專利名稱：基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及農(nóng)田水利工程領(lǐng)域，特別是涉及一種基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)用水、城鎮(zhèn)用水、環(huán)境用水與農(nóng)業(yè)用水的競爭日趨嚴峻，造成農(nóng)業(yè)用水的緊缺。發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)用水量平均占總用水量的70%。發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)用水量平均占總用水量的50%。我國水資源量相對偏少，而且時空分布及水土資源組合不均衡，以致缺水矛盾突出，是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。此外，目前我國大部分灌區(qū)采用傳統(tǒng)的地面灌水技術(shù)，灌溉用水浪費現(xiàn)象還相當(dāng)普遍。在某些水源相對比較豐富的自流地區(qū)，灌水定額往往在6.7m3/hm2以上，水稻灌溉仍以淹灌為主。全國灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)0.50左右，這意味著每年經(jīng)過水利工程引蓄的水量有一半以上是在輸水、配水和田間灌溉過程中損失掉了。而且，受信息化水平的限制，農(nóng)田管理員對農(nóng)田的管理大多局限于田塊尺度，對整個灌區(qū)的綜合管理則略顯不足。

因此，在灌溉可供水量短缺、灌溉用水浪費嚴重以及灌溉管理缺乏信息化工具的背景下，用田間的實測墑情數(shù)據(jù)加上天氣預(yù)報聯(lián)合指導(dǎo)灌溉決策，以取代經(jīng)驗式的灌溉制度勢在必行，此外開發(fā)出操作簡單、使用方便、價格適宜的適用于實時輔助灌溉決策的基于網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，幫助發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決在氣候變化異常的今天，經(jīng)驗式的灌溉制度導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率不高甚至浪費嚴重的問題，提供一種能夠根據(jù)田間實時監(jiān)測水情以及氣象信息指導(dǎo)灌溉的系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)整體基于云服務(wù)器平臺搭建，數(shù)據(jù)傳輸平臺基于移動網(wǎng)絡(luò)，能夠擴大數(shù)據(jù)傳輸范圍，提高灌區(qū)管理信息化水平。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括:云端服務(wù)器，其包括數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁，數(shù)據(jù)庫存儲用于作物需水量計算以及水量平衡計算的數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁作為數(shù)據(jù)顯示終端和下位機控制終端；
兩個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，基于Socket IP/TCP協(xié)議與云端服務(wù)器通信；
兩個單片機，其中一個單片機用于接收田間數(shù)據(jù)采集器實測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過上述兩個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的一個發(fā)送到數(shù)據(jù)庫；另一個單片機通過另一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊實時控制閘門；
所述田間數(shù)據(jù)采集器包括水位傳感器和水分傳感器，實時采集田間水位、水分數(shù)據(jù)。所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GPRS通信，基于Socket TCP/IP協(xié)議與云端服務(wù)器交互。本發(fā)明的有益效果有:本發(fā)明提供的灌區(qū)灌溉決策支持系統(tǒng)，在很大程度上輔助農(nóng)田管理人員擺脫了經(jīng)驗式的灌溉制度，轉(zhuǎn)而制定根據(jù)作物的實際需水量確定的灌溉制度，起到節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，提高水資源利用率，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的功效。此外，本發(fā)明型采用云端服務(wù)器，提高了系統(tǒng)的性能，數(shù)據(jù)無線傳輸模塊基于移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，擴大了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶?，能實現(xiàn)節(jié)水灌溉規(guī)律研究從稻田尺度向灌區(qū)尺度的提升。


圖1是本發(fā)明型的模型架構(gòu)示意圖。圖2是依照本發(fā)明型實施方式的灌溉決策流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述:
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括:云端服務(wù)器I，其包括數(shù)據(jù)庫8和網(wǎng)頁9，數(shù)據(jù)庫8存儲用于作物需水量計算以及水量平衡計算的數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁9作為數(shù)據(jù)顯示終端和下位機控制終端。兩個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，基于Socket IP/TCP協(xié)議與云端服務(wù)器通信。兩個單片機，其中一個單片機3用于接收田間數(shù)據(jù)采集器實測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過上述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊2發(fā)送到數(shù)據(jù)庫8，另一個單片機6通過另一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊5用于處理決策信息，以便實時控制閘門7。所述田間數(shù)據(jù)采集器4包括水位傳感器和水分傳感器，實時采集田間水位、水分數(shù)據(jù)。