基于LoRa的农业水价综合改革系统的设计——以洪洞县农业水价综合改革项目为例

摘要

我国是一个农业灌溉大国，但由于水资源短缺，水资源供需矛盾日益突出。大中型灌区自动化程度相对于发达国家而言较低，这使得研究灌区节水灌溉自动监控系统成为智慧农业的研究热点之一。现阶段自动节水灌溉的方式有两种：一种是将土壤水分、空气湿度和光照等传感器采集到的信息传输给计算机上的软件平台，并通过灌溉决策模型来决定灌水时间和计算灌水量，实现精确灌溉；另一种是建立周期性的灌溉方案，进行定时灌溉。这两种方式都无法解决灌区数据采集设备低功耗与远距离传输的兼顾问题，并且灌溉决策模型或灌溉方案都没有与水价结合，难以通过经济杠杆实现节水灌溉，造成农民节水意识淡薄，水资源严重浪费。 针对上述问题本次设计采用LoRa无线传输方式采集数据，解决了灌区数据采集设备低功耗和远距离传输两者不可兼顾的问题；前期对水资源供需平衡分析进行水权分配；在灌区布设水量信息采集终端节点对水量进行监测；灌区信息中心软件平台对相关数据信息进行存储、查询和统计等，实现自动监控；通过水价测算实行阶梯水价并配备刷卡取水装置计量水费，实现灌区水资源的高效利用。 通过调查分析灌区地表水灌溉典型农户和20户井灌典型农户人均收入水平的农业生产总成本、农业总产值、农业纯收入和家庭总收入，得知实行本设计中的可执行水价（终端水价）时，项目区内调查的典型农户中，其灌溉水费支出占各项费用的比例基本处于合理的范围，说明在项目区工程建设完成后采用该可执行水价是在典型农户的可承受范围之内，该可执行水价的制定可行。 基于LoRa农业水价综合改革系统，解决了灌区数据采集设备低功耗和远距离传输两者不可兼顾的问题，由于LoRa适用于数量较多、信号覆盖不足、广泛布局且环境恶劣的区域，所以在其测点较多时价格相对较低；对灌区水价进行综合改革，实行阶梯水价（分档水价）对建设节水型社会、缓解水资源供需矛盾、促进水资源有效利用、实现水资源优化配置具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外发展现状

1.3.1国外发展现状

1.3.2国内发展现状

1.4主要研究内容

第二章 系统需求分析及总体方案设计

2.1灌区基本情况

2.1.1灌区自然地理情况

2.1.2社会经济情况

2.1.3洪洞县南垣灌区现状

2.2需求分析

2.2.1项目区社会经济发展对水的需求分析

2.2.2系统功能需求分析

2.3总体方案设计

2.3.1水资源配置和水权分配

2.3.2计量设施系统硬件设计

2.3.3软件系统设计

2.3.4水价改革方案设计

第三章 洪洞县水资源配置与初始水权分配方案

3.1水权的基本概念

3.2水资源配置供需平衡分析

3.2.1供水量分析

3.2.2需水量分析

3.2.3供需平衡分析

3.3农业灌溉水权配置方案的执行

3.3.1项目区农业灌溉初始水权

3.3.2项目区村级农业灌溉水权配置

3.3.3项目区户级农业灌溉水权配置

第四章 水量监测系统硬件设计

4.1LoRa通信及相关技术的概述

4.2监测站点的布设

1.机井计量设施的布置

2.渠道计量设施的布置

4.2.1机井监监测站点的布设

4.2.2渠道监测站点的布设

4.3系统工作原理

4.3.1机井系统的工作原理

4.3.2渠道系统的工作原理

4.4系统组成与结构

4.4.1前端采集子系统

4.4.2无线传输系统

4.5安装示意图

第五章 农业水价综合改革管理平台的设计

5.1农业水价综合改革管理平台设置

5.1.1渠道监测平台部署

5.1.2机井监测平台部署

5.2农业水价改革管理平台总体架构

5.2.1系统总体组成

5.2.2系统软件层次结构

5.3平台功能实现

5.3.1GIS图形展示模块

5.3.2基础信息管理模块

5.3.3用水信息管理模块

5.3.4水权水价管理模块

5.3.5用水数据分析模块

5.3.6用水台账及记录管理模块

5.3.7水费实时征缴模块

5.3.8权限授权管理加密模块

第六章 农业水价核算分析

6.1成本水价核算

6.1.1计算模型

6.1.2输水骨干工程成本水价计算

6.1.3田间灌溉工程成本水价计算

6.1.4运行维护成本水价

6.2灌区农业灌溉供水超定额部分分档水价制定

6.2.1地表水超定额部分水价制定

6.2.2地下水价格政策的制定

第七章 结果与分析

7.1农业水价承受能力分析

7.2建议水价与精准补贴方案

7.2.1建议水价

7.2.2政府精准补贴方案

7.3建立农业节水奖励机制与惩罚机制

7.3.1奖励机制

7.3.2惩罚机制

7.4洪洞县农业水价综合改革效益分析

7.4.1经济效益

7.4.2社会效益

7.4.3生态效益

第八章 总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目