《“四位一体”集雨补灌技术规程 第8部分：智慧控制》

ICS 65.020.99CCSB11FORMTEXT     DB61DB61/TFORMTEXTXXXXX—2024FORMTEXT     “四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制“Four-in-one”RainwaterHarvestingandSupplementalIrrigationTechnologySection8:IntelligentcontrolFORMTEXT征求意见稿2023-12-FORMTEXTXX发布2024-01-FORMTEXTXX实施陕西省市场监督管理局   发布DB61/TXXXXX—2024“四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制范围本文件规定了“四位一体”集雨补灌技术中智慧灌溉工程技术的适用条件、系统设计、软硬件组配系统、系统运行、运行管理、数据管理等要求。本文件适用于“四位一体”集雨补灌工程中智慧控制部分设计、运行管理等，其他灌溉工程可参照使用。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T28452信息安全技术应用软件系统通用安全技术要求GB/T33703自动气象站观测规范GB/T37714公安物联网感知设备数据传输安全性评测技术要求GB/T50085喷灌工程技术规范GB/T50462数据中心基础设施施工及验收规范GB/T50485微灌工程技术标准SL364土壤墒情监测规范SL515水利视频监视系统技术规范GA/T711信息安全技术应用软件系统安全等级保护通用技术指南术语和定义下列术语和定义适用于本文件。智慧灌溉SmartIrrigation采用现代先进的技术和数据分析方法来优化农业灌溉系统的一种方法。它结合了传感器技术、无线通信、数据分析和自动化控制，旨在提高灌溉系统的效率、减少水资源浪费，并优化农作物的生长。灌水枢纽IrrigationHub由水泵、变配电设备、测量和控制设备、水源监测设备、相关安全保护设备等组成，对接四位一体，位于供水流程先端设备的统称。灌水器Emitter喷头、滴头、取水阀等位于供水流程末端的灌水设备的统称，用于将水均匀地分配到农田或植物根部，以满足作物生长所需的水分。小型气象检测站Mini-weatherstations用于监测和记录气象参数的小型设备，具备对温度、湿度、气压、风速、降雨等参数进行采集和传输功能，为灌溉决策提供数据的装置。传感器Sensors用于采集和传输土壤水分、土壤湿度、盐度、土壤pH、土壤含水率等数据的设备，为灌溉决策提供数据的装置。控制系统ControlSystems包含系统软件、专家决策系统、深度学习决策系统、控制模型等软件系统。云服务器Service通过对接灌溉系统，用户可以通过互联网连接到此服务器，运行应用程序、存储数据、进行数据分析等，发出操作指令。控制器Controllers以远程无限通讯方式持续接受云平台的指令，控制输水管网的电磁阀、水泵等灌溉终端执行自动灌溉的装置。系统设计系统组成“四位一体”集雨补灌技术智慧控制系统由信息采集系统和智慧决策系统两部分组成。信息采集系统系统组成由水流量传感器、水压力传感器、土壤温湿度传感器、视频监控设备、环境微型气象站等组成。采用无限通信数据加密传输至云平台，为灌溉决策提供依据。数据采集设备的布设点需具有代表性，保证采集数据的普遍性和正确性，信息采集系统的建设需按照GB/T37714执行。设备选型水流量传感器、水位信息传感器和水质信息传感器水流量传感器根据实际需求安装在水源出口和每个蓄水单元管路入口处。水位信息传感器和水质信息传感器根据实际需要安装在水源地和每个蓄水单元的最深处。水流量传感器计量、监测灌溉实时水量和累计总水量及各分区水量；水位信息传感器和水质信息传感器计量、监测水源和每个蓄水单元的水位高度及灌溉用水水质安全。土壤温湿度传感器土壤温湿度传感器安装规程按照SL364中9.3规定执行。传感器选取点应具有代表性，远离低洼积水、岩石堆等地点。