的社会效益。产品销售额约815万元,实现利税共计240万元。 张掖市水务局对研制成果十分满意,提出进一步的合作意向,计划本产品先在张掖市水务局进行区域推广试用,在取得良好试用效果后,以点带面,在全国范围内进行推广。为了提高市场竞争力,产品仍需投入更多的资金和技术力量,用以技术升级和产品推广。 6.成果简介 节水型农业水资源综合信息化系统在灌区水管所建立水量调度监控管理中心作为上位机,在灌区的总干渠布设自动监测站,使用节水型农业生态信息采集器作为下位机,配置自动量水测、控、报设备和闸门监测、监控、启闭设备,并利用水工建筑物或量水设施,完成各个水量计量点参量的自动采集和数据存储,实现重点闸门泵站的远程监测和自动远方集中控制。