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果园自动喷灌系统与节水灌溉控制系统在柑橘园上的应用举例
  我们知道喷灌系统是从水源取水并输送、分配到田间，实行喷洒灌溉的水利设施。由水源工程、输配水渠道或管道和喷洒机具等三部分组成。现在果园自动喷灌系统已经得到了广泛的应用，本文主要介绍了忠县柑橘果园自动喷灌系统建设方案。
忠县柑橘智能灌溉控制系统围绕 信息监测 决策控制 系统集成 三个关键环节,综合运用传感器技术、计算机技术、自动控制技术及现代通讯技术,实现了柑橘种植过程的精准监测、高效灌溉和科学管理。系统根据重庆忠县拔山镇柑橘种植特征,对示范点“山顶”、“山腰”、“山脚”不同海拔高度柑橘生理生态信息及本地气象进行实时监测,同时配套灌溉施肥系统,为柑橘生长提供了最优的水肥保障。
一 基本情况与需求分析  
     果园节水灌溉控制系统选择“忠县柑橘智能灌溉控制系统”为例进行介绍。忠县位于重庆市中部、三峡库区腹心地带，是重庆市重点柑橘生产基地县。忠县柑橘生产主要涉及石宝、甘井、黄金、拔山、双桂、新立和涂井等八个乡镇。忠县正在打造国家级农业旅游示范区“中国柑橘城”。提出了“中国柑橘看重庆，重庆柑橘看忠县”的口号，忠县建成了全国最大的工厂化柑橘脱毒容器育苗基地、国家柑橘工程技术中心、15万亩高标准加工橙基地果园和亚洲第一条 NFC非浓缩橙汁加工线；重庆三峡建设集团和重庆博富文柑橘公司两大龙头企业进驻忠县建设橙汁加工厂，建立了完整的现代柑橘栽培技术标准，以柑橘产、加、销、研、学、旅为核心的产业集群初具雏形，产业竞争优势明显。忠县先后被评为“全国农业(柑橘)标准化示范县”、“全国工农业旅游示范点”，忠县锦橙获得重庆市“消  费者最喜爱柑橘”称号。  
     为进一步提高忠县柑橘产业的现代化水平，忠县果业局提出以“果树信息、智能决策、精准管理、优质高效技术”多种技术相结合为基础，以研发核心技术与装备、建设核心示范基地为主要载体，以整合资源、由浅入深、循序渐进、以点带面为策略，通过现代农业技术应用解决忠县柑桔产业链条中的主要技术问 题，使忠县率先在我国果树行业实现生产过程现代化，以科技进步提升忠县柑桔产业的素质、核心竞争力和国内外的影响力，再次引领中国柑桔产业现代高新技术发展方向。2009年 6月，忠县果业局委托北京农业信息技术研究中心进行柑橘精细管理技术的技术集成应用与示范，示范基地位于忠县拔山镇杨柳村，基地覆盖面积约300亩柑橘园，灌溉方式为滴灌。
  二 果园自动喷灌系统设计                                
    忠县柑橘智能灌溉控制系统围绕 信息监测 决策控制 系统集成 三个关键环节，综合运用传感器技术、计算机技术、自动控制技术及现代通讯技术，实现了柑橘种植过程的精准监测、高效灌溉和科学管理。系统根据重庆忠县拔山镇柑橘种植特征，对示范点“山顶”、“山腰”、“山脚”不同海拔高度柑橘生理生态信息及本地气象进行实时监测，同时配套灌溉施肥系统，为柑橘生长提供了最优的水肥保障。  
     系统采用分层分布式结构，主要由1个气象信息采集点、3个作物生理信息采集点、1个井房控制点、现场控制中心及远程服务器组成。另外，系统设计中充分考虑用户需求，对系统的供电和通讯进行了完善的冗余设计，保障了监测数据的连续性和安全性。工作整体流程如下：气象信息采集点与作物生理信息采集点采集各类传感器数据，通过485总线将上述数据上传到控制中心；控制中心接收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，通过无线数传电台发送到井房控制点；井房控制点接收到控制指令后，首先启动柴油机供水系统，待检测到供水压力正常后，开启指定阀门供水。同时，系统实时将现场数据与远程服务器同步，所有数据均在远程服务器中备份，用户只需录入服务器指定网址，通过密码登录，即可实时获取所有数据，并掌握整个系统的运行情况。图1为忠县柑橘智能灌溉控制系统整体结构框图。

图1果园自动喷灌系统整体结构框图
三 系统实现与效果分析  
（一）、气象信息采集点  
    气象信息采集点由采集模块、太阳能充放电设备、各种气象传感器及安装支架组成，利用485总线与控制中心连接。气象传感器监测空气温度、空气湿度、风速、风向、辐射、降雨量6个信息。气象信息采集点及作物生理信息采集点均设计冗余供电方式，通常情况下采用市电供电，当市电掉电时，自动切换到太阳  
能供电，保证传感器数据信息采集正常。  
实际项目建设中，为真实反映柑橘园中的实际气象信息，因地制宜的采用较高支架将气象信息采集点设置在柑橘园中。图2为气象信息采集点实物图。

图2气象信息采集点实物图
（二）、作物生理信息采集点  
     作物生理信息采集点由采集模块、太阳能充放电设备、各种作物生理信息传感器及安装支架组成，利用485总线与控制中心连接。作物生理信息传感器监测叶面温度、叶面湿度、植物径流、及土壤水分 4 个信息。供电冗余方式同气象信息采集点。实际项目建设中，为保护传感设备，防止人为或放养动物破坏，专门建设了不锈钢护栏。图3为作物生理信息采集点实物图。

（三）、井房控制点  
    井房控制点采用改建的方式建设，由新增的 ASE灌溉控制器、无线数传电台、柴油机采集控制柜、远传压力表、液位传感器及原有的柴油机供水设备、自动反冲洗过滤器及电磁阀组成。因井房控制点与控制中心间隔距离较远，且间隔两个山包，所以采用无线数传电台进行数据交互。其中，柴油机采集控制柜负责  柴控制油机供水设备的启停，同时通过采集液位传感器信息换算剩余油量信息，提醒用户及时补充油量。图4为井房控制点实物图。

图4井房控制点实物图
（四）、现场控制中心  
     现场控制中心由采集控制一体机、无线数传电台、手机模块、液晶电视、UPS及配套网络设备组成。现场控制中心供电、通讯采用综合冗余方案：市电供电时，由采集控制一体机获取采集点传感器数据，并实时与远程服务器进行数据同步；市电掉电时，自动切换成UPS仅为手机模块供电，由远程服务器通过GPRS  
网络直接获取集点传感器数据。待市电正常时，由远程服务器将掉电期间的数据返回到现场控制中心。图5为控制中心实物图。

图5控制中心实物图
中央控制软件是柑橘智能灌溉控制系统的核心，采用力控组态软件开发，具有安全管理、传感器参数集中显示、数据查询和统计分析、自动灌溉控制、数据远程发布等功能。图6为中央控制软件截图。

图6中央控制软件截图
忠县柑橘智能灌溉控制系统于2009年10月投入试运行，系统的运行实现了果园信息采集自动化，信息管理远程化，生产经营决策智能化，大幅度提高柑桔栽培与经营管理的科技含量和效益回报，为实现忠县柑橘产业现代化的总目标实现提供了基础数据源。  
附录--托普物联网简介
托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。
托普物联网三大系统产品
我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）
托普物联网模块化智能集成系统
托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。
1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。
3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。
4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。
5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。
6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。