DB41∕T 2416-2023 高标准农田智慧灌溉技术规程(河南省).pdf

ICS 65.060.35 CCS P 55 41 河南省地方标准 DB41/T 24162023 高标准农田 智慧灌溉技术规程 2023-06-06 发布 2023-09-05 实施 河南省市场监督管理局 发 布 DB41/T 24162023 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 基本条件.1 5 硬件布置.2 6 软件安装.4 7 系统调试.5 8 系统运行.5 9 系统维护.6 DB41/T 24162023 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由河南省农业农村厅提出并归口。本文件起草单位：华北水利水电大学、河南省山水田园规划设计有限公司、河南省土壤肥料站、河南邦友科技有限公司、河南省农村供水总站。本文件主要起草人：魏义长、陈伟峰、黄喜良、马鹏飞、汤向辉、黄达、杨先明、苏新宏、杜君、张霞、李道西、葛建坤、张素娟、丁伟强、谢宇翔、李国发、鲁琳、赵东保、杨永辉、高翠民、宁东峰、刘洋、黄丰硕、仵迪、刘傲、张磊、高世凯、龚雪文、潘红卫。DB41/T 24162023 1 高标准农田 智慧灌溉技术规程 1 范围 本文件规定了高标准农田智慧灌溉的基本条件，确立了硬件布置、软件安装、系统调试、运行和维护等阶段的操作指示。本文件适用于高标准农田智慧灌溉布置、运行和管理。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 28418 土壤水分（墒情）监测仪器基本技术条件 GB/T 28452 信息安全技术 应用软件系统通用安全技术要求 GB/T 306002022 高标准农田建设 通则 GB/T 50085 喷灌工程技术规范 GB/T 50363 节水灌溉工程技术标准 GB/T 504852020 微灌工程技术标准 SL 364 土壤墒情监测规范 SL 5152013 水利视频监视系统技术规范 DB41/T 18332019 农业小气候自动观测规范 3 术语和定义 GB/T 30600界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 高标准农田 田块平整、集中连片、设施完善、节水高效、农电配套、宜机作业、土壤肥沃、生态友好、抗灾能力强，与现代农业生产和经营方式相适应的旱涝保收、稳产高产的耕地。来源：GB/T 306002022，3.1 3.2 智慧灌溉 以采集数据为基础、模型算法为核心、现代化装备和系统平台为载体，通过现代信息技术与高效节水灌溉理论、技术深度融合，实现灌溉全过程、全环节的信息数字感知、智慧决策、智能控制和协同管理，保持农田水、肥、作物最适关系，达到节水、高效、高产、优质的灌溉方式。4 基本条件 田块条件 4.1 DB41/T 24162023 2 应符合GB/T 306002022第5章规定的建设区域和规模化经营、集中连片333 hm2以上的耕地。农田基础设施条件 4.2 应符合GB/T 306002022第6章规定的灌溉与排水、田间道路、农田防护与生态环境保护、农田输配电等农田基础设施条件。人员条件 4.3 管理和操作人员应具备信息技术、灌溉及电工等相关专业知识。5 硬件布置 灌溉系统 5.1 5.1.1 组成 由灌溉首部枢纽、输配水管网、灌水器等硬件组成。5.1.2 安装布置 按下列规定进行：a)灌溉首部枢纽和输配水管网按 GB/T 504852020 第 7 章的规定进行施工和安装，并配备水泵变频器或稳压控制器；b)灌水器(滴头、喷头、滴灌管、微喷带等)按 GB/T 50363 的规定进行选型和铺设；c)若采用管道式喷灌，其骨干输水管宜采用 PVC-U 或 PE 材质，地下埋设；田间输水管宜采用 PE材质，地上铺设；d)若采用地面轨道式移动喷灌，移动输水管及配套的灌溉机组按 GB/T 50085 的规定进行选型和铺设；e)若采用地面渠道供水式移动喷灌，输水渠道及配套的灌溉机组按 GB/T 50363 的规定进行建设和铺设。