关于旱（墒）情自动检测与预警系统的探讨

2010-04-09曹湖海河南省松山机电设备有限公司

河南水利与南水北调 2010年9期

□曹湖海（河南省松山机电设备有限公司)

河南是农业大省，而干旱又是河南最主要的自然灾害之一，且发生频率高，持续时间长，波及范围大，对农业生产有严重影响，如何应对干旱，及时进行农田灌溉保证农业丰收是各级领导的每年工作重点。及时准确地掌握旱情则又是各项工作之首，过去这项工作采用的是人工采集，逐级上报的方式，往往出现误报、漏报、误时等现象，随着现代传感器技术、现代通信技术的发展，使数据的完全自动采集、快速自动传输、准确自动预警成为可能。

一、系统的构成

本系统有信息采集、信息传输、信息处理3大部分组成。

（一）信息采集

信息采集采用旱（墒）情在线传感器、雨量在线传感器等，可以适时地将各种物理信息变成电信号，在软件的驱动下完全自动地向外发送数据，发送时间间隔可以任意调整，可以是1s、1min、或者是1h，这些工作不需要人工操作，1天24h无间断工作，不管酷暑寒冬，风雨交加都能任劳任怨无休止地工作，保证了数据的及时性和准确性。

（二）信息传输

信息传输采用GPRS信息传输系统，其含义是通用无线分组业务，这是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。其显著的优势还在于其“永远在线”。只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。

这种系统不需要任何建设费用，每年仅需几十元的使用费即可，简单方便，无任何“门槛”，只要付费，立即就能使用，并且这种系统稳定可靠，应该作为旱（墒）情自动检测与预警系统的首选。

（三）信息处理

各种数据经过采集、传输送到信息处理预警中心，信息处理预警中心将对各种数据进行处理，数据处理功能是对存放在数据库中的数据，进行1天、1月、1季、1年甚至10年的最大值、最小值、平均值、前差值、积累值和其它各种特殊的运算处理、统计分析。经过处理的数据根据需要，生成各类报表、趋势曲线、使用图表，包括即时报表、班报、月报、年报、各类趋势曲线、棒状图等。

信息处理的另一个重要功能是计算历史同期值，例如：2000～2010年每年3月份旱情数据的平均值、最大值等，2000～2010年每年4月6日的旱情数据的平均值、最大值等，并生成各类趋势曲线、棒状图等。进而对旱情进行分析预测和建立旱情评估模型。

（四）信息处理预警中心的设立

信息处理预警中心设立省中心、地市级中心两级管理中心，采集的数据可以同时传送到省中心、地市级中心，并根据权限分别进行信息处理。

二、系统的功能

（一）报警功能

按轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱4个干旱等级划分旱情，当发生严重干旱时，系统自动发出警报，弹出报警画面，并通过声光方式通知值班人员。报警画面不但显示报警点和报警类型，而且还可以按照报警等级做出相关反应，记录报警的信息。

报警信息一般要进行手动确认，超过时间未进行确认，则自动通过短信方式将报警信息传送到相关责任人及部门负责人的手机上。

（二）地理信息系统功能

地理信息系统基本功能是将表格型数据（无论它来自数据库，电子表格文件或直接在程序中输入）转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析。

具体操作是将各信息采集点的地理位置标注在地图上，这样可以直观地看到各信息采集点具体的地理位置和一个区域内各检测点的分布，用鼠标点击检测点的位置可以看到各检测点的具体数据，便于查询。

（三）直观显示功能

各信息采集点在地图上的标注点的颜色随检测值的变化而变化，即达到不同干旱等级显示不同的颜色，如红色代表特大干旱、橙色代表严重干旱、黄色代表中度干旱、蓝色代表轻度干旱。这样不但可以看到一个检测点的具体数据信息，又可以从宏观上看到一个区域的整体旱情分布，便于从宏观上进行决策。对应于不同的响应级别，制定相应的响应方案。

（四）历史记录查询功能

可以查询1天、1月、1季或者1年的历史记录，并以表格或曲线的形式显现出来。或者查询历史上某1天、某1月的历史记录，并以表格或曲线的形式显现出来。

三、信息采集点的建立

根据统计学的原理，信息采集点的数量当然是越多越能正确地反映真实情况和整体效应，考虑到资金的限制，不可能建立很多，但为了保证系统的实用效果，最起码每一乡镇设立一个信息采集点。

信息采集点的关键工作是测量土壤含水量。土壤含水量的测量主要靠土壤含水量传感器来工作，土壤含水量传感器的工作原理是通过测量土壤的电介质常数，来计算土壤体积含水量。水的介电常数大约是80，土壤矿质的大概为4，空气为1。由于水的介电常数非常高，因此当土壤中的水分含量变化时，土壤的介电常数也随之发生相当大的变化。使用时可将之置于欲测量的土壤中，通过测量传感器上电容的变化，从而测量该介质的介电常数或电容率。还有一种电介质型传感器，是通过测量电磁脉冲经过埋于介质中的波导传导所消耗的时间来测量该介质的介电常数，该传感器称作为时域反射仪（TDR）。但因其价格十分昂贵且相当复杂，大量使用受到限制。

任何可以准确测量电容率的传感器都可用来确定体积含水量。影响因素一般是温度和盐度。因此应选用对土壤盐度和温度效应敏感度相对较低的一种，而且选用要耗电极少，从而更容易实现长期监测。