Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống quản lý tưới theo thời gian thực

• Tác giả: Nguyễn Quốc Hiệp
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Viết Chiến
• Trường học: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên Nước
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Những đóng góp mới của luận án
• 1.6. Một số khái niệm
• 1.7. Bố cục của luận án
• 2. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
• 2.1. Nhóm thứ nhất - Các phần mềm tính toán thủy lực và điều khiển hệ thống trên kênh hở
• 2.2. Nhóm thứ hai - Nhóm các phần mềm tính toán nhu cầu tưới
• 2.3. Nhóm thứ ba: Nhóm các phần mềm quản lý và hỗ trợ điều hành hệ thống tưới
• 2.3.1. Nhóm các phần mềm được xây dựng trên máy đơn
• 2.3.2. Nhóm các phần mềm được xây dựng chạy trên mạng internet
• 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Phương pháp nghiên cứu. Cách tiếp cận
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu. Cơ sở lý thuyết để xây dựng hệ thống VNIMS
• 3.3. Cơ sở lý thuyết để tính toán xác định nhu cầu tưới, lập kế hoạch tưới
• 3.4. Cơ sở lý thuyết để tính toán xác định đường mực nước trên kênh theo chế độ dòng chảy không ổn định trên kênh hở
• 3.5. Giải pháp công nghệ để kết nối giữa các trạm thiết bị ngoài hiện trường với cơ sở dữ liệu máy chủ và giữa người dùng đến các trạm thiết bị ngoài hiện trường
• 3.6. Cơ sở lý thuyết để xây dựng chức năng quản lý hệ thống tưới trên nền bản đồ WebGIS
• 3.7. Lựa chọn công cụ lập trình để xây dựng phần mềm
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Mô hình nghiên cứu - hệ thống VNIMS
• 4.2. Các thành phần và chức năng của các thành phần trong hệ thống VNIMS. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VNIMS
• 4.3. Kết quả xây dựng khối trung tâm dữ liệu máy chủ
• 4.4. Xây dựng phần mềm IMS
• 4.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu
• 4.6. Xây dựng các phần mềm dịch vụ trên máy chủ
• 4.7. Giải pháp công nghệ sử dụng khối thiết bị ngoài hiện trường và khối người dùng
• 4.8. Khối người dùng
• 4.9. Quy trình vận hành hệ thống VNIMS
• 4.10. Quy trình lập kế hoạch tưới. Quy trình hỗ trợ điều hành hệ thống tưới theo thời gian thực và quản lý hệ thống tưới trên nền bản đồ WebGIS
• 4.11. Áp dụng thử nghiệm hệ thống VNIMS tại hệ thống tưới Ấp Bắc- Nam Hồng Đông Anh Hà Nội để kiểm nghiệm. Nội dung và mục đích của công tác kiểm nghiệm
• 4.12. Giới thiệu về hệ thống thủy lợi Ấp Bắc Nam Hồng. Kiểm nghiệm các kết quả tính toán chế độ tưới và các chức năng của hệ thống VNIMS
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
• A.1. Kiểm nghiệm kết quả tính toán lượng bốc hơi tiềm năng ETo
• A.2. Bảng kết quả tính toán lượng bốc hơi tiềm năng ETo
• A.3. Kiểm nghiệm kết quả tính toán nhu cầu tưới của các cống lấy nước mặt ruộng tại cống kênh Tây năm 2014
• A.4. Kiểm nghiệm kết quả tính toán nhu cầu tưới của các cống lấy nước mặt ruộng tại cống Cầu Nhuế năm 2014
• A.5. Bảng kiểm nghiệm lưu lượng yêu cầu tại các điểm phân phối trên hệ thống Ấp Bắc – Nam Hồng
• B.1. Nhiệt độ không khí cao nhất ngày năm 2013
• B.2. Nhiệt độ không khí cao nhất ngày năm 2014
• B.3. Nhiệt độ không khí thấp nhất ngày năm 2013
• B.4. Nhiệt độ không khí thấp nhất ngày năm 2014
• B.5. Độ ẩm không khí tương đối max ngày năm 2013
• B.6. Độ ẩm không khí tương đối max ngày năm 2014
• B.7. Độ ẩm không khí tương đối min ngày năm 2013
• B.8. Độ ẩm không khí tương đối min ngày năm 2014
• B.9. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng I, tháng II năm 2013
• B.10. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng III, tháng IV năm 2013
• B.11. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng V, tháng VI năm 2013
• B.12. Hướng và tốc độ gió thực đo năm VII, tháng VIII
• B.13. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng IX, tháng X năm 2013
• B.14. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng XI, tháng XII năm 2013
• B.15. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng I, tháng II năm 2014
• B.16. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng III, tháng IV năm 2014
• B.17. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng V, tháng VI năm 2014
• B.18. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng VII, tháng VIII năm 2014
• B.19. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng IX, tháng X năm 2014
• B.20. Hướng và tốc độ gió thực đo tháng XI, tháng XII năm 2014
• B.21. Tổng số giờ nắng trong ngày năm 2013
• B.22. Tổng số giờ nắng trong ngày năm 2014
• B.23. Lượng mưa ngày năm 2013
• B.24. Lượng mưa ngày năm 2014
• B.25. Bảng số liệu giai đoạn và thời gian sinh trưởng cây súp lơ, cải bắp
• B.26. Bảng số liệu giai đoạn và thời gian sinh trưởng cây lúa xuân muộn
• B.27. Quan hệ giữa lượng mưa thực đo và lượng mưa hiệu quả của cây trồng cạn
• B.28. Kế hoạch gieo trồng vụ chiêm xuân tại Cống Cầu Nhuế
• B.29. Kế hoạch gieo trồng vụ chiêm xuân tại Cống điều tiết kênh Tây
• C.1. Nhu cầu nước cống kênh Tây vụ xuân năm 2013
• C.2. Nhu cầu nước cống Cầu Nhuế vụ xuân năm 2013
• C.3. Nhu cầu nước cống kênh Tây vụ xuân năm 2014
• C.4. Nhu cầu nước cống Cầu Nhuế vụ xuân năm 2014

