CN116245375A - 一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能灌溉信息管理技术领域，且公开了一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统，包括地图监测系统、智能灌管理系统、数据分析模块和信息查询系统，地图检测系统用于对灌区各渠道、闸室和闸门进行在线监控，智能灌管理系统用于对各个灌溉阀门进行控制，通过设置灌溉的参数以及灌溉的策略实现对整个灌溉过程的现场控制，数据分析模块用于对整个灌区的实际情况以及历史数据进行统计分析。本发明具有简单方便的可操作性，不仅可以满足灌区管理人员对整个灌区信息的数据化和可视化要求，而且还可以提高物联网采集数据的可利用度，为管理部门和管理人员的节水调度等决策提供信息支撑，可以有效的缓解灌区水资源紧张和浪费的现状。

Description

一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统

技术领域

本发明涉及智能灌溉信息管理技术领域，尤其涉及一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统。

背景技术

节水灌溉的设备主要有低压管道输水灌溉、喷灌和微灌等装置，而针对农村节水灌溉的产品也较少。因此，研制开发结合农作物生长科学配水，并进行实时控制的农用水资源管理系统与管理方法是亟待解决的技术问题，为此，我们提出一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统，包括地图监测系统、智能灌管理系统、数据分析模块和信息查询系统，地图检测系统用于对灌区各渠道、闸室和闸门进行在线监控，智能灌管理系统用于对各个灌溉阀门进行控制，通过设置灌溉的参数以及灌溉的策略实现对整个灌溉过程的现场控制，数据分析模块用于对整个灌区的实际情况以及历史数据进行统计分析，并将数据经过图形的可视化输出，上传至信息查询系统为水资源的合理化分配提供数据支撑，信息查询系统用于帮助使用者对灌区信息管理系统数据库内的各种信息进行查询。

作为优选，所述智能灌管理系统包括水泵电流和电压监测、管网分干管流量和压力监测，水泵操作分为现场操作(近程操作)和远程操作，近程操作和远程操作都有自动和手动两种操作方式，转换灵活，使用方便，自动管理水泵房的水泵组，达到自动启泵、自动停泵的全自动无人值守目的，实时在线监测水泵各工况参数，包括水仓水位、管道流量、运行电压、运行电流、电机功率、出口压力、轴承温度、水泵运行状态等，通过对电参数(如运行电流、运行电压)进行分析，判断水泵的运行状态，针对水泵不上水、缺相、电流/电压异常等状况，及时报警并停机，通过对水泵的功率、效率、电耗、工况点等进行分析，可调整开停机时间，避开电力负荷高峰期，削峰填谷，节约电费开支，确保经济运行，通过对出口压力、轴承温度、管道流量等参数的分析，判断水泵是否出现故障，若是，及时报警，当主水泵出现故障时，能自动开启备用水泵；当一台泵不能满足排水需求时，根据涌水量，自动确定开启水泵的台数，系统根据水池液位，可结合分时计费和“躲峰用谷”原则，决定水泵的开停时间，同时，根据液位控制水泵，实现两台水泵相互轮流使用，操作站上的监控软件以水泵房现场为原型，一对一动态显示水泵、阀门、水流的运行状态以及各个仪表的数据参数，具有完善的参数设置、数据查询和报表处理系统，可随时根据客户运行要求，修改系统配置参数，查询水泵运行数据，打印水泵运行报表，具有完善的操作权限管理系统、故障报警处理系统、现场及远程联锁控制系统，使系统运行更安全。

作为优选，所述地图监测系统包括智能分区服务器、CVR、管理客户端、视频综合平台和电视墙，多个用户可以共用一套中心控制平台，用户投入、使用简便，用户能远程进行浏览与控制，原则上任何可以上网的地方都可以进行浏览与控制，它还引入了图像识别技术，弥补了传统视频监控系统的不足，提供了增值业务能力，扩展了功能和范围，提高了系统的性能和智能化。

