CN108391579A - 一种基于云计算光伏水肥灌溉监测系统 - Google Patents

Abstract

地下水灌溉用水往往需要从地下水井抽水灌溉。采用传统电网输电驱动水泵提水，不仅受制于电网线路铺设，同时耗电量大。本发明采用将光补的能量直接用于扬水，而无需传统风能利用中的蓄电池蓄能环节，不但节能，更节约灌溉成本，也降低维护费用和设备故障率。采用先进的通讯和远程控制技术将有限的灌溉水用在作农作物生长发育的关键期，起到高效节水、节肥且保障作物产量和品质的作用。可以有效的进行地下水生态灌溉、生态水质、生态水位、生态水资源、生态地下水超采监控的高效节水节肥技术，保护水资源的合理利用、保护土壤化肥污染。通过大数据云计算平台、综合分析生态地下水水质、水位、高效综合循环利用生态地下水，解决水位和水质变得对农作物、农田土壤高效生态利用。

Description

一种基于云计算光伏水肥灌溉监测系统

技术领域

本发明涉及农业节水灌溉领域，尤其是基于云计算光伏水肥灌溉监测系统领域。

背景技术

传统地下水灌溉用水往往需要从地下水井抽水灌溉。采用传统电网输电驱动水泵提水，不仅受制于电网线路铺设，同时耗电量大。今年来涌现出众多新型水肥一体化灌溉系统。但是这些系统只是简单的监测土壤墒情判断植物的用水情况，不利于土质保护和地下水资源保护。

发明内容

本发明克服以上缺点提供一种基于云计算无人值守地下水生态灌溉、生态水质、生态水位、生态水资源、生态地下水超采监控的高效循环生态节水节肥灌溉监测系统，主要实现以下功能：1、根据地下水与排水量与水质变化规律、确定地下水超采、地下水循环生态环综合利用、灌区土壤污染治理、农作物特性和高效节肥综合数据对比利用。2、对地下水灌溉系统管理、支持GIS地理信息系统、可以地图显示各灌溉点位置、有效管理分配水资源、具有数据分析上报功能。对单点水资源控制分配，无线传输，手机APP控制浏览。对土壤墒情、用水量、地下水水位、气象环境（降水量、蒸发量）数据监测、土壤成分、水质监测、胺氮、磷、胛作物种植面积、生态灌溉、生态自动化。3、水质变化预警、地下水超采预警、地下水生态循环利用预警、土壤胺氮、磷、胛施肥预警、农作物品种用肥预警。水资源管理预警。地下水水质水位、温度管理。4、泵的自动控制与启动、设备自动故障预警、自愈无线组网控制、软启动软控制启泵、远程抄表计费统计、变频恒压控制、泵集群管理。闸门集群控制。5、建立水权交易数据库、支持水权交易、交费管理。6、水源地地下水管理、水源地水质管理、水源地水质与农作物施肥管理。7、管网监测、压力管道管网监测、管网水锤监测、泵站气蚀监测。8、太阳能供电。无线远程数据传输与视频桥监控链接、图像自动分析判断。9、微功耗测控终端、支持。串口水位计、0-5V 或-4-20mA信号输出。数据兼容自报式。10、使用水质在线分析仪器通常为电极法、广度法，根据环境不同确定。可以预处理物理过滤及渗透。11、数据采集控制系统采用PLC、现场控制传感器、变送器、物理过滤渗透设备、泵控制软件、泵等执行机构。12、手机APP预警。可以使用手机终端对灌溉参数，地下水水位、水质，土壤墒情及化肥污染情况等数据进行查看，超出范围值手机将自动预警。

具体实施方案：

本发明采用太阳能光伏电池阵列的输出直接连接到风光互补控制器的输入端，光互补控制器的输入端。若太阳能光伏电池阵列的输出电流大于或等于第一电流阈值，第一IGBT管（VT1）导通，太阳能光伏电池阵列的输出电压全部加到输出电感（L）上，实现输出供电电压；当太阳能光伏电池阵列与风力发电机组的输出电流均分别大于对应的预设阈值时，两者并网输出。输出电压直接控制直流或交流水泵，进行扬水并积蓄于高处的蓄水池。高处蓄水池的水经自压管道输送到各灌溉分区的电磁阀。电磁阀的开启或关闭由太阳能供电的灌溉控制系统控制，控制信息来自作物调亏灌溉需求，使灌溉水适时适量用在作物生长发育的关键期。生态循环地下水土壤修复。不同农作物氮磷胛需求数据模型建立。实现（1）免蓄电池的光互补扬水灌溉技术。（2）农作物调亏生态高效节水节肥灌溉技术。（3）太阳能农作物生态高效节水节肥灌溉自动控制技术。（4）无人值守、远程自动化控制、计量用水用肥。（5）地下水超采预警、控制与监控、生态地下水循环利用与灌区灌溉用水循环水肥一体化。（6）大数据统计农业用水用肥与地下水预警数据。（7）地下水水质水位生态修复。（8）土壤生态修复。

