智能水利遠程監控系統的具體解決方案探究

        一、系統整體結構

        本文所提出的智能遠程監控系統，主要是通過采集田 間實時水位以及某時期內的降雨數據，再用下位機傳輸到 系統的中央控制中心，與灌溉區近幾年的灌溉資料相結合， 采用模糊理論方法，利用相關信息處理軟件求取最適用供 水量，再通過GPRS實現前臺灌溉水泵的遠程控制，從而 提高農田灌溉的效益最大化，進而實現灌溉系統的智能化 控制。該系統由計算機遠程控制水泵、閥門對多個儀表做 同步數據采集，然后進行相關的處理。系統所采用的是利 用傳感器、現場控制模塊(包括數字輸出控制閥門和水 泵)、控制主計算機以及RS一485現場總線所組成的集散控 制系統。RS一485現場總線是聯接智能系統各設備問的紐帶。RRS一485網絡利用兩個雙絞線進行接收和發送數據， 其接口傳輸設備最遠距離達1MK以上，可以利用中繼器 進行系統傳輸距離的延伸，擴展系統。灌溉區智能控制系統的框架為：各分灌區分別安裝對應的控制儀表，采用 RS一485現場總線進行連接，利用GPRS接口通過因特網 將數據傳輸至遠程控制系統。該智能遠程控制系統按照功 能來分，可以分為灌溉區數據采集、模糊理論決策以及數 據庫等三個子系統，其中具體的模塊有：泵站控制、閘門 控制、雨量采集、灌溉區水位采集、關鍵設備檢測、通信、 查詢以及決策等八大模塊。其中數據前臺采集系統在灌溉 區現場下位機中，而數據處理、決策子系統則在客戶機中。

        二、灌溉區數據采集系統

        灌溉區數據采集系統采用的是組態軟件設計，對灌溉 現場進行控制，其包括l6個繼電器輸出模組，對一臺水泵 以及50個電磁閥進行控制;三個灌溉區儀表控制模組，分 別對一個雨量傳感器以及兩個水位傳感器進行測量讀數; 明渠流量計算儀共7臺，對灌溉區對應處流量進行采集。 因為控制機軟件組態軟件與現場儀表控制模組以及數字量 模組的接口通訊協議有所區別，并且明渠流量儀是自行開 發設計的，要單獨使用一根RS一485現場總線，所以灌溉 區數據采集子系統的數據傳送，要采用三條RS一485現場 總線來實現。該控制界面采用的是動畫的形式來說明系統 流程，用戶可以實時了解控制區范圍情形。如果硬件有損 壞或者異常，系統內部會產生自動報警。

        三、數據庫系統

        1.GPRS遠程傳輸

        1.1建立連接

        在現場控制系統中，GPRS的用戶開機后經過鑒權認 證，就會自動登陸至GPRS的對應網絡，再采用無線基站 系統接到交換中心的GGSN并與因特網進行聯接。這時現 場控制機就可以利用GRPS向遠程控制中心發送請求連接。 此時，遠程控制中心以及現場控制設備就可以通過GPRS 實現數據的雙向傳輸。

        2.服務器/客戶端模式

        本文所研究的系統為智能遠程控制系統，所以系統模型可以采用構造分布式。而服務器，客戶端服務模式是具 有代表性的非對稱分布系統，現場控制設備與服務器的連 接請求可以通過該模式來實現，一旦服務器接收到了現場 控制設備的請求，就可以進行正常的通信。服務器一般在 客戶端送達連接請求后，才會從休眠狀態啟動，對客戶端 的請求服務做出相應處理。由于本系統采用GPRS進行雙 向傳輸，因此要選擇數據流服務。

        1.3數據的存儲與轉發設計

        遠程監控中心的信息控制和管理要借助可靠性高的數 據通信才得以正確完成。該系統由客戶端向服務器發送請 求，服務器再執行相關的數據存儲和轉發的設計，也就是 說客戶端可以實現遠程監控中心的數據監控以及信息管理 等功能。不過現場的操作控制設備以及接收現場的控制設備所傳輸的信息，均需經過服務器的轉發才能由客戶端進 行管理，即服務器為客戶端和現場控制設備的通信紐帶。

        1.4遠程控制操作

        客戶端先向服務器發送出有著查詢目的的現場控制狀 態命令，服務器接收到以后再轉給現場的控制設備，并將 現場控制設備的反饋信息傳送至數據庫，并同步將向客戶 端傳輸該反饋信息。一旦客戶端接收到現場控制的反饋信 息，再結合有關灌溉區的歷年水利信息，對下步操作做出 處理。遠程控制的實行過程中，客戶端所發送的控制查詢 指令通過服務器向現場控制設備發送，待其完成處理后再 確認一個回執命令至服務器。此時服務器就把用戶的操作 信息以及用戶名傳送至數據庫留做記錄，此時客戶端接到 成功操作的回執信息，完成遠程控制操作。

        2.數據庫處理

        本系統選擇使用SQL Server數據庫，引擎采用微軟 ADO數據庫引擎。系統用戶可以通過ADO訪問數據庫， 從而查詢和分析各種水情信息，而且可以實現自動生產相 關圖表的功能，以方便打印輸出分析。具體查詢功能包括： 雨量信息查詢，即一年當中某日的雨量統計數據或者某年 某月的平均雨量統計數據;流量信息查詢，在界面中輸入 相應的查詢日期，或者一定的區間，就可以得出該日期或 者該時間段的全部采集點流量信息;查詢水位歷史信息， 按照不同的需要訂制不同的查詢區間，來獲取對應的水位 歷史信息。

        四、模糊控制決策系統

        首先要對灌溉區歷年的降雨量、耗水量等數據信息作 出充分的分析，形成一個經驗規則庫(知識庫)。還要考慮 到修改和維護的方便性，因此可以把該知識庫和其隸屬的 函數表存儲于數據庫中。再把灌溉區作物的生長日期、年 內某時段的降雨量以及田間水位等實時信息作為輸入量。 獲取模糊控制器輸入變量后，再按照取大取小等模糊理論 的計算原則，結合建成的知識庫，做出模糊推理及判斷。

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