作为优选，所述数据分析模块包括土壤养分监测站、气候采集系统和墒情监测系统，基地通过一体化气象站实时监测大田内的气候信息，包含大气温湿度、光照、风速、风向、气压、降雨量、蒸发量等，对各类监测数值设置合理区间和上下限阈值，超限自动进行预警，各个采集节点所采集的数据将自动整理分析以表格、曲线图、柱状图的方式展现和存储，用户可通过计算机、手机远程实时查看数据并随时追溯历史记录，实现全程实时环境监测，基地通过传感器连续测量土壤剖面的土壤水分、温度、土壤张力和电导率，并实时上传智慧云平台，平台系统分析大田的水、土、气、作物的历史数据和目前信息，提供下次的灌溉时间和灌溉量，系统可监测土壤剖面的水分运移与变化，发现过涝、土壤板结和深层渗漏等问题，将进行预警提醒，为我们改良土壤、地下水位管理、盐分和养分的调控提供合理的参考，可实时、连续、原位监测土壤水分、温度、水势的变化，实时远程遥测墒情，结合降雨量、农田小气候信息以及工程、农艺、管理等节水措施，根据天气预报资料、土壤结构、作物生育期，结合水源供应情况，科学监测不同土壤类型、不同种植结构、不同可供水量条件下的农田水分动态状况，实时跟踪土壤墒情变化，及时调整适宜灌水时间和适宜灌水量，并能够通过智慧云平台进行预警提示，支持自动关联灌溉系统或水肥一体化系统，指导适时、适量的科学节水灌溉，智能土壤监测系统通过安装一种固定\可移动式的土壤自动观测设备，系统支持多种通信模式，标配土壤温度、土壤湿度、土壤张力、电导率、PH值等传感器，模块化设计的智能采集器支持扩展多路传感器同时接入，满足不同土层监测的需求。

作为优选，所述信息查询系统包括硬件、软件、数据库、网络、存储设备、感知识别、外设、人员以及把数据处理成信息的规程，硬件由执行输入、处理和输出行为的计算机设备组成，输入设备包括键盘、自动扫描设备、语音识别设备等，软件由管理计算机运行的程序构成，包括设备驱动程序、系统软件、数据库管理系统、中间件、应用软件等，数据库是经过机构化、规范化组织后的事实和信息的集合，数据库是信息系统中最有价值和最重要的部分之一，网络负责信息在信息系统各个部件之间有序流动、负责信息在信息系统之间有序流动，有时候把网络中的链路层和物理层又称为通信子系统，连接信息系统内部主要部件的网络称为内部网，连接不同信息系统的网络称为网间网，系统的开放性特点要求信息系统互联耍遵从一致的协议、统一的命名规则和地址空间，而互联网就是目前连接全球绝大数商用信息系统的网间网，遵从的网络协议是TCP/IP，采用现代管理理论作为计划、设计、控制的方法论，将硬件、软件、数据库、网络等部件按照规划的结构和秩序，有机地整合到一个有清晰边界的信息系统中，以到达既定系统的目标。

一种基于物联网的水资源灌区管理方法，包括以下步骤：

一、通过地图监测系统制定方案：以灌区为单位，根据农作物类型，以时段初期收集的水况信息为基础，通过计算制定出该时段内灌水日期及定额灌溉方案；

二、通过智能灌管理系统制定配额：依据步骤一中的灌溉方案，向灌区用水管理中心下发用水配额和阶梯性价格，通过设置自动控制方式，远程操作智能供水控制器供水；

三、数据分析模块对信息进行采集，在灌溉的同时，通过智能供水控制器监测并收集水况信息，在灌溉阶段结束后，用以修正系统数学模型计算参数，为下一阶段优化灌溉方案做好准备，再上传至信息查询系统进行储存。

有益效果

本发明提供了一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统。具备以下有益效果：

(1)、该基于物联网的水资源灌区管理方法及系统，本发明具有简单方便的可操作性，不仅可以满足灌区管理人员对整个灌区信息的数据化和可视化要求，而且还可以提高物联网采集数据的可利用度，为管理部门和管理人员的节水调度等决策提供信息支撑，可以有效的缓解灌区水资源紧张和浪费的现状。

(2)、该基于物联网的水资源灌区管理方法及系统，通过检测土壤湿度、设定墒情系数、农作物品种、灌溉面积、灌溉类型等参数，实现整体供水系统自动化控制管理，科学合理灌溉，节省人力物力，有效提高水资源利用率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种基于物联网的水资源灌区管理方法及系统，包括地图监测系统、智能灌管理系统、数据分析模块和信息查询系统，地图检测系统用于对灌区各渠道、闸室和闸门进行在线监控，智能灌管理系统用于对各个灌溉阀门进行控制，通过设置灌溉的参数以及灌溉的策略实现对整个灌溉过程的现场控制，数据分析模块用于对整个灌区的实际情况以及历史数据进行统计分析，并将数据经过图形的可视化输出，上传至信息查询系统为水资源的合理化分配提供数据支撑，信息查询系统用于帮助使用者对灌区信息管理系统数据库内的各种信息进行查询；

