DB32T 4140-2021 稻田智慧灌溉技术规程.doc

ICS 65.020.20 CCS B11       DB32 江苏省地方标准 DB 32/T 4140—2021       稻田智慧灌溉技术规程 Technical regulation for smart irrigation of rice field.             2021 - 11 - 04发布 2021 - 12- 04实施 江苏省市场监督管理局   发布 DB32/T 4140-2021 前  言 本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。 本文件由江苏省农作物标准化技术委员会提出并归口。 本文件起草单位：南京农业大学。 本文件主要起草人：倪军、朱艳、曹卫星、田永超、蒋小平、姚霞、刘小军、马吉锋。 6 稻田智慧灌溉技术规程 1 范围 本文件规定了稻田智慧灌溉的稻田灌溉基本条件、设备、软件、设备安装、平台测试、设备维护等。 本文件适用于稻田智慧灌溉。 2 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/T 2900.90 电工术语 电工电子测量和仪器仪表 GB 4208 外壳防护等级（IP代码） GB/T 6593 电子测量仪器质量检测规则 GB 11463 电子测量仪器可靠性试验 GB 18802.1 低压电涌保护器（SPD）第1部分：低压配电系统的电涌保护器 性能要求和试验方法 GB/T 19064 家用太阳能光伏电源系统 技术条件和试验方法 GB/T 24670 节水灌溉设备 词汇 GA/T 711 信息安全技术 应用软件系统安全等级保护通用技术指南 BS EN 55016-1-1 无线电干扰和抗扰测量仪和方法用规范 无线电干扰和抗扰测量仪 测量仪 DB32/T 2950 水稻节水灌溉技术规范 3 术语 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 稻田智慧灌溉技术 smart irrigation technology for rice field 基于稻田水分信息的可靠感知与大范围实时获取，结合水稻需水规律进行灌溉智能化决策，提高水分利用效率，节约水资源，促进高产优质水稻生产的智能灌溉技术。 4 稻田灌溉基本条件 4.1 田块条件 田块应平整，平整度不大于3 cm，排灌通畅，无渗漏，集中连片。 4.2 设施条件 具有水泵、泵房和灌溉管道等配套设施，并有稳定且充足的水源。 4.3 人员条件 操作人员应具备安装电工和维修电工等电工知识。 5 设备 5.1 设备组成 稻田智慧灌溉作业设备应包括稻田土壤剖面水分传感器、水稻冠层水分传感器、田间水位信息传感器、稻田水分信息感知节点、汇聚节点、稻田灌溉无线控制终端、用户终端及其他附属设备，具体组成见图1。 图1 稻田灌溉系统示意图 5.2 土壤剖面水分传感器 5.2.1 组成 土壤剖面水分传感器在结构上由5组传感器敏感探头、数据组处理器及附属组件组成。其中5组传感器敏感探头是由两个环形电极构成的电容器，分别用于测量水层、空气层、20 cm壤层、30 cm壤层和50 cm壤层，空气层和水层电容器可以动态地对每个传感器进行标定。 5.2.2 性能参数 通道数量为3通道，传输线（标准）为RVVP屏蔽电缆，工作温度0 ~ 65oC，工作湿度0 ~ 85%RH， 土壤剖面体积含水率测量精度为±10%。 5.3 水稻冠层水分传感器 5.3.1 组成 水稻冠层水分传感器从结构上分为上行光传感器和下行光传感器。上行光传感器用于接收太阳辐射光信息，下行光传感器用于接收作物冠层反射光信息。 5.3.2 性能参数 上行光传感器为余弦接收（具有太阳光入射天顶角余弦校正），平板型毛玻璃余弦校正，透过率 ≥75%，下行光传感器视场角 30o，通道数量4通道，反应波段为681nm、815nm、900nm和970nm，光谱带宽≤10nm，光学感应器为1.6mm2硅光二极管，传输线（标准）为RVVP屏蔽电缆，接头（标准）为小型3针母头，工作温度0 ~ 65oC，工作湿度0 ~ 85%RH，冠层水分含量测量精度为±10%。 5.4 田间水位信息传感器 5.4.1 作用 田间水位信息传感器适用于普通液体液位测量，可在0~15 cm的量程范围测试。 5.4.2 性能参数 分辨率12位，采样频率50 Hz，工作功耗80 mW，数据格式二进制，工作温度0 ~ 65oC，工作湿度0 ~ 85%RH，材质为ABS工程塑料，防水等级IP65，田间水位信息测量精度：±10%。 5.5 稻田水分信息感知节点 5.5.1 组成 稻田水分信息感知节点与稻田土壤剖面水分传感器、作物冠层水分传感器、田间水位信息传感器连接，能够自动完成稻田土壤剖面水分、作物冠层水分、田间水位信息的数据采集，无线通信模块将处理后的田间水分信息发送到汇聚节点，实现数据的传输，结构见图2。 5.5.2 性能参数 稻田水分信息感知节点应使用太阳能电池，在连续阴雨天条件下连续工作时间应不低于10天，太阳能电池应符合GB/T 19064的规定。 数据采集点宜使用无线数据传输方式。 