灌溉数据采集系统 5.2 5.2.1 组成 由数传流量计(表)和压力表等硬件组成，用于监测灌溉流量和管道压力数据。5.2.2 安装布置 按下列规定进行：a)在水泵出口和每个灌水小区（或灌溉单元）入口均安装数传流量计（表）和压力表，计量灌溉总水量、监测系统工作压力，以及分区水量、压力数据；b)在每个过滤器前后均安装数传压力表，当过滤器前后压力差达到一定设定阈值时，对过滤器进行反冲洗。土壤墒情数据采集系统 5.3 5.3.1 组成 为土壤墒情（水分、湿度）传感器，其技术参数应符合GB/T 28418的规定。DB41/T 24162023 3 5.3.2 安装布置 在典型灌溉单元内均匀地安装布置3个监测点，按SL 364的规定，在每个监测点监测10 cm、20 cm、40 cm土层深度的土壤含水量（湿度）数据。田间小气候数据采集系统 5.4 5.4.1 采集参数 宜选配具有以下两类采集参数的田间小气候监测站：a)常规采集参数：气温、空气相对湿度、风速、风向、雨量、太阳总辐射、土壤温度（湿度）；b)增配采集参数：光合有效辐射、二氧化碳浓度、冠层红外温度、冠层总辐射。5.4.2 位置选择 应符合DB41/T 1833的规定和以下要求：能代表灌溉控制地段的气候、土壤、地形、地势、主要耕作制度、种植管理方式及产量水平；种植面积较大的作物种植区域内；距离林地、建筑物、道路（公路和铁路）等 20 m 以上，远离河流、水塘、水库等大型水体，减少对农田小气候的影响。5.4.3 安装布置 按DB41/T 18332019中7.2的规定安装布置田间小气候监测站。灌溉控制系统 5.5 5.5.1 组成 由电磁阀(或电动阀)、压力流量调节控制阀、施肥（药）装置和灌溉控制器等硬件组成。5.5.2 选型与安装 按GB/T 504852020第6章、第7章的规定进行选型和安装。视频监视系统 5.6 5.6.1 组成 由各级前端视频采集设备、供电系统、通信网络、存储系统、图像显示系统（屏）、智能摄像机、视频处理设备、传输网络设备和监视工作站等硬件组成。5.6.2 监视点位置选择 在灌溉首部、典型灌溉单元（小区）及移动喷灌设备上均应布置视频监视系统，其位置选择按SL 515的规定。5.6.3 安装布置 按SL 5152013中6.3的规定进行安装布置。通信系统 5.7 5.7.1 组成 DB41/T 24162023 4 由通信控制(采集)器、现地通信控制(采集)器、天线、中继器等硬件组成。5.7.2 安装布置 按下列规定执行：a)通信协议均宜采用具有双向数据交换、校验功能的国际标准，并具备能够及时纠正传输错误数据包的功能；b)有线通信宜采用以太网（Ethernet）、有源以太网（PoE）、推荐标准 485（RS485）、控制器局域网络（CAN）等；无线通信宜采用蜂窝（4G 或 5G）、远距离无线电（LoRa）、窄带物联网(NB-IoT)、无线保真（WIFI）等通信方式；c)灌溉监控中心（室）与外部通信的网络宜布置通信光缆，监控站（节点）与灌溉监控中心（室）之间通信宜采用无线网路；d)当灌溉监控中心无线控制(采集)器和现地无线控制(采集)器之间的距离超过有效通信距离时，应加装中继器，保证通信稳定可靠。灌溉监控中心(室)5.8 5.8.1 位置和环境条件选择 应符合以下规定：远离强磁场、污染源、粉尘等，环境清洁；足够的照明设备，并设有应急照明系统；机房内安装烟火报警装置，灭火器应置于便于取放处，出入口应保持通畅，所有装饰材料采用防火材料；空调前部、上部进风，后部出风，保持室内温度 25 3，相对湿度 5010；整个供电系统以系统专用地线单一点为零点参考，有足够的功率满足系统的功耗以及未来系统扩充要求；接地电阻值小于 1。5.8.2 设备购置与布置 应购置质量体系具有严格保证、完善的服务和支持网络的设备，且具备标准化、商业化、技术成熟、性价比优及良好可替代性的特点；在灌溉监控中心(室)应布置服务器、灌溉控制设备、网络设备、打印机、不间断电源等，其布置按GB/T 50363、SL 515的规定。6 软件安装 组成 6.1 由计算机操作系统、数据库和智慧灌溉云平台(软件)等组成，其中智慧灌溉云平台(软件)由田间设备管控、管道输水计量、灌溉数据展示、实时视频监控、系统综合管理、智慧灌溉决策等模块组成。