智能灌管理系统包括水泵电流和电压监测、管网分干管流量和压力监测，水泵操作分为现场操作(近程操作)和远程操作，近程操作和远程操作都有自动和手动两种操作方式，转换灵活，使用方便，自动管理水泵房的水泵组，达到自动启泵、自动停泵的全自动无人值守目的，实时在线监测水泵各工况参数，包括水仓水位、管道流量、运行电压、运行电流、电机功率、出口压力、轴承温度、水泵运行状态等，通过对电参数(如运行电流、运行电压)进行分析，判断水泵的运行状态，针对水泵不上水、缺相、电流/电压异常等状况，及时报警并停机，通过对水泵的功率、效率、电耗、工况点等进行分析，可调整开停机时间，避开电力负荷高峰期，削峰填谷，节约电费开支，确保经济运行，通过对出口压力、轴承温度、管道流量等参数的分析，判断水泵是否出现故障，若是，及时报警，当主水泵出现故障时，能自动开启备用水泵；当一台泵不能满足排水需求时，根据涌水量，自动确定开启水泵的台数，系统根据水池液位，可结合分时计费和“躲峰用谷”原则，决定水泵的开停时间，同时，根据液位控制水泵，实现两台水泵相互轮流使用，操作站上的监控软件以水泵房现场为原型，一对一动态显示水泵、阀门、水流的运行状态以及各个仪表的数据参数，具有完善的参数设置、数据查询和报表处理系统，可随时根据客户运行要求，修改系统配置参数，查询水泵运行数据，打印水泵运行报表，具有完善的操作权限管理系统、故障报警处理系统、现场及远程联锁控制系统，使系统运行更安全；

地图监测系统包括智能分区服务器、CVR、管理客户端、视频综合平台和电视墙，多个用户可以共用一套中心控制平台，用户投入、使用简便，用户能远程进行浏览与控制，原则上任何可以上网的地方都可以进行浏览与控制，它还引入了图像识别技术，弥补了传统视频监控系统的不足，提供了增值业务能力，扩展了功能和范围，提高了系统的性能和智能化；

数据分析模块包括土壤养分监测站、气候采集系统和墒情监测系统，基地通过一体化气象站实时监测大田内的气候信息，包含大气温湿度、光照、风速、风向、气压、降雨量、蒸发量等，对各类监测数值设置合理区间和上下限阈值，超限自动进行预警，各个采集节点所采集的数据将自动整理分析以表格、曲线图、柱状图的方式展现和存储，用户可通过计算机、手机远程实时查看数据并随时追溯历史记录，实现全程实时环境监测，基地通过传感器连续测量土壤剖面的土壤水分、温度、土壤张力和电导率，并实时上传智慧云平台，平台系统分析大田的水、土、气、作物的历史数据和目前信息，提供下次的灌溉时间和灌溉量，系统可监测土壤剖面的水分运移与变化，发现过涝、土壤板结和深层渗漏等问题，将进行预警提醒，为我们改良土壤、地下水位管理、盐分和养分的调控提供合理的参考，可实时、连续、原位监测土壤水分、温度、水势的变化，实时远程遥测墒情，结合降雨量、农田小气候信息以及工程、农艺、管理等节水措施，根据天气预报资料、土壤结构、作物生育期，结合水源供应情况，科学监测不同土壤类型、不同种植结构、不同可供水量条件下的农田水分动态状况，实时跟踪土壤墒情变化，及时调整适宜灌水时间和适宜灌水量，并能够通过智慧云平台进行预警提示，支持自动关联灌溉系统或水肥一体化系统，指导适时、适量的科学节水灌溉，智能土壤监测系统通过安装一种固定\可移动式的土壤自动观测设备，系统支持多种通信模式，标配土壤温度、土壤湿度、土壤张力、电导率、PH值等传感器，模块化设计的智能采集器支持扩展多路传感器同时接入，满足不同土层监测的需求；