传感器探针采用平行于地面的方向直接埋入土壤植物根系附近，传感器探针埋深点位为地面下不同深度处。小型气象检测站小型气象检测站的安装部署应符合GB/T33703规定的观测地段和站点要求，主要采集空气温湿度、雨量、光照强度等参数。环境微型气象站应远离建筑物、高大植物、河道、沙石地等特殊地段，能反映出灌溉地段的气候、地形、地势等情况，减少特殊气候条件对采集结果的影响。太阳能板面温度传感器、充电电压传感器根据现场部署的太阳能板，安装板面温度传感器和充电电压传感器，获取太阳能板的板面温度及充电电压数据。视频监控设备由各点位智能摄像机设备、供电系统、传输网络设备组成。在水源地、每个蓄水单元、田间灌溉手部、每个灌区管理单元应部署视频监控设备。按照SL515中6.3的要求安装部署视频监控设备。无线数据采集终端、无线灌溉控制终端无线数据采集终端、无线灌溉控制终端由中央处理器模块、4G无线通信模块、光伏供电模块、传感器采集模块、控制器控制模块构成，与灌水枢纽连接。无线数据采集终端用于完成关联传感器的数据采集及传输功能，实时采集各点位传感器的采集数据。无线灌溉控制终端用于完成田间远程实时自动灌溉控制。按照GB/T50485中第6章、第7章的要求安装部署。智慧决策系统系统组成由云平台模块、数据处理分析模块、智能决策算法模块、实时监测模块、无线灌溉控制终端模块、告警管理模块等组成，智慧决策系统运维平均无故障工作时间应大于3000小时，故障修复时间应小于12小时。安全标准应符合GA/T711的规定，软件应定期更新，每个季度进行一次系统维护。云平台模块云平台包括数据存储、处理和数据分析。云平台（软件）需具备各传感器、综合气象站、太阳能供电系统信息的接受。云平台建设按GB/T50462的规定执行。数据处理分析模快对采集到的数据进行处理、特征提取、模式识别等操作。分析数据背后的规律和趋势。智能决策算法模块对灌溉过程进行智能化决策。基于数据处理、分析的结果，根据实时数据和历史数据，自动调整灌溉方案，优化水资源利用效率。实时监测模块监测关键参数：水位、水质、土壤湿度、气象信息等的实时变化。实时数据及时反馈给数据处理、分析模块及智能决策算法模块，及时调整灌溉策略、控制终端。无线灌溉控制终端模块根据智能决策算法的输出，控制灌溉系统的运行。通过无线通信技术，以实现远程监控和控制，确保灌溉系统的稳定运行和灵活调控。告警管理模块对灌区无线终端的离线、传感器采集数据的异常及超过阈值设定等信息，通过微信、邮件、企业微信等方式向灌区操作人员下发告警信息。系统运行系统调试在智慧灌溉设备、数据采集控制设备布置和云平台安装好后，应对系统进行调试，测试合格后开始运行。运行系统调试按GB/T28452的规定进行，其他调试应按照如下步骤进行：1、检查电路和灌溉管网，确认电路和水路系统正常，开机工作。2、运行云服务器，观察并记录服务器自动进入工作状态的情况；3、从无线终端向云平台发送数据，通过服务器日志观察并记录服务器数据接收及指令下发的情况；4、通过移动终端和固定终端分别进行远程控制设备操作，观察并记录操作结果。5、当需要灌溉时，通过通信系统向灌溉控制器发送指令，灌溉控制系统接收信号后，水泵启动。6、灌溉水经过过滤器将杂质进行过滤，在过滤器运行中，若过滤器两端的压力超过阈值，过滤器启动反冲洗。7、当需要施肥时，加入水溶肥，由比例注入施肥器中，输入到灌溉管网中8、当灌溉水（肥）输入田间后，通过布置在田间的灌水器（滴头、喷头等）进行灌溉及施肥9、当灌溉水量或灌溉时间达到程序设定值时，轮换到下一灌溉单元；当所有灌溉单元依次灌溉完毕，关闭系统。完成灌溉。维护与管理设备维护与管理智慧灌溉系统管理、操作及维护人员应具备计算机操作、通信网路和电工的基本知识，能够熟练操作计算机中相关管理控制软件。定期检查和维护水流量传感器、水压力传感器、土壤温湿度传感器、环境微型气象站等硬件设备，确保其正常运行和准确采集数据。清洁和校准传感器，及时更换损坏或老化的部件，以保证数据采集的准确性和可靠性。数据管理与存储建立健全的数据管理制度，包括数据采集、存储、备份和恢复等方面的管理规定。