基于Web的新疆棉田灌溉信息管理系统

郑玉玲，马 蓉

（石河子大学机电学院，新疆　石河子　832000）



基于Web的新疆棉田灌溉信息管理系统

郑玉玲，马 蓉

（石河子大学机电学院，新疆石河子832000）

摘要：针对新疆兵团灌溉信息管理系统单一、覆盖面窄、无法实现水资源集中管理。利用Access2010数据库、Web技术、B/S开发模式从建设管理、运行管理、事务管理三方面整合兵团灌溉概况、墒情、用水等信息构建可视化的多级web管理系统。系统数据库具备信息录入、查询、图表显示等功能并为可视化的网络操作平台提供数据支持。农户和水利管理人员远程登录便可访问灌水信息获取灌溉决策。系统实现了灌溉分布式采集集中式管理的交互，打破了运用和管理水资源的时间空间限制，为南北疆灌溉资源共享提供接口，为大数据奠定基础。

关键词：WEB技术；新疆兵团；棉田灌溉；信息管理

0　引言

新疆兵团地域辽阔，水资源匮乏，各团土壤属性、作物墒情、灌溉制度差异较大。兵团现有节水灌溉系统存在无灌溉信息管理系统，或是一套采集设备对应一套管理设备，这样既浪费了硬件软件资源又无法实现资源共享。数据的不完善和软件管理技术欠缺导致兵团已有节水灌溉信息管理系统一年建立、二年使用、三年瘫痪的尴尬现象时有发生。由于固定IP费用较高，动态IP运行不稳定且兵团在节水灌溉信息管理建设中网络投入较少，使得信息存

修回日期：2016-3-7

此节水灌溉信息管理系统是石河子大学机电学院409实验室节水灌溉项目中的一部分，整个节水灌溉系统实现了灌溉的墒情采集和自动控制。信息管理系统是基于web开发平台以access2010数据库为核心将新疆兵团不同师市、兵团、村连近40个站点灌溉资料数据汇总，为不同级别管理人员提供可视化的查询、统计、决策服务。实现以兵团带师市、师市带团场、团场带村连的不同级别相互依存的阶梯形信息管理系统。

1　材料和方法

1.1总体结构和功能

系统以满足新疆兵团灌溉管理人员和农户实用性为原则，设计以建设管理、运行管理、事务管理为基础的阶梯型管理系统。各级在统一管理内容标准前提下完成各自独立的管理任务。搭建实现师市、团部、村连不同级别单位的权限管理、审核编辑及可视化操作的web服务平台。根据水量平衡原理为农户提供灌水决策以便优化灌溉控制。系统结构如图1所示。

图1　系统总结构图

1.2数据库设计

为使数据库满足可维护性、兼容性、数据能够不断更新扩充，系统选用可存放多类型数据元素，融合Database Engine和图形用户界面功能的小型多用户ACCESS2010数据库［1］。基于少而精的原则选择农户和管理人员最关心的灌溉信息构建数据库，数据表结构如表1，E-R模型如图2。数据库内容如下：

1.2.1建设管理

（1）灌溉项目建设：布线标准、场地标准、包装贮运标志、设备雷击保护、软件开发规范、遥测水位计、水位观测标准、水闸设计规范、检测技术规范。

（2）灌溉设备：输水流量、总扬程、泵站坐数、机井数量、装机容量、年耗电量。

（3）灌溉概况：地理位置、灌溉风采、经济情况、灌溉面积、需水合计。

1.2.2运行管理

（1）设备管护：设备管护情况、年修情况、设备更新情况。

（2）墒情信息:降雨量、气温阈值、相对湿度、均匀风速。

（3）用水信息：施灌时间、选用方法、需水定额、各时期需水特性。

1.2.3事务管理

（1）灌区监控：检测方法、雨水情况、水源特性。

（2）水资源调配：用水计划、配水计划、年度配水计划、时段配水计划。

（3）公众服务：文档汇总、水利信息、惠民服务。

表1　部分数据结构

图2　数据库E-R模型

1.3系统开发环境

本文立足于Windows平台，采用B/S模式、.net技术。客户端界面利用Dreamweaver网页制作软件和HTML语言建立，安装配置合理的IIS使得灌溉信息能在互联网上进行跨平台的文件交换，农户向服务器发出请求，服务器收到后与后台数据库构建连接，对请求做出响应并通过HTTP通信协议把结果输送到客户端供给用户浏览［2～4］。农户登录后可点击各模块进入所需界面。

2　系统功能实现

2.1多级管理登录

本系统为多级阶梯型管理系统，不同用户具有不同权限，各级相互依存，下级受上级管理。兵团为一级工作站汇总下级工作站的报表数据，享有最高权限，能够访问下级工作站及任一点采集的数据。为保障系统安全，设置专属登录窗口。不同级别单位需输入统一规格的账号和密码方可浏览其权限范围内数据。系统管理员对各级提交资料进行审核后在web平台上实时发布更新显示，农户登录本系统能对自家棉田信息进行浏览查询并得到灌水决策建议。

2.2棉田灌溉信息编辑

用户可根据自家实际情况对系统中灌溉信息进行录入、增删、实时更新。信息录入时农户登录浏览器选择相应模块工作区便可进行编辑，提交后交由上级审核。上级用户登录后浏览器会弹窗显示下级审核申请，以便快速处理保证灌溉信息的高效管理。某用户灌溉信息编辑界面如图3。