信息查询系统包括硬件、软件、数据库、网络、存储设备、感知识别、外设、人员以及把数据处理成信息的规程，硬件由执行输入、处理和输出行为的计算机设备组成，输入设备包括键盘、自动扫描设备、语音识别设备等，软件由管理计算机运行的程序构成，包括设备驱动程序、系统软件、数据库管理系统、中间件、应用软件等，数据库是经过机构化、规范化组织后的事实和信息的集合，数据库是信息系统中最有价值和最重要的部分之一，网络负责信息在信息系统各个部件之间有序流动、负责信息在信息系统之间有序流动，有时候把网络中的链路层和物理层又称为通信子系统，连接信息系统内部主要部件的网络称为内部网，连接不同信息系统的网络称为网间网，系统的开放性特点要求信息系统互联耍遵从一致的协议、统一的命名规则和地址空间，而互联网就是目前连接全球绝大数商用信息系统的网间网，遵从的网络协议是TCP/IP，采用现代管理理论作为计划、设计、控制的方法论，将硬件、软件、数据库、网络等部件按照规划的结构和秩序，有机地整合到一个有清晰边界的信息系统中，以到达既定系统的目标；

一种基于物联网的水资源灌区管理方法，包括以下步骤：

一、通过地图监测系统制定方案：以灌区为单位，根据农作物类型，以时段初期收集的水况信息为基础，通过计算制定出该时段内灌水日期及定额灌溉方案；

二、通过智能灌管理系统制定配额：依据步骤一中的灌溉方案，向灌区用水管理中心下发用水配额和阶梯性价格，通过设置自动控制方式，远程操作智能供水控制器供水；

三、数据分析模块对信息进行采集，在灌溉的同时，通过智能供水控制器监测并收集水况信息，在灌溉阶段结束后，用以修正系统数学模型计算参数，为下一阶段优化灌溉方案做好准备，再上传至信息查询系统进行储存。

Claims (6)

