浅析PDA技术在灌区灌溉管理系统中的应用

孙效丽 黄 涛 姜 涛 黄 波 刘媛媛

一、引言

随着计算机嵌入式系统和DSP（digitalsignalprocess数字信号处理）技术的发展，PDA产品已经从最初的个人资料存储、管理发展到目前的具有能够实现资料同步、GPS、E-mail等多种功能的产品。近年来，PDA技术逐步在农业和环境保护等领域中应用，取得了显著成就。鉴于嵌入式设备的诸多优点，同时考虑到草坪、树木灌溉现场指导的切实需求，本文介绍了PDA技术在灌溉管理系统中的应用。该系统能辅助草坪养护管理人员制定科学的灌溉制度，将草坪灌溉的研究成果转化草坪灌溉的生产实践，可以提高草坪养护质量，并实现节水灌溉的目的，从而提高水资源利用率，促进经济社会发展。

二、系统的构成

本系统由硬件系统、软件系统两部分组成。它是一套功能实用、操作简易、物美价廉的无线灌溉管理信息系统。基于PAD的灌溉管理信息系统，它设计的主要目的是便于灌区的灌溉管理工作，为使用者提供分析灌区的灌溉方案所需要的各项数据资料、数学模型公式，并以交互的方式辅助用户完成管理工作。本系统分为预警分析模块与决策管理模块，预警分析模块可直接展现灌区灌溉相关信息；决策管理模块可以根据预警分析信息进行相关参数的录入，调用模型库公式进行非充分灌溉决策。

1.硬件系统

硬件系统由掌上终端、无线网络、服务器等组成，其网络结构图如图1所示。基于PDA的灌溉管理系统具有诸多优点，供使用者选择使用。

（1）PDA与无线网络

可以内置或外扩一个无线局域网的 modem（或 GSM、CDMA），使之能够有效进入internet或局域网，实时与中心数据库服务器交互信息，便于灌区的管理与查询。

（2）PDA与数据采集卡

可以外扩一个数据采集卡，再配上温度传感器、湿度传感器或其他传感器，使之成为温度仪表、湿度仪表；同时PDA上配有数据库、分析软件和无线网络，就能成为有数据存储和通信功能的分析仪表，方便灌溉管理部门使用。

（3）PDA与条码扫描头

可以外配一个条码扫描头，使之成为一个便携条码扫描设备。与通常意义的条码读写设备相比，它便于携带，可配数据库和通讯功能，故具有实时存储、上网功能，方便灌区工作人进行水费的征收与查询。

根据灌区查询系统的业务特点，整个系统采用Client/Server和Browser/Server结合的方式，将系统建成既能资源共享、又能灵活延展的实用体系。PDA系统的数据库端及GIS部分以C/S方式实现，实时雨、水情信息的发布通过Web的方式实现，构建的系统以B/S方式实现，用户可以通过访问站点及时获取实时雨、水情信息。PDA系统以SQLSERVER2005及SQLServer2005CompactEdition为数据库平台，利用ESRI公司的ArcGIS系列软件产品的ArcPad作为系统开发的地图浏览工具，应用ArcPad获取数据方便而快捷，大大提高了野外数据的有效性和可利用性。

2.软件系统

软件系统由实时监视信息、水情查询信息、灌溉管理信息、工程管理信息、水费征收信息、防洪抗旱信息等组成，可以实现信息的录入、查询等功能，系统在结构上分为数据信息库、参数分析库、知识查询库以及人机交互接口。其系统结构如图2所示。

（1）知识查询库

知识查询库存放一些有关水利的法律法规信息，以及本单位的相关规章制度信息，包括节水宣传信息、相关法律政策、中国水资源状况、水资源自然常识等，可提供预警分析模块查询调用，帮助用户全面了解科学灌溉知识。PDA查询系统通过收集处理实时雨水情、气象、遥测等基础信息，进行相关分析并作出评价，以助于通过会商实现防汛科学指挥，提高水利管理效率，为减灾防灾提供决策支持。

（2）数据信息库

数据信息库存放灌区决策管理过程中经常用到的各种参数表、管理表。其中包括本灌区管辖的植被在不同养护等级下不同时间内的灌溉系数及标准，草坪草种种植面积数据，土壤质地

式中 ：I—— 每次的灌溉水量（mm）;