功能 6.2 6.2.1 计算机操作系统的功能包括处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理等。6.2.2 数据库的功能包括数据定义、存取、管理、传输、数据库建立和维护等。6.2.3 智慧灌溉云平台(软件)具备实现农田环境信息的接收，综合气象站提供的数据，生成适合的灌溉施肥模型，对水肥管理设备进行参数配置和联网控制，各模块具备的功能如下：DB41/T 24162023 5 a)田间设备管控模块：按灌溉单元显示所有灌溉、监测、通信设备等的位置和运行状态；b)管道输水计量模块：显示灌溉系统中所有数传流量计（表）和压力表的数值，以及电磁（电动）阀的开启与关闭状态；c)灌溉数据展示模块：展示每个灌溉单元土壤含水量、作物耗水量、土壤有效含水量等数据信息；d)实时视频监控模块：实时显示田间摄像头所监控的田间作物长势、灌溉系统设备、通信设备的影像；e)系统综合管理模块：对灌溉系统运维管理、日志管理、设备管理和安全控制等，管理员对农田、作物、设备、用户、角色进行更新操作，不同角色分配不同的权限；f)智慧灌溉决策模块：根据作物产量、气象资料、土壤墒情、作物耗水量的大数据分析和机器学习结果生成灌溉决策。安装 6.3 按照软件要求的硬件环境安装操作系统、数据库管理和智慧灌溉云平台等软件，在普通用户访问之前，应按GB/T 28452的规定进行初始用户、管理员职责、系统审计跟踪设置以及对客户的合适的访问控制。7 系统调试 一般规定 7.1 在智慧灌溉系统设备布置和软件安装好后，应对智慧灌溉系统进行调试，满足下列各项要求，视为系统调试合格，否则为不合格：调试期间系统不发生异常情况，计算机不重启、不死机；能根据智慧灌溉决策模型对数据进行过滤、计算、矫正和存储；设备故障导致错误数据可以自动去除，错误数据量小于 0.5%，数据存储时间应超过 1 年；1 万条以内信息数据量查询时间不超过 3 s，20 万条以内信息数据量查询时间不超过 20 s。调试步骤 7.2 信息安全调试按GB/T 28452的规定进行，其它调试宜按如下步骤进行：a)运行服务器软件，观察并记录服务器软件自动进入工作状态的情况；b)从设备终端向控制终端发送数据，通过服务器日志观察并记录服务器数据接收以及指令下发情况；c)分别断开设备终端链接的主链路，查看设备工作状态情况；d)通过移动终端和固定终端分别进行远程控制设备操作，观察并记录操作结果。8 系统运行 智慧灌溉云平台（软件）根据数据采集系统获取和当地气象部门提供的数据，结合水量平衡原理，8.1 耦合作物长势等信息，智慧灌溉云平台（软件）自动计算土壤水分常数、最大灌水定额，制定灌溉制度，形成智慧灌溉决策，再运用大数据分析和机器学习等方法判断是否需要灌溉。当需要灌溉时，通过通信系统向灌溉控制器发送指令，灌溉控制系统接收信号后，水泵启动。8.2 灌溉水经过滤器将杂质进行过滤，在过滤器运行中，若过滤器两端的压力差超过设定阈值，过滤8.3 器启动反冲洗；待反冲洗结束，继续向系统供水。DB41/T 24162023 6 当需要随灌溉施肥时，施肥机进行配料，由比例式注肥泵分配到各施肥器中，输入到灌溉管网中。8.4 当灌溉水（肥）输入田间后，通过布置在田间的灌水器(滴头、喷头等)进行灌溉及施肥。8.5 当灌溉水量或灌水时间达到程序设定值时，轮换到下一个灌溉单元；当所有灌溉单元都依次灌溉8.6 完毕，关闭系统，完成灌溉。9 系统维护 应定时、定期巡检智慧灌溉系统，包括电路、传感器、供水管网和建筑物等设备和设施。9.1 按 GB/T 28452 的规定，检查所用电脑安全保护措施及防火墙的开启状态，以防止非法接入、攻击9.2 和病毒感染等。按厂家提供的使用和维修手册规定的要求和使用寿命，应及时更换损坏和达到设计使用寿命的关9.3 键部件。在长期不运行系统时，应派专业技术人员检查连接线路和地线，对灌溉控制系统进行通电维护。9.4 检查、清理数据采集和控制传感器周围的异物。9.5 对智慧灌溉云平台(软件)进行及时维护和更新。9.6 备份数据，以免计算机和网络故障，造成数据丢失。9.7 所有检查、维护情况应记入值班日志中。9.8