1.一种基于物联网的水资源灌区管理系统，包括地图监测系统、智能灌管理系统、数据分析模块和信息查询系统，其特征在于：所述地图检测系统用于对灌区各渠道、闸室和闸门进行在线监控，智能灌管理系统用于对各个灌溉阀门进行控制，通过设置灌溉的参数以及灌溉的策略实现对整个灌溉过程的现场控制，数据分析模块用于对整个灌区的实际情况以及历史数据进行统计分析，并将数据经过图形的可视化输出，上传至信息查询系统为水资源的合理化分配提供数据支撑，信息查询系统用于帮助使用者对灌区信息管理系统数据库内的各种信息进行查询。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水资源灌区管理系统，其特征在于：所述智能灌管理系统包括水泵电流和电压监测、管网分干管流量和压力监测，水泵操作分为现场操作(近程操作)和远程操作，近程操作和远程操作都有自动和手动两种操作方式，转换灵活，使用方便，自动管理水泵房的水泵组，达到自动启泵、自动停泵的全自动无人值守目的，实时在线监测水泵各工况参数，包括水仓水位、管道流量、运行电压、运行电流、电机功率、出口压力、轴承温度、水泵运行状态等，通过对电参数(如运行电流、运行电压)进行分析，判断水泵的运行状态，针对水泵不上水、缺相、电流/电压异常等状况，及时报警并停机，通过对水泵的功率、效率、电耗、工况点等进行分析，可调整开停机时间，避开电力负荷高峰期，削峰填谷，节约电费开支，确保经济运行，通过对出口压力、轴承温度、管道流量等参数的分析，判断水泵是否出现故障，若是，及时报警，当主水泵出现故障时，能自动开启备用水泵；当一台泵不能满足排水需求时，根据涌水量，自动确定开启水泵的台数，系统根据水池液位，可结合分时计费和“躲峰用谷”原则，决定水泵的开停时间，同时，根据液位控制水泵，实现两台水泵相互轮流使用，操作站上的监控软件以水泵房现场为原型，一对一动态显示水泵、阀门、水流的运行状态以及各个仪表的数据参数，具有完善的参数设置、数据查询和报表处理系统，可随时根据客户运行要求，修改系统配置参数，查询水泵运行数据，打印水泵运行报表，具有完善的操作权限管理系统、故障报警处理系统、现场及远程联锁控制系统，使系统运行更安全。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水资源灌区管理系统，其特征在于：所述地图监测系统包括智能分区服务器、CVR、管理客户端、视频综合平台和电视墙，多个用户可以共用一套中心控制平台，用户投入、使用简便，用户能远程进行浏览与控制，原则上任何可以上网的地方都可以进行浏览与控制，它还引入了图像识别技术，弥补了传统视频监控系统的不足，提供了增值业务能力，扩展了功能和范围，提高了系统的性能和智能化。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水资源灌区管理系统，其特征在于：所述数据分析模块包括土壤养分监测站、气候采集系统和墒情监测系统，基地通过一体化气象站实时监测大田内的气候信息，包含大气温湿度、光照、风速、风向、气压、降雨量、蒸发量等，对各类监测数值设置合理区间和上下限阈值，超限自动进行预警，各个采集节点所采集的数据将自动整理分析以表格、曲线图、柱状图的方式展现和存储，用户可通过计算机、手机远程实时查看数据并随时追溯历史记录，实现全程实时环境监测，基地通过传感器连续测量土壤剖面的土壤水分、温度、土壤张力和电导率，并实时上传智慧云平台，平台系统分析大田的水、土、气、作物的历史数据和目前信息，提供下次的灌溉时间和灌溉量，系统可监测土壤剖面的水分运移与变化，发现过涝、土壤板结和深层渗漏等问题，将进行预警提醒，为我们改良土壤、地下水位管理、盐分和养分的调控提供合理的参考，可实时、连续、原位监测土壤水分、温度、水势的变化，实时远程遥测墒情，结合降雨量、农田小气候信息以及工程、农艺、管理等节水措施，根据天气预报资料、土壤结构、作物生育期，结合水源供应情况，科学监测不同土壤类型、不同种植结构、不同可供水量条件下的农田水分动态状况，实时跟踪土壤墒情变化，及时调整适宜灌水时间和适宜灌水量，并能够通过智慧云平台进行预警提示，支持自动关联灌溉系统或水肥一体化系统，指导适时、适量的科学节水灌溉，智能土壤监测系统通过安装一种固定\可移动式的土壤自动观测设备，系统支持多种通信模式，标配土壤温度、土壤湿度、土壤张力、电导率、PH值等传感器，模块化设计的智能采集器支持扩展多路传感器同时接入，满足不同土层监测的需求。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的水资源灌区管理系统，其特征在于：所述信息查询系统包括硬件、软件、数据库、网络、存储设备、感知识别、外设、人员以及把数据处理成信息的规程，硬件由执行输入、处理和输出行为的计算机设备组成，输入设备包括键盘、自动扫描设备、语音识别设备等，软件由管理计算机运行的程序构成，包括设备驱动程序、系统软件、数据库管理系统、中间件、应用软件等，数据库是经过机构化、规范化组织后的事实和信息的集合，数据库是信息系统中最有价值和最重要的部分之一，网络负责信息在信息系统各个部件之间有序流动、负责信息在信息系统之间有序流动，有时候把网络中的链路层和物理层又称为通信子系统，连接信息系统内部主要部件的网络称为内部网，连接不同信息系统的网络称为网间网，系统的开放性特点要求信息系统互联耍遵从一致的协议、统一的命名规则和地址空间，而互联网就是目前连接全球绝大数商用信息系统的网间网，遵从的网络协议是TCP/IP，采用现代管理理论作为计划、设计、控制的方法论，将硬件、软件、数据库、网络等部件按照规划的结构和秩序，有机地整合到一个有清晰边界的信息系统中，以到达既定系统的目标。

6.一种基于物联网的水资源灌区管理方法，包括以下步骤：

一、通过地图监测系统制定方案：以灌区为单位，根据农作物类型，以时段初期收集的水况信息为基础，通过计算制定出该时段内灌水日期及定额灌溉方案；

二、通过智能灌管理系统制定配额：依据步骤一中的灌溉方案，向灌区用水管理中心下发用水配额和阶梯性价格，通过设置自动控制方式，远程操作智能供水控制器供水；

三、数据分析模块对信息进行采集，在灌溉的同时，通过智能供水控制器监测并收集水况信息，在灌溉阶段结束后，用以修正系统数学模型计算参数，为下一阶段优化灌溉方案做好准备，再上传至信息查询系统进行储存。