上述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊2、5采用GPRS模塊，基于Socket IP/TCP協(xié)議與云服務(wù)器通信，擴大了測點的布置范圍，提高了灌溉決策的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)節(jié)水灌溉規(guī)律研究的尺度放大。本發(fā)明對天氣預(yù)報官網(wǎng)上網(wǎng)頁氣象數(shù)據(jù)實施自動抓取，考慮到要抓取的數(shù)據(jù)比較多，網(wǎng)絡(luò)延遲會導(dǎo)致抓取數(shù)據(jù)產(chǎn)生遺漏或重復(fù)的情況，故采取Memcached+PHP+MYSQL+crontab的架構(gòu)，每天凌晨一點把城市信息裝入內(nèi)存中，上午九點開始抓取，每抓取成功一次數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)對應(yīng)的城市ID從內(nèi)存中刪除，不成功繼續(xù)留在內(nèi)存中供下次抓取。如圖2所示，本發(fā)明提供的決策流程包括以下步驟:
Si架構(gòu)云端服務(wù)器，編寫數(shù)據(jù)庫，用于存儲作物需水量計算以及水量平衡計算的數(shù)
據(jù)；
S2搭建網(wǎng)頁，用于實時顯示田間采集數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報信息、灌溉決策信息以及操控下位機的終端按鈕；
S3劃分灌區(qū)監(jiān)測范圍，選取典型稻田，在同一區(qū)域內(nèi)多點測量稻田水層深度或水份含量，并取平均值作為實測該區(qū)域的水層深度或水分含量，并以此為根據(jù)選擇水量平衡模型；
S4對天氣預(yù)報官網(wǎng)的數(shù)據(jù)實施自動抓取，存入數(shù)據(jù)庫，并且根據(jù)作物需水量預(yù)測模型計算短期未來作物需水量；
S5從所述數(shù)據(jù)庫中調(diào)用數(shù)據(jù)，采用稻 田水量平衡模型判斷是否需要灌溉，如需灌溉，則采用水量平衡法確定灌水量及灌水時間，由灌水時間嚴格控制閘門啟閉。
此外，為提高管理的效率，系統(tǒng)通過短信接口將計算好的灌水量和灌水時間發(fā)送到管理員的手機，手機也可以上網(wǎng)登錄控制終端，進行閘門的遠程控制。本發(fā)明型實施例中傳感器4為稻田水位和土壤水分傳感器；單片機3和6為C51單片機，負責(zé)數(shù)據(jù)傳送與決策命令的執(zhí)行；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過Socket TCP/IP協(xié)議與云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫8通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。網(wǎng)頁9可以實時顯示數(shù)據(jù)庫8中接收的田間數(shù)據(jù)以及定時抓取的網(wǎng)頁天氣數(shù)據(jù)，另外結(jié)合作物需水量公式和水量平衡方程，進行灌排水量的預(yù)報，并顯示給決策者；決策者在網(wǎng)頁9操作，將決策信息控制通過GPRS模塊5傳給單片機6 ;最后，由單片機6控制閘門7的運行。本發(fā)明涉及的其它未說明部分與 現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
1.一種基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括:云端服務(wù)器(I)，其包括數(shù)據(jù)庫(8 )和網(wǎng)頁(9 )，數(shù)據(jù)庫(8 )存儲用于作物需水量計算以及水量平衡計算的數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁(9)作為數(shù)據(jù)顯示終端和下位機控制終端； 兩個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，基于Socket IP/TCP協(xié)議與云端服務(wù)器通信； 兩個單片機，其中一個單片機用于接收田間數(shù)據(jù)采集器實測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過上述兩個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的一個發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(8);另一個單片機通過另一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊實時控制閘門(7)； 所述田間數(shù)據(jù)采集器(4)包括水位傳感器和水分傳感器，實時采集田間水位、水分數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，其特征在于所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用GPRS通信，基于 Socket TCP/IP協(xié)議與云端服務(wù)器交互。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于云端的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)，包括云端服務(wù)器，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，單片機，傳感器和閘門，云端服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁。其決策步驟為建立數(shù)據(jù)庫，在要測區(qū)域內(nèi)多點測量稻田水分、水位并取平均值數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；自動抓取天氣預(yù)報官網(wǎng)數(shù)據(jù)并入庫，用氣溫數(shù)據(jù)進行作物需水量的估算；根據(jù)實測數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的水量平衡模型計算判斷是否需要灌溉，如果需要，則確定灌水量及灌水時間；網(wǎng)頁可以作為數(shù)據(jù)的顯示終端以及下位機的控制終端。本發(fā)明提供的灌區(qū)節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)基于云端服務(wù)器搭建，采用移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，能擴大數(shù)據(jù)傳輸范圍，提高灌區(qū)信息化管理水平。
文檔編號G05B19/418GK103237067SQ20131013353
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者呂辛未, 鄭強, 羅玉峰, 朱非林, 毛程陽, 譚海, 韋雄飛 申請人:河海大學(xué)