本发明采用排水再利用模拟模型利用对排水水量和水质的变化规律以及对建立灌区水土环境管理模式实现合理利用排水资源。常见的是模拟农田尺度排水中氮磷等营养物质流失或盐分动态，综合模拟排水中盐分、营养物质和重金属等不同组分以及灌区尺度排水再利用的水土环境效应模型。灌区不同类型排放水汇集到排水沟后，目前几种常见的排水再利用模式主要有：①田间排水湿地（或塘堰）系统，对排水进行处理后，直接用于灌溉，或建立蓄水池进行调蓄灌溉。②将上游排放的水用于下游，并根据水质情况，或直接利用排水灌溉，或与淡水混合利用、与淡水交替利用进行灌溉。③在排水沟下游修建泵站，通过联合调度利用排水。本发明可以根据当地实际情况进行合理设计选择合适的排水再利用模型，采用适应我国地域条件下的排水灌溉利用模式、水肥输移和调控模式、综合考虑排水再利用下的作物和环境生态效应模拟模型，对待持续高效的利用排水资源至关重要。滴灌、轮灌是合理利用咸排水的较好管理模式，需要结合土壤、作物排水等质量差异，筛选适宜当地条件的排水再利用灌溉管理措施。此外，在实施过程中应加强排水再利用生态环境效应评价和风险分析研究，避免由于盲目利用排水灌溉造成的不良环境后果。

采用智能井房实现（灌溉机井取水自动计量、IC卡控制、远程传输）一体化多功能和一卡式操作、一柜式集成安装，它采用远程控制GPRS/internet传输，数据上传地下水超采综合治理项目信息监控管理系统数据中心，自动报送和远程遥测相结合模式，可实现远程查询遥测功能，包括农业用水计量、水资源信息的自动化采集和测量。其既提供了先进的取水方式，又为地下水科学的监管提供实时、准确、有效的数据。

井房通过GPRS通信网络与中心站交互用电量、取水量、流量、泵/电表/流量计工作状态、箱门开关状态、供电状态、用户余额状态每台控制器都有自己的设备地址（符合水文测站编码规则，也可以由用户自行编码），用户持卡刷卡浇地，第一次刷卡打开水泵，同时卡内数据转移到井房的控制终端上，自动把刷卡开泵信息通过无线方式上报，第二次刷卡关闭水泵，同时取走数据（即计量的数据余额转移到用户卡内），用户刷卡开关泵时形成的刷卡记录自动存储在控制器内，便于丢卡用户查询数据，补卡使用。当发生故障（或报警）时，主动把故障（或报警）信息上报。

为了配合地下水监管工作，机井可以选择设置最大年取水量，当水井的年取水量超过所设的开采量时，自动控制停泵；数据的上报时间是每个整点，也可以设定；当失去动力电源时，自动转换为电池供电，控制器和通信设备进入休眠工作模式，每天早晨8点上送数据取水控制中，可选择停机后不连续开机、或者停机后延时停机，加强对电动机的保护。井房可以远程控制智能井房对于不同农作物不同时间节点精确用水用肥的控制需求。

通过大数据云计算平台、综合分析生态地下水水质、水位、高效综合循环利用生态地下水，解决水位和水质变得对农作物、农田土壤高效生态利用。

本发明的优点：

1、工程安装过程简单易行；现场安装、传感器数据一次性成功，数据传输网络稳定，不同农作物数据模型结合当地农作物标准模型建立数学模型；

2、云计算光伏无人值守地下水生态灌溉、生态水质、生态水位、生态水资源、生态地下水超采监控的高效节水节肥技术研发系统系统功能完善，覆盖了生态农业、生态土壤、生态水利、生态环境实时监测、统计分析、告警、预测等功能系统成功实现了与监控系统的接口，符合规约标准。

3、新型能源“太阳能”为能源供应支点，针对项目区种植作物所处生长周期，依据土壤成份、大棚内土壤墒情、气象环境等因素，建立对接农作物最优需水量模型用肥数据模型接口，并完成地下水监测远程控制自动化。通过大数据完成循环利用地下水资源前期项目实验。完成生态循环农业土壤修复、生态地下水循环利用、水肥一体化土壤生态农作物自动修复。

附图说明：

图1是排水再利用运行模式示意图。

Claims (4)

1.本发明基于云计算光伏无人值守实现地下水生态灌溉、生态水质、生态水位、生态水资源、生态地下水超采监控的高效循环生态节水节肥的灌溉系统。

2.权利要求1的采用太阳能光伏电池阵列的输出直接连接到风光互补控制器的输入端，光互补控制器的输入端；输出电压直接控制直流或交流水泵，进行扬水并积蓄于高处的蓄水池；高处蓄水池的水经自压管道输送到各灌溉分区的电磁阀；电磁阀的开启或关闭由太阳能供电的灌溉控制系统控制，控制信息来自作物调亏灌溉需求，使灌溉水适时适量用在作物生长发育的关键期，生态循环地下水土壤修复，不同农作物氮磷胛需求数据模型建立。

3.权利要求1的采用排水再利用模拟模型。

4.权利要求1的采用智能井房实现（灌溉机井取水自动计量、IC卡控制、远程传输）一体化多功能和一卡式操作、一柜式集成安装，它采用远程控制GPRS/internet传输，数据上传地下水超采综合治理项目信息监控管理系统数据中心，自动报送和远程遥测相结合模式，可实现远程查询遥测功能，包括农业用水计量、水资源信息的自动化采集和测量。