CN103237067A

CN103237067A - 基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统

Info

Publication number: CN103237067A
Application number: CN2013101335351A
Authority: CN
Inventors: 吕辛未; 郑强; 罗玉峰; 朱非林; 毛程阳; 谭海; 韦雄飞
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明公开了一种基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统，包括云端服务器，无线数据传输模块，单片机，传感器和闸门，云端服务器包括数据库和网页。其决策步骤为：建立数据库，在要测区域内多点测量稻田水分、水位并取平均值数据存入数据库；自动抓取天气预报官网数据并入库，用气温数据进行作物需水量的估算；根据实测数据以及相应的水量平衡模型计算判断是否需要灌溉，如果需要，则确定灌水量及灌水时间；网页可以作为数据的显示终端以及下位机的控制终端。本发明提供的灌区节水灌溉决策支持系统基于云端服务器搭建，采用移动网络传输数据，能扩大数据传输范围，提高灌区信息化管理水平。

Description

基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统

技术领域

本发明型涉及农田水利工程领域，特别是涉及一种基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统。

背景技术

随着经济发展，工业用水、城镇用水、环境用水与农业用水的竞争日趋严峻，造成农业用水的紧缺。发展中国家的农业用水量平均占总用水量的70%。发达国家的农业用水量平均占总用水量的50%。我国水资源量相对偏少，而且时空分布及水土资源组合不均衡，以致缺水矛盾突出，是制约我国农业发展的主要因素。

此外，目前我国大部分灌区采用传统的地面灌水技术，灌溉用水浪费现象还相当普遍。在某些水源相对比较丰富的自流地区，灌水定额往往在6.7m³/hm²以上，水稻灌溉仍以淹灌为主。全国灌区灌溉水利用系数0.50左右，这意味着每年经过水利工程引蓄的水量有一半以上是在输水、配水和田间灌溉过程中损失掉了。而且，受信息化水平的限制，农田管理员对农田的管理大多局限于田块尺度，对整个灌区的综合管理则略显不足。

因此，在灌溉可供水量短缺、灌溉用水浪费严重以及灌溉管理缺乏信息化工具的背景下，用田间的实测墒情数据加上天气预报联合指导灌溉决策，以取代经验式的灌溉制度势在必行，此外开发出操作简单、使用方便、价格适宜的适用于实时辅助灌溉决策的基于网络的节水灌溉决策支持系统，帮助发展节水农业具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决在气候变化异常的今天，经验式的灌溉制度导致农业用水效率不高甚至浪费严重的问题，提供一种能够根据田间实时监测水情以及气象信息指导灌溉的系统，并且该系统整体基于云服务器平台搭建，数据传输平台基于移动网络，能够扩大数据传输范围，提高灌区管理信息化水平。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统，其特征在于：该系统包括：云端服务器，其包括数据库和网页，数据库存储用于作物需水量计算以及水量平衡计算的数据，网页作为数据显示终端和下位机控制终端；

两个无线数据传输模块，基于Socket IP/TCP协议与云端服务器通信；

两个单片机，其中一个单片机用于接收田间数据采集器实测数据，并将数据通过上述两个无线数据传输模块中的一个发送到数据库；另一个单片机通过另一个无线数据传输模块实时控制闸门；

所述田间数据采集器包括水位传感器和水分传感器，实时采集田间水位、水分数据。

所述无线数据传输模块采用GPRS通信，基于Socket TCP/IP协议与云端服务器交互。

本发明的有益效果有：

本发明提供的灌区灌溉决策支持系统，在很大程度上辅助农田管理人员摆脱了经验式的灌溉制度，转而制定根据作物的实际需水量确定的灌溉制度，起到节约农业用水，提高水资源利用率，改善农田生态环境质量的功效。此外，本发明型采用云端服务器，提高了系统的性能，数据无线传输模块基于移动网络传输数据，扩大了数据传输的范围，能实现节水灌溉规律研究从稻田尺度向灌区尺度的提升。