图3　某用户灌溉信息编辑界面

2.3灌溉信息综合查询

信息综合查询功能使农户和管理者将主窗口准确定位在符合相应条件的记录上，系统可选择性的下载和导出所需数据文件。方便农户了解自家灌溉信息和历年气象数据直观地控制灌溉量，为灌溉提前做好准备。兵团灌溉管理人员可通过浏览器宏观了解当地节水灌溉情况。在棉花生育期内系统可根据棉花苗蕾、花蕾、吐絮、花铃不同生育阶段需水特性结合当前棉花温湿度给出灌溉建议。某用户灌溉查询界面如图4。

2.4预警提示

管理人员在信息管理系统中设定预警值，预警可通过网络、电话、短信三种方式告知管理者，通过预警提示，管理员迅速对作物进行管理。如当土壤水分当天出现最大值体积含水量达到90%以上或者出现最小值体积含水量降到20%以下将会给管理员发送预警提示。

图4　某用户灌溉查询界面

2.5灌溉决策

节水灌溉决策即确定该不该灌水、何时灌水、灌多少水。结合土壤含水量是否达到棉花适宜生长指标、天气预报情况、作物所处生育阶段是否处于适宜调亏阶段等要素。最终的灌溉决策取决于经济学中的边际概念与经济效果原理。

2.5.1边际灌水成本确定

式中 SF—斗口水价（元）；ρ田ρ斗—田间水及斗渠水的利用系数；cost1—充分灌溉单位面积边际供水成本；cost2—非充分灌溉单位面积边际供水成本。

2.5.2边际灌水效益确定

根据农田水量平衡原理：

式中 M—灌水定额 m3/hm2；P—有效降雨量m3/ hm2；G—地下水补给量m3/hm2；SW —作物根系活动层土壤储水量变化值m3/hm2；ET—作物蒸发蒸腾量m3/hm2。

式中 B1—充分灌溉边际灌水效益；B2—非充分灌溉边际灌水效益；PY—棉田单价，元；△Y1—充分灌溉下棉田增产量kg；△Y2—非充分灌溉下棉田增产量，kg。

2.5.3预报未来灌水时间

式中 Pe—有效降雨量，mm；ASW—土壤有效储水量mm；ETc—T时段内平均每天作物蒸发蒸腾量，mm/d，Ge—T时段内平均每天地下水有效补给量，mm/d。

由以上各式：若B1＞cost1或者B2＞cost2从经济角度来讲应当施灌，具体采用哪一种方式，在灌水量不受限制的条件下B2/cost2＞B1/cost1则应当实施非充分灌溉的灌水策略，反之，则实施充分灌溉的灌水策略。由（6）式来确定灌溉间隔天数。

2.6提供灌溉便民服务

系统事务管理中的便民信息模块会定期更新发布先进灌溉技术、利民政策、灌溉作物信息、市场信息等，帮助农户通过信息网络，选择利用先进灌溉技术以发挥自身优势提高土地和水资源的利用率。基于网络平台的灌溉信息管理系统是管理者和农民之间的一道桥梁，不但加强了灌溉与农作物、市场需求、农业生产资料等部门的信息联系更使灌溉过程的各个环节不再孤立，形成紧密联系的产业链。用户可视化浏览网页如图5所示。

图5　信息管理系统网页

3　结论

系统具备多用户管理登录、棉田信息编辑、信息查询决策、可视化浏览等功能。本系统实用性强，界面友好，实现了远程可视化的信息管理。系统汇总南北疆多个采集系统的灌溉资料，节约了灌溉管理成本，对提高用水效率、促进节水灌溉规模经营具有重要意义。

参考文献:

［1］沈杰辉.基于GIS的灌溉信息管理和控制决策系统研究、［D］.浙江大学，2006.

［2］王宝忠.基于GIS灌区基础信息系统设计与实现［D］.长江科学院，2007.

［3］宋妮，王景雷，孙景生.基于Access的灌溉信息管理系统［J］.节水灌溉，2007，02:37～39.

［4］李玉平.节水灌溉智能决策与管理专家系统研究［D］.西北农林科技大学，2006.

［5］吴俊周.基于Web Service技术的节能节水信息系统集成方案研究［D］.兰州理工大学，2011.

［6］季海燕.灌溉信息管理系统的研究与设计［D］.南京：河海大学，2004.

［7］李军．节水灌溉自动化控制技术管理方法［M］．北京：中国农业出版社，2014.

［8］ZHI Fang Chen，NI Song，A decison support system for watersaving trrigation management［A］.IEEE.China Agriculture University.［C］.IEEE、China Agriculture University:2010.12.

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.01.009

中图分类号:S275

文献标识码：A

文章编号：1007-7782（2016）01-0028-04

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）智能农业装备目标识别定位与控制技术项目（2013AA102307）

通讯作者：马 蓉储存在问题。未来我们将生活在大数据时代，建立完善的节水灌溉信息管理系统对高效专业的处理海量灌溉信息、共享灌溉资源、优化灌溉内部结构、决策指导灌溉有重要意义。

Xinjiang corps cotton irrigation management information system based on Web

ZHENG Yu-ling MA Rong
（Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832000，China）

Abstract:In order to solve Xinjiang Corps for irrigation information management system single，narrow coverage，unable to achieve centralized management of water resources.Used Access2010 database，Web technology，B/S development model to integrate irrigation Corps profiles，moisture，water and other information，from building management，operation management，transaction management to establish a web-based information management system.System database includes the functions of information entry，query，chart display to support the visual network operating platform，web operating platform to help farmers and water managers have the access to the network to get information and irrigation decisions.The system achieved the interaction irrigation centralized management of distributed capture，breaking time and space utilization and management of water restrictions，provided an interface for the southern and northern irrigation to share resource，laid the foundation for the big data.

Key words:Web technology；Xinjiang corps；Cotton field irrigation；Information management