作者：劉磊安 閆大順 洪棉煜 單位：仲愷農業工程學院計算機科學與工程學院

近年來，我國頻繁發生的嚴重水旱災害造成了重大生命財產損失，暴露出我國水利設施基礎十分薄弱，農田水利建設嚴重落后。這些問題勢必影響到經濟發展和社會穩定，我國必須大力加強水利建設。2011年中央推出了《關于加快水利改革發展的決定》一號文件，為我國的水利建設跨越式發展奠定了政策基礎，這將是二十世紀五六十年代農田水利建設之后的第二個高潮。農田水利建設是一個投資大、建設周期長的項目，改革開放的三十年經濟發展也為新的水利建設奠定了物質基礎。隨著國家、省、市政府的投資加大，勢必建成各種類型農田水利設施，配合已有的農田水利工程來調節、改善農田水分狀況和地區水利條件，提高抵御天災的能力，促進生態環境的良性循環，使之有利于農作物的生產。把無線射頻識別技術（RFID，RadioFrequencyIdentification）引入到農田水利設施之中，充分利用地理信息系統（GIS，Geo-graphicInformationSystem）等現代技術實施綜合性的農田水利設施管理和維護，實現了水利工程管理的便利性和高效性，同時也可以提高農業水資源的使用效率，為農業的可持續化發展奠定基礎。

1農田水利設施管理之困境

農田水利主要是發展灌溉排水系統，調節農田地區水情，改善農田水分狀況，防治旱、澇、鹽、堿等災害，以促進農業穩產、高產的綜合性科學技術。農田水利在國外一般稱為灌溉和排水（IrrigationandDrainage），與農業發展有密切的關系，農業生產的成敗在很大程度上決定于農田水利事業的興衰。隨著新中國的成立，農田水利建設工程多、工程大且分布廣，全國性地投入了大量的人、財、物等資源，建設了很多影響深遠的水利設施，有力地保證了新中國的農業生產。二十世紀的五十年代和六十年代是第一個農田水利建設的高峰期；七十年代的文革時期由于物資匱乏，水利建設處于停頓時期；八十年代開始經濟建設，農村實施家庭聯產承包責任制，對國家對農田水利建設的投入不足，這種情況一直延續到20世紀末；2000年以后，國家逐步加大了水利建設，如三峽水電站、南水北調等國家級水利工程，但是對灌溉區的農田水利工程建設的投資不足。我國農田水利的投資是國家形式的政府行為，集體和個人投資非常少，從而致使溝渠到田間地頭的最后一兩公里的水利設施嚴重不足，給現在的農田生產帶來了極大的影響。在國家的十二五規劃中提出，必須增強灌區末級渠系建設、田間工程配套以及五小水利工程建設，這樣農田水利設施數量將大規模增加。

農田水利設施隨著逐年的建設，累計下來的設施數量也是巨大的；這些水利設施建設年代不同、老化不一，發揮的效用也都不同。如何有效管理和維護數量巨大的農田水利設施已經成為當前關注的重點。我國農田水利是公共設施，為所在的農田生產進行整體性服務，具有很強的公共性。我國農田水利設施的管理和維護比較落后，同時農田水利設施歸屬所在地行政部門和流域水利部門的交叉管理，致使很多農田水利設施不能得到及時的管理和維護，許多新建的水利設施沒有得到及時的管護而不能發揮作用，大大縮短了設施的使用壽命，損壞的設施也不能及時發揮農田水利設施的效用，使農田生產得不到保障。另外，農田水利設施分布區域廣較廣，很多設施在偏遠的地方，而且數量非常龐大，為其管理和維護帶來巨大的困難。

2嵌入RFID的農田水利設施

RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預。RFID技術具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優點。RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，即電子標簽和讀寫器，系統用于控制、檢測和跟蹤物體。RFID標簽中的存儲空間通常為64、96、154位甚至更多，能夠存儲物體編碼及其他信息，標簽可以不用電源。讀寫器是RFID系統中最重要的基礎設施，是對RFID標簽進行讀/寫操作的設備，當RFID標簽進入讀寫器的作用區域，就可以根據電感耦合原理或電磁反向散射耦合原理，在標簽芯片通路中形成微弱電流，將激活RFID標簽芯片電路工作，基本處理單元對標簽芯片中的存儲器進行讀/寫操作，并通過微弱電磁信號與讀寫器進行數據通信。對農田水利設施進行統一的編碼，使每個設施都有一個惟一的編碼，把此編碼寫入RFID標簽，同時把設施的狀態信息也寫入標簽中，在標簽的表面印刷所代表設施的編碼、名稱和位置信息，把制作好的RFID標簽嵌入到每一個相應的水利設施之中。隨著IT技術的發展，RFID讀寫器可以集成到手持式計算機中，形成可以移動的讀寫RFID標簽信息的設備，即農田水利監測器。它完成某個區域內RFID標簽的讀寫，同時能夠根據水利設施編碼和狀態等從移動數據庫調出設施的名稱、行政區域位置、創建時間、負責人信息、維護資料、設施維修狀態以及相關的數據圖像等信息，并能夠根據當前情況記錄新的信息。

農田水利設施的檢查人員可以使用監測器對某個區域的水利設施進行檢查。由于RFID只能實現幾厘米到幾十厘米的通信距離，要求檢查人員必須親自到水利設施所在地才能讀寫嵌入的RFID標簽，能防檢查人員作假，同時能夠使管理人員和決策人員掌握真正的設施狀態，避免發生旱澇災害時這些設施不能發揮出效用。另外，也能夠對不能正常工作的、損壞的水利設施進行及時維護，大大提高水利設施的使用年限。通過巡查水利設施，還能夠掌握比較詳盡的設施維護信息，并可以對需要維護的水利設施進行分類，大大提高維護的效率，節省維護的費用。農田水利監測器是嵌入式設備，人機界面、運算速度、存儲容量都是有限的，只能存儲某個區域要管理和檢查的水利設施資料。為此需要建立整個行政區域或者整個大面積農田的水利設施管理和維護系統作為支撐平臺，可通過高性能的服務器、巨量的存儲系統和快速網絡系統設施整個區域的管理。管護系統能夠做出水利設施巡查的方案，按照巡查的區域把相應的信息通過以太網、無線局域網等下載到農田水利監測器中，讓檢查人員進行指定區域的檢查?；谇度隦FID的農田水利管護系統如附圖所示。

3基于GIS農田水利設施管護系統

嵌入式RFID的農田水利設施管護系統是以水利設施惟一的RFID標簽信息進行標識，依賴設施所處的位置進行列表管理，雖然可以提高效率，但對于農田進行基于農田區域管理才是最為方便的形式，特別是結合地圖則更加有效。系統把GIS技術作為基礎，整合了點、線、面的空間資料與專題資料，重新構建了農田水利設施管護系統，管理者和決策者可以快速了解某一個區域內農田水利信息資料，掌握農田水利設施的運行情況和故障情況，決定設備巡檢的區域和水利設施維護的路徑，從而大大提高管理的便捷性和效率。系統基于ARCGIS實施了空間數據的管理，水利設施的資料管理則采用了數據庫Oracle，它的spa-tial模塊專門用于空間信息的存儲，包括空間數據和屬性數據。為了方便系統數據的查詢和傳輸，對于空間數據采用面向對象的存儲方法，屬性數據采用面向關系的存儲方法。