附图说明

图1是本发明型的模型架构示意图。

图2是依照本发明型实施方式的灌溉决策流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述：

如图1所示，本发明系统包括：云端服务器1，其包括数据库8和网页9，数据库8存储用于作物需水量计算以及水量平衡计算的数据，网页9作为数据显示终端和下位机控制终端。两个无线数据传输模块，基于Socket IP/TCP协议与云端服务器通信。两个单片机，其中一个单片机3用于接收田间数据采集器实测数据，并将数据通过上述无线数据传输模块2发送到数据库8，另一个单片机6通过另一个无线数据传输模块5用于处理决策信息，以便实时控制闸门7。所述田间数据采集器4包括水位传感器和水分传感器，实时采集田间水位、水分数据。

上述无线数据传输模块2、5采用GPRS模块，基于Socket IP/TCP协议与云服务器通信，扩大了测点的布置范围，提高了灌溉决策的准确性，实现节水灌溉规律研究的尺度放大。

本发明对天气预报官网上网页气象数据实施自动抓取,考虑到要抓取的数据比较多,网络延迟会导致抓取数据产生遗漏或重复的情况，故采取Memcached+PHP+MYSQL+crontab的架构，每天凌晨一点把城市信息装入内存中,上午九点开始抓取,每抓取成功一次数据,将该数据对应的城市ID从内存中删除,不成功继续留在内存中供下次抓取。

如图2所示，本发明提供的决策流程包括以下步骤：

S1 架构云端服务器，编写数据库，用于存储作物需水量计算以及水量平衡计算的数据；

S2 搭建网页，用于实时显示田间采集数据、天气预报信息、灌溉决策信息以及操控下位机的终端按钮；

S3 划分灌区监测范围，选取典型稻田，在同一区域内多点测量稻田水层深度或水份含量，并取平均值作为实测该区域的水层深度或水分含量，并以此为根据选择水量平衡模型；

S4 对天气预报官网的数据实施自动抓取，存入数据库，并且根据作物需水量预测模型计算短期未来作物需水量；

S5 从所述数据库中调用数据，采用稻田水量平衡模型判断是否需要灌溉，如需灌溉，则采用水量平衡法确定灌水量及灌水时间,由灌水时间严格控制闸门启闭。

此外，为提高管理的效率，系统通过短信接口将计算好的灌水量和灌水时间发送到管理员的手机，手机也可以上网登录控制终端，进行闸门的远程控制。

本发明型实施例中传感器4为稻田水位和土壤水分传感器；单片机3和6为C51单片机，负责数据传送与决策命令的执行；无线数据传输模块通过Socket TCP/IP协议与云服务器中的数据库8通信，实现数据的存储。网页9可以实时显示数据库8中接收的田间数据以及定时抓取的网页天气数据，另外结合作物需水量公式和水量平衡方程，进行灌排水量的预报，并显示给决策者；决策者在网页9操作，将决策信息控制通过GPRS模块5传给单片机6；最后，由单片机6控制闸门7的运行。

本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同。

Claims

1.一种基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统，其特征在于：该系统包括：云端服务器（1），其包括数据库（8）和网页（9），数据库（8）存储用于作物需水量计算以及水量平衡计算的数据，网页（9）作为数据显示终端和下位机控制终端；

两个单片机，其中一个单片机用于接收田间数据采集器实测数据，并将数据通过上述两个无线数据传输模块中的一个发送到数据库（8）；另一个单片机通过另一个无线数据传输模块实时控制闸门（7）；

所述田间数据采集器（4）包括水位传感器和水分传感器，实时采集田间水位、水分数据。

2.根据权利要求1所述的基于云端的灌区节水灌溉决策支持系统，其特征在于所述无线数据传输模块采用GPRS通信，基于Socket TCP/IP协议与云端服务器交互。