城市园林灌溉智能监测系统

1 系统概述 1.1 项目背景 我国的城市大规模绿化已高速发展数年。在城市中大规模绿化自然好处多多。如改善 生态环境、美化城市、提高城市地位、增加旅游收入、改善投资环境，吸引外资等。北京 申奥和上海申博成功，将在我国各大中城市掀起新的绿化高潮。 树木有三分栽七分管之说。城市绿化植物为草、花、树、灌木等。其中很多种植物水 敏感性极强。供水不足，如遇干旱、高温天气，会迅速枯萎，直至死亡。由于管理不善， 草坪绿地因灌水不足枯萎，灌水过多淹没、渗漏、跑水等现象屡见不鲜。事实上，园林绿 地的灌溉管理非常重要，而目前最缺乏的就是灌溉管理。 目前比较流行的灌溉系统有以下两种： 1、节水型的灌溉系统，就是采用各种省水、保水的灌溉技术，包括灌溉管理技术等， 以满足绿地的绿期、色泽、枝叶挺拔、鲜嫩、耐践踏等基本使用功能。比较而言，现代园 林绿地的灌溉已经比较现代化，基本消除了地面灌溉水量浪费大的问题，节水效果亦很显 著。但是，园林绿地节水的潜力仍然很大。需要研究的问题仍然很多。例如，不同气候条 件下各种园林植物的需水量及其变化规律，就是一个有待深入研究的问题，一旦掌握了这 个数据，就可以应用先进的灌溉技术适时、适量地向植物供水，真正实现精确节水灌溉。 2、精准型。园林绿地灌溉的精准化是以智能化技术为基础，就是根据不同植物的需 水规律，在灌水数量、灌水时间、供水空间上做到精确控制。利用遥感技术（rs） 、地理信 息系统（gis） 、决策支持系统（dss）甚至全球定位系统（gps ） ，及时采集绿地信息，经过 信息处理和决策，以智能化的方式控制灌溉系统，达到按需水变量投入水资源，目前初步 的精准灌溉采用定时器控制，我国引进已有十年多，但应用尚不普遍，采用定时器控制灌 溉，比人工控制要节水得多，它可以针对不同气候和时段，设置不同程序，减少了随意性。 精准型灌溉起源于高尔夫球场的养护，对于城市绿化利用精准型灌溉的方式值得商榷。 理由如下： 1、植物种类多。除运动场等由单一草坪植物组成的绿地以外，大多数园林绿地都是一 个由乔、灌、花、草等多种植物组成的人工生态群落，不同植物对水分的需求也不同。 2、面积大，涉及范围广。无法集中安装喷灌设备，无法解决电源问题。 3、一次性投资大。利用卫星通信，电磁阀，各种传感器，喷灌装置和集群设备。 1.2 系统优点 江苏宏瑞以植物生存极限需水量为依据，在多年实践总结的基础上，利用物联网技术 研制了 HPT-8100 城市绿化智能灌溉监控系统。系统具有以下优点： 1、 为精细化灌溉提供详细的数据基础。 2、 为当前高效管理提供可靠的数据基础。 3、 投资少，一次设计，分批实施。 4、 根据不同植物需水性，分别告警、提示灌溉。 5、 一个监测点监测一个区域，区域大小根据管理设定。 6、 便携装置测试监测区域内其他绿化带与监测点蒸腾蒸发值（ET）的关系。做到动 态模糊计算，以达到尽量少用监测点的目的。 7、 采用人工智能算法，预估一段时间内需维护的绿化带。 2 8、 增加灌溉设备，可扩展为自动灌溉系统。 9、 可设定的灌溉自动提醒策略，多策略组合。 10、年总用水量降低 30%左右，水费+总运行费降低 35%。 3 方案概述 3.1 无线测控终端 HPT-8100 是以江苏宏石通信科技股份有限公司自主开发的 PSTC2000 为核心，配以水份、 盐分、养分等传感器构成的绿化土壤监测终端。可实时监测土壤水分同时可以测量大气或 土壤温度。可同时测土壤表层和不同深度的土壤土壤容积含水量。精度高，容量大，体积 小，可长期监测。可用于农田、水利、森林、草坪、公路养护等的长期监测。它作为城市 绿化监测系统一部分与其他设备集成组成城市绿化监测综合自动化系统。 HPT-8100 具有以下功能： 采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器；内设工业时钟，精确计时； 12V 可充电蓄电池+太阳能电池浮冲供电，根据用户使用条件，可以选配电池容量以及 太阳能电池功率大小，电池寿命三到五年左右。 