防护标准应符合GB 4208的规定，防护等级IP65，绝缘等级Y级，允许工作温度-20℃～70℃，抗干扰性应满足BS EN 55016-1-1的规定。 图2 稻田水分信息感知节点 5.6 汇聚节点 汇聚节点应实现稻田无线传感网的组网初始化和控制功能，接收感知节点发来的数据并处理，之后通过TCP/IP协议将数据传输到网络，根据需求回复控制指令状态。 5.7 稻田灌溉无线控制终端 稻田灌溉无线控制终端由中央处理器模块、ZigBee无线通信模块、光伏供电模块、流量监测模块及继电器模块构成，该终端的功能是完成稻田远程实时自动灌溉控制。 5.8 用户终端 应安装稻田智慧灌溉多媒体信息采集与传输模块、专家咨询模块。 应采用基于J2ME技术的移动终端和固定终端，图像采集设备分辨率应大于200万像素，内存大于50M。 5.9 附属设备 5.9.1 组成 附属设备包括水平横梁、支撑杆、套管和采集器连接件。水平横梁用于固定多光谱传感器，支撑杆用于连接水平横梁和固定套管，方便操作，套管用于感知节点。 5.9.2 性能参数 支撑杆规格：长度1500 mm ~2100 mm，为空心，外径24 mm，壁厚2.5 mm ~3 mm，化学氧化处理； 横梁规格：长度270 mm，宽度40 mm，化学氧化处理。 6 软件 6.1 稻田智慧灌溉软件能提供农业疾病图、文信息实时采集、上传，提供自主分类的具备农业知识库支持的专家诊断的功能。网络端诊断与知识库模块、后台管理模块应兼容.NET技术和基于WEB的用户界面形式。功能如下： a） 具有远程通信服务功能。能根据通信协议远程接收终端设备远程上报的水质和设备相关数据信息，并可以下发各种控制指令。 b） 具有数据实时监控、远程设备控制功能。提供实时数据查询，能通过无线传输调控现场设备。 c） 具有信息预处理与存储功能。能根据模型对数据进行过滤、计算、矫正和存储。设备故障导致错误数据可以自动去除，错误数据量小于0.5%，数据存储时间应超过1年。 d） 具有信息查询、预警与发布功能。提供历史数据查询，1万条以内信息数据量查询时间小于3 s，20万条以内信息数据量查询时间小于20 s，能根据设定的阈值发送数据和预警信息。 e） 具有设备运行管理与维护功能。可在平台上实时对设备进行监控和管理，查看设备的工作状态，可以监视终端设备的通信连接状态，在通信连接故障时，能够报警并通知用户。 6.2 软件平台运维稳定可靠，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/T 711的规定，软件应定期更新，一个月进行一次系统维护。 7 设备安装 7.1 总体要求 现场安装点的选取应方便维护管理，采集终端和智能控制单元之间应无障碍物遮挡，保障现场短距离通讯和远程无线通讯的质量，螺栓、螺钉等紧固件应紧固，联接可靠，不应松动。 7.2 稻田水分信息感知节点安装 7.2.1 一个标准化田块（20亩）设置一个稻田水分信息感知节点。 7.2.2 安装支撑杆。将支撑杆插在稻田中心位置，支撑杆应垂直插入稻田，且牢固不易晃动。 7.2.3 安装水平横梁。在支撑杆的顶端安装螺丝并旋转固定，安装水平横梁，使横梁朝向正南方向。 7.2.4 安装感知节点采集器连接件。将采集器连接件通过螺丝固定在支撑杆上距离顶端800 mm位置处。 7.2.5 安装水稻冠层水分传感器。将上、下行光传感器分别放置于水平横梁上下方。 7.2.6 安装土壤剖面水分传感器。先用专用取土器，打出深100 cm、直径50 mm～70 mm的圆孔，将土壤剖面水分传感器埋入土中，使第一个环形电极在距土壤上表面10 cm处。 7.2.7 安装田间水位传感器。将水位传感器竖直向下插入土中，使测试口底部与土壤上表面平齐。 7.2.8 安装太阳能板。使太阳能板朝向正南偏约12度，并与地平面成一约45度夹角，保证太阳能板可以充分接收阳光。 7.3 汇聚节点安装 7.3.1 固定电控箱，电控箱顶部应安装防水罩。连接好电路，安装天线，天线安装位置应高于地面2000 mm。 7.3.2 汇聚节点应布设在通讯信号良好、方便安装和人员操作的位置。 7.3.3 汇聚节点应安装于防水电控箱中。 7.4 稻田灌溉无线控制终端 同7.3 汇聚节点安装。 8 平台测试 8.1 测试要求 满足下述各项要求的被测软件为合格，否则为不合格： a） 测试期间被测软件不发生异常情况； b） 测试期间运行被测软件的计算机不重启，不死机； c） 测试结果应满足6.1的要求。 8.2 测试方法 运行服务器软件，观察并记录服务器软件自动进入工作状态的情况。从设备终端向服务器发送数据，通过服务器日志记录观察并记录服务器数据接收以及指令下发情况。分别断开设备终端链接的主链路，查看设备工作状态情况；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。查看记录并对比6.1中规定要求。 9 设备维护 9.1 作物冠层水分传感器应每2周清洗一次。用清洗瓶冲洗探头上附着的灰层等污垢，注意不要损坏膜片。 9.2 定期清理传感器周围水体内的流动阻碍物，保证水体条件与周围环境的一致性。 9.3 定期对灌溉控制终端进行通电测试，检查连接线路和接地线。 _________________________