H——土壤计划湿润层深度（mm），与草坪的根系深度有关；

θu，θd——适宜土壤体积含水量的上限值和下限值，与草坪种类额养护等级有关。

根据土壤有效含水量确定灌溉水量为：果，主要引用的模型公式有草坪耗水量法、水量平衡法、推算法、轮灌法等。预警分析模块包含节水宣传、数据查询两个功能子模块，向用户提供大量的节水灌溉相关法规、政策、常识以及各种草坪植被灌溉的经验数据和各种参数。所有的信息都以知识储备库和数据信息库为基础，在系统开发中知识储备库采用文本方式存储，根据人机交互界面树形目录的分级节点，将文件存储于若干级目录下，不同节点访问不同目录下的文件。系统采用了移动数据库存储数据信息库中的信息。鉴于硬件平台的局限性，选择结构简单、占有内存少的PocketAccess,采用Microsoft基于WinCE的数据库访问对象ADOCE技术和SQL语言进行访问。ADOCE封装了OLEDB程序中使用的大量COM接口，是一种高层的访问技术，支持连接（Connection）、记录集(Recordset)、字段（Field）等关键模块，其开发流程如图3所示。

鉴于PDA硬件资源有限，系统采用在PC机上实现PDA中数据库的创建及维护，使用时只需使用同步工具MicrosoftActiveSync即可将更新后的数据库下载到PDA中，其优点是大大节约了PDA的运行内存，使PDA资源利用率最大化。下面以水量平衡法和草坪耗水量法为例说明本系统的实现过程。

1.水量平衡法模型

根据草坪草适宜含水量确定灌溉水量：参数、喷灌指标、本地区气象数据、水资源数据以及灌溉水质量标准等，可供使用者查询或决策管理。另外，还可以完成实时雨水情信息、卫星云图、雷达图等信息的收集、整理。信息经自动接收，少部分人工干预，进行质量控制及预处理后进入数据库。信息传输主要依托内部通信系统和中国移动通信、广域网和局域网等计算机网络系统。

（3）参数分析库

参数分析库存放各种植被灌溉模型公式，包括确定草坪、树木灌溉水量的水量平衡法、草坪耗水法和确定草坪、树木水延续时间的论灌法、器测法、推算法，供有关专家或使用者根据不同需求调用不同的数学分析模型。

（4）人机交互接口

人机交互接口是使用者之间或使用者与专家之间相互交流的窗口。一方面用户可以通过输入各种参数信息，发布自己的建议或请求帮助信息；另一方面将专家针对用户要求的回应结果直观地反馈给用户，其中含雨水情、气象、遥测信息的发布、查询显示。以B/S模式为用户提供实时雨、水情的查询和信息分析。

三、系统功能的实现

为了便于灌区的灌溉管理工作，用户可以自行输入相关参数，也可以在系统数据库中进行查找调用，通过人机交互界面选择预警分析灌区的植被类型，系统根据模型提供相应的参数界面，提供输入土壤、水质、气象、水量等数据，数据可以从系统数据库中调用。预警分析是根据灌区的植被参数模型进行判断的，为灌区设计的灌溉管理系统归纳了国内外对植被灌溉管理的研究成

式中：Wa——土壤有效含水量，指土壤中草坪能够利用的全部水分，介于田

α——草坪在一定养护等级下所允许消耗的水分，以土壤有效含水量的百分数表示。

2.草坪草耗水量法模型

草坪草耗水量法模型为：

ET=Km·KC·ET0

式中：

ET——草坪的日耗水量（mm/d）；

Kc——草坪的作物系数；

Km——草坪微气象环境修正系数；

ET0——参考腾发量（mm/d）。

用Penman-Monteith公式计算ET0，即：

式中：

Rn——作物表面净辐射（MJ/m-2·d）；

G——土壤热通量密度（MJ/m-2·d）；

T——2m高处的日平均气温（℃）；

U2——2m高处24h平均风速（m/s）；

VPD——2m高处水汽压差（kPa）；

Δ——饱和水汽压曲线斜率（kPa/℃）；

γ——干湿表常数（kPa/℃）。

本系统在人机交互界面的设计上充分利用了WindowsCE开发平台的可视化编程界面、事件驱动编程机制。该系统主要分成若干节点显示不同目录供用户选择，结果主要以Edit控件、Picture控件、ListBox控件进行显示。以数据查询为例，在PDA系统登录界面，通过服务区号、PDA编号、员工工号进入本系统。在系统查询界面，通过植被编号、植被名称、植被种类、植被特性进入植被预警分析界面，通过参数录入信息分析该植被目前的现状：干旱、适宜、汛情，预警分析结果通知管理员采取相应措施，实现了无线网络实时监控的目的。

四、结语

本系统是基于PDA技术和无线通信技术的灌溉管理系统，它具有友好的图形界面、强大的计算及查询功能，可将植被理论应用到实践中，为植被养护及节水灌溉提供了理论上的指导。将汛情旱情监测预警与各类数字化信息实时显示在PDA智能手机上，为汛情旱情监测预警与防汛抗旱管理工作提供科学支持。本系统为灌区的灌溉管理、工程管理、水费征收以及防汛抗旱工作发挥了积极作用，实现了科技信息化在水利信息化中的应用。本系统的推广和应用不仅能帮助植被养护工作人员和管理人员合理地制定出高质量的植被养护制度，同时还能实现节水灌溉的目的，为创建节水型社会做出贡献■