用户可以编程的量程转换和报警上下限设定； 自动定时上报和事件触发上报功能； 模拟量采集：四路 16 位模拟量采集通道，支持双端差分信号或单端模拟量输入； 数字量采集：两路数字量输入； 电池电压：电池电压实时检测，当出现欠压报警时通知用户及时更换； 防水等级：IP68 HPT-8100 具有以下特点： 1、 准确性：计量数据报告的及时、准确；运行状态数据的无丢失；运行资料的可 处理，可追踪； 2、 可靠性：全天候运行；传输系统独立完整；维护操作方便； 3、 经济性：用户可以选择两种方案组成远程监控网络平台； 4、 实用的低功耗电池供电技术：对于现场没有电源的监测点，可以采用电池供电 的水分变送器由采集终端直接升压驱动。选用了最先进的低功耗集成电路技术， 使得数据采集和传输的电源功率非常低，休眠电流50uA。 5、 互换性和拓展性：系统统一规划，分步实施，随时可以扩充盐分、养分的信息 监测。 装置由性能优良的无线通讯 模块、位高精度交流采样板、 先进的高速 Flash Memory 微处 理器为核心的主控单元以及各种 外围接口、线性电源等组成，其 功能和性能完全符合电力部标准。 终端采用智能模块化设计，内部 I2C 总线结构，软、硬件扩充性 能好，可靠性高，抗干扰能力强； 安装、调试及维修方便，可在强 电磁干扰等恶劣环境下长期可靠 无线测控终端模块框图 江苏宏瑞通信科技股份有限公司 共 7 页第 3 页 地工作，是一种比较理想的城市绿化智能灌溉监控系统。 3.2 终端主要技术指标 直流模拟量输入：4 路。与传感器互联，采集压力，流量、温度等信号 数字量输入： 2 路。用于开关信号检测，如门禁开关。 数字量信号正确率：99.5%。 模拟量合格率：99.5%。 模拟量综合误差：0.5%。 实时时钟： 误差0.12s/h。 静态功耗：12V/1mA。 环境温度：-35 +70。 相对湿度：90%。 大气压力：86kpa106kpa，66kpa110kpa 。 4 系统功能 功能类型 功能列表 描述 土壤成分 植物默认成分 值 记录每种植物的土壤成分值，最多 可设定 12 个日期段 包括 ET,盐分，养分 最大成分含量 超过报警，提醒养护 最小成分含量 低于报警，提醒养护 植物土壤 管理成分 管理 最优成分含量 数据巡测 巡测方式 描述 巡测内容 自动巡测 可自由设定巡测时间，建立自动巡 测任务，召唤终端设备测量数据。 巡测内容包括土壤水 分，盐分，养分，日 照，温度等 人工巡测 用户可以手动操作，即时召唤终端 设备测量数据，了解设备状态。 数据巡测 主动上送 1、监控设备可按照用户需求配置循 环上送终端测量数据，也可配置为 需要时上送测量数据。 2、监控设备检测到运行故障或产生 突发事件时将数据送到监控中心。 告警功能 告警方式 描述 告警内容 文字告警 以文字的形式在界面上推出告警内 容。 语音告警 在文字显示告警的同时以语音的方 式同步播放告警内容。 告警功能 短信通知 重要告警内容通过短信模块发送短 信至负责人手机。 包括设备的各种异常 状态：缺水状态，浇 水告警，溢水告警， 常规养护提醒，门禁 防盗，电池缺压等告 警 。 管理功能 管理内容 描述 管理功能 设备管理 具备系统档案管理功能，能够进行 终端设备的添加、删除、编辑和参 数设置等。 4 区域管理 设置区域绿化植物，区域监测终端， 区域常规巡视、养护任务等。 图形管理 查看土壤水份含量曲线图 温度，日照，曲线图 报表管理 对各监控终端的历史运行数据（包 括各种异常告警内容和测量量）进 行查询，形成查询报告和曲线分析 图。对养护工作形成报表。 5 系统界面示例 5.1 监控系统界面示例 江苏宏瑞通信科技股份有限公司 共 7 页第 5 页 5.2 WEB 界面示例 6 6 典型方案配置清单 6.1 单机控制系统 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 必配/选配 1 监控计算机 DELL OptiPlex 系列 台 1 必配 2 日照强度传感器 套 1 必配 3 温度传感器 套 1 必配 4 监测终端 HPT-8100 台 按工程配置 必配 5 手机 二代 WINDOWS MOBILE 机或三代 GOOGLE 智能 机 台 维护人员使用 选配 6.2 集群控制系统 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 必配/选配 1 数据服务器 DELL 780 MT 系列 台 1 必配 2 应用服务器 DELL 780 MT 系列 台 1 必配 3 WEB 服务器 DELL