精准化微灌节水智能控制系统的研究与设计

论文摘要

水是人类的生命线,是制约社会经济发展的物质基础,是影响生态环境的重要因素。水资源紧缺已经是个全球性的问题。我国的水资源不但贫乏,而且分布不平衡。因此,实现水资源的可持续利用,促进生态环境的良性发展,发展节水灌溉农业势在必行。本研究是“十一五”国家科技支撑计划“节水农业综合技术研究与示范”项目的“甘肃干旱内陆区特色经济作物节水综合技术研究与示范”课题（2007BAD88B07-7）的部分研究内容。论文对甘肃内陆河流域（石羊河流域）水资源现状与特点进行了系统分析,依据作物最优灌溉制度模型,研究设计了基于GSM数据传输、远程精准控制的微灌节水智能控制软件系统。主要的研究成果有:1.石羊河流域地表径流年内分配不均,总量呈下降趋势,下游民勤盆地来水逐年锐减。地下水超采严重,地下水位逐年下降,下降速度达到0.57米/年。石羊河流域的灌溉模式主要为常规灌溉,田块大、平整度差,灌溉粗放,灌溉水利用系数为0.40～0.54,用水浪费,农田灌溉用水明显偏高,占85.9%,水资源开发利用程度为159%,现状耗水量大于流域的水资源总量,社会经济用水挤占天然生态用水,导致了生态环境的持续恶化,最终将危及民勤绿洲的稳定。2.依据作物最优灌溉制度理论,提出了石羊河流域几种特色经济作物的灌溉制度。参照灌溉制度理论模型,开发了灌溉制度管理系统。3.GSM网络覆盖范围广,系统抗干扰能力强,通信误码率低,采用GSM网络的SMS（Short Message Service）来完成远程数据采集控制器与中心控制计算机的通信,实现远程灌溉设备的实时监控、灌溉数据采集,具有良好的扩展性。同时,引入自适应均衡技术,对基于LMS算法的自适应均衡器进行了仿真研究,建立了基于MATLAB的系统仿真模型,来校正GSM网络信道产生的数据畸变,保证了数据传输的准确性。4.开发了精准化微灌节水智能控制软件系统,以图表显示、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式,智能化地自动控制灌溉的全部过程,并向用户和管理员提供决策参考。甘肃内陆河流域水资源匮乏,农业灌溉用水量高,灌溉方式粗放,水资源浪费严重,过度利用水资源已导致该地区生态安全脆弱。运用远程控制精准化灌溉智能控制可以取得较好的生态环境效益、社会效益和经济效益,具有较强的推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外节水灌溉智能控制技术的发展状况
• 1.2.2 国内节水灌溉智能控制技术的发展状况
• 1.3 存在的问题及发展趋势
• 1.4 研究内容与意义
• 1.5 技术路线
• 1.6 小结
• 第二章 灌区概况
• 2.1 石羊河流域概况
• 2.1.1 地理位置及行政区划
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 气候
• 2.2 水资源
• 2.2.1 地表水资源
• 2.2.2 地下水资源
• 2.2.3 水资源总量及特点
• 2.2.4 水资源利用现状
• 2.3 种植结构调整与特色经济作物
• 2.3.1 种植结构调整趋势
• 2.3.2 特色经济作物
• 2.4 小结
• 第三章 节水灌溉预报决策
• 3.1 作物灌溉制度
• 3.1.1 充分灌溉
• 3.1.2 非充分灌溉
• 3.1.3 调亏灌溉
• 3.1.4 分根交替灌溉
• 3.2 农田水量平衡原理
• 3.2.1 数学方法
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 作物最优灌溉制度
• 3.3.1 作物水分生产函数
• 3.3.2 模型描述
• 3.4 田间作物灌溉决策
• 3.4.1 计算充分灌溉的灌水定额
• 3.4.2 计算限额灌溉的灌水定额
• 3.4.3 计算灌水边际成本
• 3.4.4 计算灌水或不灌水的边际效益
• 3.4.5 选择节水灌溉决策方案
• 3.5 几种特色经济作物主要灌溉制度
• 3.6 灌溉制度管理模块实现
• 3.6.1 生成灌溉计划
• 3.6.2 自动控制
• 3.6.3 软件实现
• 3.7 小结
• 第四章 数据传输方式设计与优化
• 4.1 基本组成
• 4.2 GSM 模式设计
• 4.2.1 数据电路方式
• 4.2.2 短消息模式
• 4.3 技术实现
• 4.3.1 GSM 控制器设计
• 4.3.2 多通道计算机数据采集模块设计
• 4.3.3 模块集成
• 4.3.4 SIM 卡选择
• 4.4 数据传输误码处理
• 4.4.1 自适应均衡技术
• 4.4.2 均衡器结构的选择
• 4.4.3 自适应算法的选择
• 4.4.4 仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 精准化微灌节水智能控制系统
• 5.1 系统概况
• 5.2 系统总体设计构架
• 5.2.1 系统环境
• 5.2.2 软件功能结构
• 5.3 软件的安装和运行
• 5.3.1 软件的安装
• 5.3.2 软件的启动
• 5.3.3 进入系统
• 5.4 软件基本功能
• 5.4.1 系统主界面
• 5.4.2 智能控制
• 5.4.3 灌溉管理
• 5.4.4 设备管理
• 5.4.5 种植计划
• 5.4.6 土地资源
• 5.4.7 专家知识
• 5.4.8 短信管理
• 5.4.9 历史数据
• 5.4.10 系统管理
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 问题与不足
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 导师简介