节水灌溉典型应用案例解析

《节水灌溉典型应用案例解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《节水灌溉典型应用案例解析（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 节水灌溉节水灌溉典型应用案例分析典型应用案例分析 1 温室节水灌溉控制系统 1.1 基本情况与需求分析 温室节水灌溉控制系统选择“大兴区农业科技成果展示基地综合监控系统” 为例进行介绍。 该基地坐落在大兴区长子营镇永和庄村，建设宗旨在于全面展现 大兴种植业当前最前沿的优新品种、 新技术以及科技推广手段。 园区始建于 2008 年，总占地面积约 100 亩。拥有日光温室 10 栋，春秋棚 8 栋，联栋温室 2100 平米。基地由大兴区农业科学研究所负责管理，以中国农科院、北京市农业技术 推广站、北京市农林科学院等科研院所为技术依托，集中展示了西甜瓜、蔬菜、 甘薯、花生、食用菊花等农作物新品种

2、以及香蕉、木瓜、火龙果等南方作物。 多 种南方作物的目的旨在摸索南果北种生产技术， 开展创新型都市观光农业园区方 面的研究，以推动大兴区都市观光农业的发展。 针对基地内设施综合环境调控能力差、智能化程度低、管理技术水平落后的 现状以及基地高新技术展示自身定位的需求， 大兴区农业科学研究所提出将现代 生物工程技术、农业工程技术、环境工程技术、信息技术和自动化技术引入设施 农业生产中， 根据动植物生长所需最适宜生态条件在现代化设施条件下进行环境 自动控制， 使得其生长不受气候条件的影响， 实现生产自动化、 标准化和智能化， 保证农产品周年生产和均衡上市，达到农产品生产高速度、高产出和高效益的一 种

3、农业生产方式。 1.2 系统设计 “大兴区农业科技成果展示基地综合监控系统”是一套集对象感测、数据采 集、信息传输、分析决策、智能控制等多层次结构的现代化综合监控系统。系统 在采集基地内的气象信息、温室内的环境信息、土壤含水量信息的基础上，综合 分析作物生长的环境和水肥需求，通过大屏幕显示、声光报警方法，指导技术人 员进行环境和水肥调控，为作物生长提供一个良好的气候小环境。 2 整个系统采用分层分布式结构， 主要由 1 个气象信息采集点、 12 个语音型温 室环境信息采集点、 10 个日光温室测控点、1 套联栋温室测控分中心及综合控制 中心组成。另外，系统配套了高清视频监控设备，实现了基地内

4、10 个日光温室、 联栋温室以及 4 个园区关键点视频信息的 24 小时不间断监控，监控系统的应用 有助于科研工作者及时跟踪作物生长情况，对作物生长的关键环节进行追踪， 并 及时发现作物的不良反应。 系统整体工作流程如下：各采集点与测控点采集各类 传感器数据，通过 485 总线和网络传输技术将上述数据上传到综合控制中心； 综 合控制中心接收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，并将指令发送 到各采集点与测控点；接收到指令后，语音型环境信息采集点通过语音方式， 提 醒日光温室用户人工进行通风、遮阴、覆盖保温被等工作。日光温室测控点通过 控制指定电磁阀， 打开微喷或滴灌设备补充湿度和水分。联

5、栋温室测控分中心通 过操作配电控制柜中交流接触器吸合，自动进行通风、遮阴或者灌溉。系统同时 具备远程数据发布功能，用户只需录入指定网址，通过密码登录，即可了解现场 实时数据， 并掌握整个系统的运行情况。图 1 为大兴区农业科技成果展示基地综 合监控系统整体结构框图。 图 1 系统整体结构框图 3 1.3 系统实现与效果分析 1.3.1 气象信息采集点 气象信息采集点由采集模块、各种气象信息传感器及安装支架组成，利用 485 总线经光端机与综合控制中心连接。气象传感器监测空气温度、空气湿度、 风速、风向、辐射、降雨量 6 个信息。实际项目建设中，将气象采集点安装于联 栋温室顶部。图 2 为气象信

6、息采集点实物图。 图 2 气象信息采集点实物图 1.3.2 语音型温室环境信息采集点 语音型温室环境信息采集点由温室娃娃主机、 各种环境信息传感器及防护外 壳组成， 利用 485 总线经光端机与综合控制中心连接。环境信息传感器监测空气 温度、湿度、露点、光照强度和土壤温度 5 个环境参数。防护外壳安装小型排风 风扇， 该方法可防止连续高温高湿环境对电子设备的侵蚀。图 3 为语音型温室环 境信息采集点实物图。 采集的数据通过光纤传输到监控中心，也可以在采集终端 上进行上下限报警参数设置， 超过设定范围， 采集终端会通过语音方式进行报警， 提示用户进行相应操作。 4 图 3 语音型温室环境信息采集