Tóm tắt

I. Hệ thống quản lý tưới

Luận án tập trung vào việc xây dựng hệ thống quản lý tưới hiện đại, tích hợp công nghệ thông tin và tự động hóa. Hệ thống này nhằm tối ưu hóa quy trình tưới, giảm thiểu lãng phí nước và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Hệ thống tưới tự động và công nghệ tưới thông minh là hai yếu tố chính được nghiên cứu để đảm bảo tính hiệu quả và bền vững.

1.1. Cấu trúc hệ thống

Hệ thống được thiết kế với cấu trúc gồm ba thành phần chính: khối trung tâm dữ liệu, khối thiết bị ngoài hiện trường và khối người dùng. Hệ thống tưới nông nghiệp này sử dụng công nghệ WebGIS để quản lý và hiển thị dữ liệu trên nền bản đồ số, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều khiển.

1.2. Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý thu thập dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến và thiết bị đo đạc. Dữ liệu được xử lý và phân tích để đưa ra quyết định tưới phù hợp. Quản lý tưới hiệu quả đạt được nhờ việc tích hợp các thuật toán tính toán nhu cầu nước và phân phối nước tự động.

II. Tưới thời gian thực

Luận án đề xuất giải pháp tưới thời gian thực để đáp ứng nhu cầu nước của cây trồng một cách chính xác và kịp thời. Hệ thống tưới thông minh sử dụng dữ liệu thời tiết, độ ẩm đất và nhu cầu nước của cây trồng để điều chỉnh lưu lượng tưới tự động.

2.1. Thu thập dữ liệu

Dữ liệu được thu thập từ các cảm biến đo độ ẩm, nhiệt độ và lượng mưa. Quản lý nước tưới dựa trên dữ liệu này giúp hệ thống đưa ra quyết định tưới chính xác, tránh lãng phí nước.

2.2. Xử lý dữ liệu

Dữ liệu được xử lý bằng các thuật toán tính toán nhu cầu nước và phân phối nước. Tưới tiết kiệm nước là mục tiêu chính của quá trình này, đảm bảo nguồn nước được sử dụng hiệu quả nhất.

III. Quản lý tưới hiệu quả

Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của quản lý tưới hiệu quả trong việc nâng cao năng suất nông nghiệp và bảo vệ tài nguyên nước. Hệ thống tưới tiết kiệm nước được đề xuất để giảm thiểu tổn thất nước trên hệ thống kênh.

3.1. Giảm tổn thất nước

Hệ thống sử dụng các giải pháp kỹ thuật để giảm tổn thất nước trên hệ thống kênh. Quản lý tưới tự động giúp điều chỉnh lưu lượng nước phù hợp với nhu cầu thực tế của cây trồng.

3.2. Tối ưu hóa quy trình

Quy trình tưới được tối ưu hóa thông qua việc tích hợp các công nghệ hiện đại. Tưới thời gian thực hiệu quả đảm bảo nguồn nước được phân phối đồng đều và kịp thời.

IV. Ứng dụng thực tế

Luận án đã áp dụng thử nghiệm hệ thống tại hệ thống tưới Ấp Bắc - Nam Hồng, Hà Nội. Kết quả cho thấy hệ thống mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý tưới nông nghiệp và tưới thông minh hiệu quả.

4.1. Kết quả thử nghiệm

Hệ thống đã giúp giảm đáng kể lượng nước lãng phí và nâng cao năng suất cây trồng. Hệ thống tưới nông nghiệp này được đánh giá là một giải pháp hiệu quả cho các vùng canh tác lớn.

4.2. Đánh giá hiệu quả

Các chỉ số hiệu quả như tỷ lệ tiết kiệm nước, năng suất cây trồng và chi phí vận hành đều được cải thiện đáng kể. Tưới tự động thời gian thực đã chứng minh được tính ưu việt trong thực tế.