引言:
随着信息技术的不断发展,传统的农业水利管理模式已难满足现代化农业发展的需求。构建智慧灌区,实现精细化管理,离不开信息化设备的全面应用和系统集成。那么,一个现代化灌区需要哪些信息化设备?它们又将如何高效协同运行?让我们一一展开剖析。

一、田间大脑:遥感监测系统
遥感监测系统是灌区信息化建设的神经中枢,它时刻感知田间的方方面面,为科学决策奠定数据基础。

1.自动测报站阵列
测报站由雨量计、水位计、土壤湿度计等专业监测仪器组成,分布在灌区内各关键区域,像”千手观音”般时刻监测着雨量、水位、地温、湿度等关键指标。

2.无人机遥感巡查
遥感监测系统还融入了无人机遥感技术,可根据作业需求制定飞行航线,对整个灌区实施航空遥感巡查。通过可见光、多光谱、红外热像等多种遥感手段,对作物生长状况、渠系积水、设施老化等进行无死角监测,获取影像数据。

3.边缘计算节点
遥感监测系统将大量监测数据汇聚至边缘节点,借助人工智能算法进行现场智能分析,并可根据预设阈值自主触发某些控制指令。

4.专业监控平台
遥感数据最终汇总至后台监控平台,管理人员可实时掌控灌区全景态势,并进一步借助大数据分析、决策支持等模块,制定科学精准的管理策略。

二、水利终端:智能控制执行系统
如果说遥感监测系统是灌区大脑的话,那控制执行系统就是其”四肢百骸”。监测所得,行动所向,两者相互协作,方能实现闭环智能管理。

1.水源控制系统
对灌区各级水库、蓄水池、泵站等水源设施,实施集中监控和远程操控。根据田间需水量,合理调度水源,拓宽或压缩供水通道。

2.渠系控制系统
渠道上布设了大量自动化水利控制设备,如远程闸门、射流控溉阀等,借助无线网络,可对其开合控制、流量调节,从而精准调配干支渠道的流量和流向。

3.田间控制系统
田间布设的滴灌系统、微喷设施等,与监测及控制系统无缝链接,能根据作物生长阶段、气象变化等因素实现自动调节,避免浪费和严重缺水。

三、信息传输:无线网络骨干
现场布设了大量监测和控制设备,但要实现系统协同,稳定的无线传输网络乃是关键。

1.多模无线网络
集成了4G/5G、NB-IoT、LoRa等多种无线传输通信技术,以应对不同场景需求。其中,NB-IoT用于低功耗、低时延的数据监测业务;LoRa用于配置控制指令;4G/5G主攻视频传输和远程控制。

2.多级网络架构
整体上采用扁平化网状网络结构,同时在枢纽区域部署中继节点。监测设备通过扁平网络上传本地数据,同时接收控制指令下发,而视频监控等大数据则通过靠近中继节点汇聚传输。

3.边缘云协作
现场布设的边缘计算节点云,可为附近设备提供边缘智能服务,实现就近分析和快速响应,同时也与中心云系统无缝集成,实现云边端协同。

四、能源供给:电力及新能源供电系统
无线设备电量耗尽,则系统需重啼停转。因此,为各设备提供可靠、持久的电力供应十分必要。

1.绿色能源回路
充分利用太阳能、风能等新能源,借助光伏电池板、小型风力发电机等装置,为田间监测仪和自动化控制执行终端供电。

2.智能电力系统
为庞大灌区配电线路进行智能化改造,实现自动巡检、故障自愈等功能,确保对重点设备如视频监控系统等,能源供应可靠无虞。

3.储能及供电预警
通过电池、超级电容等方式,为设备配备应急电量。同时,智能监测系统也会分析电量剩余情况,并预先发出电力不足预警。

五、集成平台:数字孪生系统
多种监测与控制设备各司其职,最终都需汇聚至数字孪生系统,方能实现高效整合运作。

1.全要素3D建模
利用测绘和遥感手段,对灌区内地形地貌、水系分布、工程设施及农田作物等进行全要素三维数字化建模。

2.虚实一体映射
将实体空间全貌映射至数字空间后,现场发生任何变化都会实时同步反映到数字孪生系统中。反过来,在虚拟环境内的预演操作,也会对应执行于实体系统。

3.智能运行维护
对所获取的大数据融合分析,可以自动分析故障,制定调度方案,模拟检测设施老化程度,并综合评估系统运行整体效能,为智慧灌区运维保驾护航。

遥感监测、智能控制、无线传输、能源供给、数字孪生,这五大智能信息系统环环相扣,构成了现代灌区信息化装备的核心架构