7、点实物图 1.3.3 日光温室灌溉控制测控点 日光温室测控点由测控模块、土壤水分传感器、电磁阀及安装附件组成， 利 用 485 总线经光端机与综合控制中心连接。实际项目建设中，每个温室内有两个 电磁阀， 分别控制微喷和滴灌两路设备。系统可以根据土壤水分上下限或者时间 进行灌溉。 图 4 日光温室测控点实物图 5 1.3.4 联栋温室测控分中心 联栋温室测控分中心由平板电脑、测控模块、各种传感器、电磁阀、配电控 制柜及安装附件组成， 利用 485 总线经光端机与综合控制中心连接。联栋温室内 传感器检测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度及二氧化碳等 参数。控制设备包括内遮阳、外遮阳、

8、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。 图 5 为联栋温室测控分中心实物图。系统控制可以在监控中心控制，也可以通过现 场的平板电脑进行数据采集和控制。 图 5 联栋温室测控分中心实物图 1.3.5 综合控制中心 综合控制中心由服务器、多业务综合光端机、视频服务器、液晶电视、UPS 及配套网络设备组成。 系统实际建设时，综合考虑了数据监控与视频系统的有机 融合。图 6 为综合控制中心实物图。 6 图 6 综合控制中心实物图 中央控制软件是本系统的核心，采用力控组态软件开发。具有安全管理、 传 感器参数集中显示、数据查询和统计分析、日光温室自动灌溉控制、联栋温室环 境调控设备控制、数据远程发布等

9、功能。图 7 为中央控制软件截图。 图 7 中央控制软件截图 “大兴区农业科技成果展示基地综合监控系统”于 2010 年 5 月投入使 用，系统运行以来，稳定可靠，单位面积的劳动生产率和资源利用率显著提 高，设施内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态，确保了园区 一切生产活动科学、有序、规范、持续地进行。 7 2 果园节水灌溉控制系统 2.1 基本情况与需求分析 果园节水灌溉控制系统选择“忠县柑橘智能灌溉控制系统”为例进行介绍。 忠 县位于重庆市中部、三峡库区腹心地带，是重庆市重点柑橘生产基地县。忠县柑 橘生产主要涉及石宝、甘井、黄金、拔山、双桂、新立和涂井等八个乡镇。忠县 正在打造国

10、家级农业旅游示范区“中国柑橘城”。提出了“中国柑橘看重庆，重庆 柑橘看忠县”的口号，忠县建成了全国最大的工厂化柑橘脱毒容器育苗基地、国 家柑橘工程技术中心、15 万亩高标准加工橙基地果园和亚洲第一条 NFC 非浓缩 橙汁加工线； 重庆三峡建设集团和重庆博富文柑橘公司两大龙头企业进驻忠县建 设橙汁加工厂，建立了完整的现代柑橘栽培技术标准，以柑橘产、加、销、研、 学、旅为核心的产业集群初具雏形，产业竞争优势明显。忠县先后被评为“全国 农业(柑橘)标准化示范县”、“全国工农业旅游示范点”，忠县锦橙获得重庆市“消 费者最喜爱柑橘”称号。 为进一步提高忠县柑橘产业的现代化水平，忠县果业局提出以“果树信息

11、、 智能决策、精准管理、优质高效技术”多种技术相结合为基础，以研发核心技术 与装备、建设核心示范基地为主要载体，以整合资源、由浅入深、循序渐进、 以 点带面为策略，通过现代农业技术应用解决忠县柑桔产业链条中的主要技术问 题， 使忠县率先在我国果树行业实现生产过程现代化，以科技进步提升忠县柑桔 产业的素质、 核心竞争力和国内外的影响力，再次引领中国柑桔产业现代高新技 术发展方向。2009 年 6 月，忠县果业局委托北京农业信息技术研究中心进行柑 橘精细管理技术的技术集成应用与示范，示范基地位于忠县拔山镇杨柳村，基地 覆盖面积约 300 亩柑橘园，灌溉方式为滴灌。 2.2 系统设计 忠县柑橘智能灌