定期备份系统数据，确保数据的安全性和完整性，以防止数据丢失或损坏。安全管理建立健全的安全管理制度，包括网络安全、数据安全和物理安全等方面的管理措施。加强对系统的权限管理和访问控制，确保只有授权人员才能访问系统，并保护系统数据的安全和隐私。性能监控与优化定期对系统性能进行监控和评估，发现系统的性能瓶颈和优化空间，及时调整系统配置和参数，提升系统的运行效率和稳定性。根据实际情况对系统进行优化升级，增强系统的扩展性和适应性，满足不断变化的需求和应用场景。_________________________________陕西省地方标准《“四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制》（征求意见稿）编制说明一、工作简况：包括任务来源、协作单位、主要工作过程、起草组组成成员及其所做的主要工作等；1.任务来源标准制定任务来源于陕西省市场监督管理局2024年第二批地方标准制修订项目《“四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制》（SDBXM215-2024）。《“四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制》是在国家“十五”节水农业重大科技专项（“863”计划）、国家“十一五”863计划课题、“十二五”科技支撑计划课题和“863”计划课题、“十三五”国家重点研发计划课题、“十四五”国家重点研发计划课题、陕西省重点研发计划、陕西省重点产业创新链、陕西省农业关键核心技术攻关等项目支持下完成制定的。项目组历时25年，共发表论文160余篇，申请专利20余件，软件著作权9件，示范应用面积超过63万亩。2.标准制定和协作单位本标准制定单位：西北农林科技大学、陕西崇仁水利工程有限公司、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心、陕西飞沃农林科技有限公司。3.主要工作过程（1）开展标准制定内容试验，按专业开展标准制定的理论技术参数和技术集成研究探索，从2001年10月份开始进行试验布设及试验研究，开展的与标准制定相关试验包括：“四位一体”集雨补灌技术在旱作农业中应用的数据收集与分析和推广应用等主要工作。（2）成立规程制定小组，项目承担单位西北农林科技大学、陕西崇仁水利工程有限公司、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心、陕西飞沃农林科技有限公司等起草单位及时成立标准制定小组，明确任务分工，制定编写要求，统一思想，规划工作思路，为标准制定建立了组织保障。2024年制定组对收集到的试验数据和技术应用进行了讨论，起草了地方标准（征求意见稿）。本规范制定小组成员见表1：表1地方标准““四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制”制定小组成员序号姓名职称工作单位备注1蔡耀辉副研究员国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心负责人2赵西宁研究员西北农林科技大学编写人3任利宇高级工程师陕西崇仁水利工程有限公司编写人4刘雷工程师陕西飞沃农林科技有限公司编写人5高晓东研究员西北农林科技大学编写人6陈虹吕硕士研究生西北农林科技大学编写人7牛虎虎博士研究生西北农林科技大学编写人（3）数据收集整理和标准起草2024年1月至8月数据收集整理阶段；2024年9月至11月制定阶段。二、标准编制原则和确定标准主要内容：包括技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等的依据（包括试验、统计数据）；地方标准修订项目还应当列出和原标准主要差异情况；1.编制原则本地方标准《“四位一体”集雨补灌技术规程第8部分：智慧控制》编制按照GB/T1.1—2020《文件化工作导则第一部分标准化文件结构和起草规则》的规定起草。技术内容将“四位一体”集雨补灌技术融入物联网、大数据、人工智能等现代信息技术，有针对性的制定新的技术标准，提升系统的智能化水平和运行效率。