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精准化微灌节水智能控制系统的研究与设计

作　者: 赵来娟
导　师: 张仁陟
学　校: 甘肃农业大学
专　业: 生态学
关键词: 节水灌溉控制系统 GSM 短消息服务(SMS) 自适应均衡
分类号: S274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水是人类的生命线,是制约社会经济发展的物质基础,是影响生态环境的重要因素。水资源紧缺已经是个全球性的问题。我国的水资源不但贫乏,而且分布不平衡。因此,实现水资源的可持续利用,促进生态环境的良性发展,发展节水灌溉农业势在必行。本研究是“十一五”国家科技支撑计划“节水农业综合技术研究与示范”项目的“甘肃干旱内陆区特色经济作物节水综合技术研究与示范”课题(2007BAD88B07-7)的部分研究内容。论文对甘肃内陆河流域(石羊河流域)水资源现状与特点进行了系统分析,依据作物最优灌溉制度模型,研究设计了基于GSM数据传输、远程精准控制的微灌节水智能控制软件系统。主要的研究成果有:1.石羊河流域地表径流年内分配不均,总量呈下降趋势,下游民勤盆地来水逐年锐减。地下水超采严重,地下水位逐年下降,下降速度达到0.57米/年。石羊河流域的灌溉模式主要为常规灌溉,田块大、平整度差,灌溉粗放,灌溉水利用系数为0.40～0.54,用水浪费,农田灌溉用水明显偏高,占85.9%,水资源开发利用程度为159%,现状耗水量大于流域的水资源总量,社会经济用水挤占天然生态用水,导致了生态环境的持续恶化,最终将危及民勤绿洲的稳定。2.依据作物最优灌溉制度理论,提出了石羊河流域几种特色经济作物的灌溉制度。参照灌溉制度理论模型,开发了灌溉制度管理系统。3.GSM网络覆盖范围广,系统抗干扰能力强,通信误码率低,采用GSM网络的SMS(Short Message Service)来完成远程数据采集控制器与中心控制计算机的通信,实现远程灌溉设备的实时监控、灌溉数据采集,具有良好的扩展性。同时,引入自适应均衡技术,对基于LMS算法的自适应均衡器进行了仿真研究,建立了基于MATLAB的系统仿真模型,来校正GSM网络信道产生的数据畸变,保证了数据传输的准确性。4.开发了精准化微灌节水智能控制软件系统,以图表显示、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式,智能化地自动控制灌溉的全部过程,并向用户和管理员提供决策参考。甘肃内陆河流域水资源匮乏,农业灌溉用水量高,灌溉方式粗放,水资源浪费严重,过度利用水资源已导致该地区生态安全脆弱。运用远程控制精准化灌溉智能控制可以取得较好的生态环境效益、社会效益和经济效益,具有较强的推广价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究的目的和意义  9-11
  1.2 国内外研究进展  11-14
    1.2.1 国外节水灌溉智能控制技术的发展状况  11-13
    1.2.2 国内节水灌溉智能控制技术的发展状况  13-14
  1.3 存在的问题及发展趋势  14-16
  1.4 研究内容与意义  16
  1.5 技术路线  16
  1.6 小结  16-18
第二章灌区概况  18-26
  2.1 石羊河流域概况  18-20
    2.1.1 地理位置及行政区划  18-19
    2.1.2 地形地貌  19
    2.1.3 气候  19-20
  2.2 水资源  20-25
    2.2.1 地表水资源  20-21
    2.2.2 地下水资源  21
    2.2.3 水资源总量及特点  21-23
    2.2.4 水资源利用现状  23-25
  2.3 种植结构调整与特色经济作物  25
    2.3.1 种植结构调整趋势  25
    2.3.2 特色经济作物  25
  2.4 小结  25-26
第三章节水灌溉预报决策  26-39
  3.1 作物灌溉制度  26-28
    3.1.1 充分灌溉  27
    3.1.2 非充分灌溉  27
    3.1.3 调亏灌溉  27
    3.1.4 分根交替灌溉  27-28
  3.2 农田水量平衡原理  28-29
    3.2.1 数学方法  28
    3.2.2 数学模型  28-29
  3.3 作物最优灌溉制度  29-34
    3.3.1 作物水分生产函数  29-30
    3.3.2 模型描述  30-34
  3.4 田间作物灌溉决策  34-36
    3.4.1 计算充分灌溉的灌水定额  34
    3.4.2 计算限额灌溉的灌水定额  34
    3.4.3 计算灌水边际成本  34-35
    3.4.4 计算灌水或不灌水的边际效益  35-36
    3.4.5 选择节水灌溉决策方案  36
  3.5 几种特色经济作物主要灌溉制度  36-37
  3.6 灌溉制度管理模块实现  37-38
    3.6.1 生成灌溉计划  37
    3.6.2 自动控制  37-38
    3.6.3 软件实现  38
  3.7 小结  38-39
第四章数据传输方式设计与优化  39-50
  4.1 基本组成  39-40
  4.2 GSM 模式设计  40-41
    4.2.1 数据电路方式  40
    4.2.2 短消息模式  40-41
  4.3 技术实现  41-44
    4.3.1 GSM 控制器设计  41-42
    4.3.2 多通道计算机数据采集模块设计  42
    4.3.3 模块集成  42-43
    4.3.4 SIM 卡选择  43-44
  4.4 数据传输误码处理  44-49
    4.4.1 自适应均衡技术  44
    4.4.2 均衡器结构的选择  44-45
    4.4.3 自适应算法的选择  45-46
    4.4.4 仿真分析  46-49
  4.5 小结  49-50
第五章精准化微灌节水智能控制系统  50-70
  5.1 系统概况  50-51
  5.2 系统总体设计构架  51-52
    5.2.1 系统环境  51
    5.2.2 软件功能结构  51-52
  5.3 软件的安装和运行  52
    5.3.1 软件的安装  52
    5.3.2 软件的启动  52
    5.3.3 进入系统  52
  5.4 软件基本功能  52-69
    5.4.1 系统主界面  52-53
    5.4.2 智能控制  53-56
    5.4.3 灌溉管理  56-58
    5.4.4 设备管理  58-60
    5.4.5 种植计划  60-61
    5.4.6 土地资源  61-62
    5.4.7 专家知识  62-65
    5.4.8 短信管理  65-66
    5.4.9 历史数据  66-67
    5.4.10 系统管理  67-69
  5.5 小结  69-70
第六章总结与展望  70-72
  6.1 研究总结  70-71
  6.2 问题与不足  71
  6.3 研究展望  71-72
参考文献  72-74
致谢  74-75
个人简介  75-76
导师简介  76

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