12、溉控制系统围绕“信息监测-决策控制-系统集成”三个关键环 节，综合运用传感器技术、计算机技术、自动控制技术及现代通讯技术，实现了 柑橘种植过程的精准监测、 高效灌溉和科学管理。系统根据重庆忠县拔山镇柑橘 8 种植特征，对示范点“山顶”、“山腰”、“山脚”不同海拔高度柑橘生理生态信息及 本地气象进行实时监测， 同时配套灌溉施肥系统，为柑橘生长提供了最优的水肥 保障。 系统采用分层分布式结构，主要由 1 个气象信息采集点、3 个作物生理信息 采集点、1 个井房控制点、现场控制中心及远程服务器组成。另外，系统设计中 充分考虑用户需求， 对系统的供电和通讯进行了完善的冗余设计，保障了监测数 据的连续性

13、和安全性。 工作整体流程如下：气象信息采集点与作物生理信息采集 点采集各类传感器数据， 通过 485 总线将上述数据上传到控制中心；控制中心接 收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，通过无线数传电台发送到井 房控制点；井房控制点接收到控制指令后，首先启动柴油机供水系统，待检测到 供水压力正常后，开启指定阀门供水。同时，系统实时将现场数据与远程服务器 同步，所有数据均在远程服务器中备份，用户只需录入服务器指定网址，通过密 码登录，即可实时获取所有数据，并掌握整个系统的运行情况。图 8 为忠县柑橘 智能灌溉控制系统整体结构框图。 图 8 系统整体结构框图 9 2.32.32.32.3 系统

14、实现与效果分析系统实现与效果分析 2.3.1 气象信息采集点 气象信息采集点由采集模块、太阳能充放电设备、各种气象传感器及安装支 架组成，利用 485 总线与控制中心连接。气象传感器监测空气温度、空气湿度、 风速、风向、辐射、降雨量 6 个信息。气象信息采集点及作物生理信息采集点均 设计冗余供电方式，通常情况下采用市电供电，当市电掉电时，自动切换到太阳 能供电，保证传感器数据信息采集正常。 实际项目建设中， 为真实反映柑橘园中的实际气象信息，因地制宜的采用较 高支架将气象信息采集点设置在柑橘园中。图 9 为气象信息采集点实物图。 图 9 气象信息采集点实物图 2.3.2 作物生理信息采集点 作

15、物生理信息采集点由采集模块、太阳能充放电设备、各种作物生理信息传 感器及安装支架组成， 利用 485 总线与控制中心连接。作物生理信息传感器监测 叶面温度、叶面湿度、植物径流、及土壤水分 4 个信息。供电冗余方式同气象信 息采集点。 10 实际项目建设中，为保护传感设备，防止人为或放养动物破坏，专门建设了 不锈钢护栏。图 10 为作物生理信息采集点实物图。 图 10 作物生理信息采集点实物图 2.3.3 井房控制点 井房控制点采用改建的方式建设，由新增的 ASE 灌溉控制器、无线数传电 台、柴油机采集控制柜、远传压力表、液位传感器及原有的柴油机供水设备、 自 动反冲洗过滤器及电磁阀组成。 因井

16、房控制点与控制中心间隔距离较远，且间隔 两个山包，所以采用无线数传电台进行数据交互。其中，柴油机采集控制柜负责 柴控制油机供水设备的启停，同时通过采集液位传感器信息换算剩余油量信息， 提醒用户及时补充油量。图 11 为井房控制点实物图。 图 11 井房控制点实物图 11 2.3.4 现场控制中心 现场控制中心由采集控制一体机、无线数传电台、手机模块、液晶电视、 UPS 及配套网络设备组成。现场控制中心供电、通讯采用综合冗余方案：市电供 电时， 由采集控制一体机获取采集点传感器数据，并实时与远程服务器进行数据 同步； 市电掉电时， 自动切换成 UPS 仅为手机模块供电， 由远程服务器通过 GPRS 网络直接获取集点传感器数据。 待市电正常时，由远程服务器将掉电期间的数据 返回到现场控制中心。图 12 为控制中心实物图。 图 12 控制中心实物图 中央控制软件是柑橘智能灌溉控制系统的核心，采用力控组态软件开发， 具 有安全管理、传感器参数集中显示、数据查询和统计分析、自动灌溉控制、数据 远程发布等功能。图 13 为中央控制软件截图。 图 13 中央控制软件截图 12 忠县柑橘智能灌溉控制系