2.确定地方标准主要内容（1）范围本文件规定了“四位一体”集雨补灌技术中智慧灌溉工程技术的适用条件、系统设计、软硬件组配系统、系统运行、运行管理、数据管理等要求。本文件适用于集雨补灌工程中智慧控制部分设计、运行管理等。其他类似灌溉工程可参照使用。（2）规范性引用文件本标准规范性引用文件包括：GB/T28452《信息安全技术应用软件系统通用安全技术要求》；GB/T33703《自动气象站观测规范》；GB/T37714《公安物联网感知设备数据传输安全性评测技术要求》；GB/T50085《喷灌工程技术规范》；GB/T50462《数据中心基础设施施工及验收规范》；GB/T50485《微灌工程技术标准》；SL364《土壤墒情监测规范》；SL515《水利视频监视系统技术规范》；GA/T711《信息安全技术应用软件系统安全等级保护通用技术指南》。（3）术语和定义本标准规定了以下8个术语和定义：智慧灌溉、灌水枢纽、灌水器、小型气象检测站、传感器、控制系统、云服务器、控制器。（4）系统设计主要包括：系统组成、信息采集系统、智慧决策系统。（5）系统运行主要包括：系统调试、运行。（6）维护与管理主要包括：设备维护与管理、数据管理与存储、安全管理、性能监控与优化。三、试验验证：包括试验（或验证）准确度、可靠性、稳定性的分析和说明，实验结果综述等；黄土高原总面积达64万平方公里，占黄河流域面积的80%以上。作为我国重要的生态屏障和粮食及特色农产品生产基地，该地区生产的玉米、马铃薯、小杂粮、苹果等农产品在全国占据重要地位。目前，黄土高原已被纳入国家新一轮千亿斤粮食产能提升的战略后备区，成为未来我国实现粮食增产的关键区域。然而，干旱缺水和水资源匮乏问题严重制约了当地农业生产的发展。因此，充分开发利用雨水资源，成为缓解水资源供需矛盾、保障农业可持续发展的有效途径。为此，针对黄土高原降雨时空分配不均、农田水分供应不足和降水利用效率不高等制约粮食、果业产能提升的“卡脖子”难题，在国家“十五”节水农业重大科技专项、国家“十一五”863计划课题、“十二五”科技支撑计划课题和“863”计划课题、“十三五”和“十四五”国家重点研发计划课题、陕西省重点研发计划、陕西省重点产业创新链以及陕西省农业关键核心技术攻关等项目的支持下，项目组历时25年，开发出“沟道坝拦水（拦）+光伏发电提水（提）+水窖高位蓄水（蓄）+节水灌溉补水（补）”的“四位一体”集雨补灌技术（简称“四位一体”集雨补灌技术）。“四位一体”集雨补灌技术先后在榆林国家农业科技园区、杨凌国家农业科技园区、榆林国家现代农业科技示范园（子洲旱作农业示范园）等进行示范应用。多地多年定位试验示范结果表明，“四位一体”集雨补灌技术亩均投资约2400元（包括光伏系统、蓄水池、田间管网等），在使用寿命相当的情况下较普通滴灌亩均投资降低约40%，技术应用后旱作作物平均增产27.5%-163.6%。其中，谷子亩产达到278kg，亩均增产171kg，谷子价格6元/kg，亩均增收1026元；玉米亩产达到720kg，亩均增产280kg，玉米价格2元/kg，亩均增收560元；榆林山地苹果亩产达到2130kg，较滴灌果园亩均增产200kg，苹果价格10元/公斤，亩均增收2000元；延安山地苹果亩产达到2480kg，较大田传统种植亩均增产480kg，苹果价格10元/公斤，亩均增收4800元。该技术有效解决了电力缺乏地区旱作农田“卡脖旱”“救命水”等制约农田产能提升的瓶颈性问题，同时采用清洁能源提水加压，也有效减少化石能源消化，降低了碳排放。该技术操作简单、仅需简单培训即可投入使用，运维成本低,对于减轻农业从业者劳动强度，提高工作效率也有积极的作用。四、知识产权说明：标准涉及的相关知识产权说明；无。五、采标情况：采用国际标准和国外先进标准的程度或与国内同类标准水平的比较；该技术是在黄土高原雨水资源高效集蓄利用中发明的一项利用“沟道坝拦水（拦）+光伏发电提水（提）+水窖高位蓄水（蓄）+节水灌溉补水（补）”的“四位一体”集雨补灌技术，显著提升粮食作物和经济林果产量与水分利用效率，有效缓解了干旱缺水，推动了旱作农业的高质量