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井灌类型区节水灌溉监控设施－－IC卡机井取水控制器
作者：王福卿 高明山 金江波
来源：中国一卡通网
日期：2007-08-03 10:28:34
摘要：IC卡机井取水控制器作为水资源管理、工农业用水收费的一种新型取水监控系统，在井灌类型区农业“节水灌溉监控”中得到推广应用。文章以射频卡机井取水控制器为例，阐述了其工作原理、功能及其在推广应用中存在的间题及改进建议。
河北省是全国井灌面积最大的省份，占全国井灌面积的28％，现有机井81万眼，井灌面积340万hm，占全省有效灌溉面积的76％，农业灌溉用水占总用水量的74 ％，可见节水灌溉尤其是井灌类型区节水灌溉是节水农业的重点。IC卡机井取水控制器作为井灌类型区农业“节水灌溉监控设施”，在河北省2005年节水农业综合技术示范项目区得到推广应用，取得了良好的节水控制效果。
1 IC卡机井取水控制器
IC卡机井取水控制器又称IC卡预收费控制器、IC卡机井智能控制系统等，种类很多，其实质就是利用Ic卡作为用水信息传输媒介用来控制机井灌溉取水量的一种监控设施。
1．1 IC卡
IC卡(“Smart Card”、“IC Card”)是继磁卡之后出现的又一种新型信息工具。它是将一个微电子芯片镶人符合ISO- 7816标准的卡基中，做成卡片形式的器件，由塑料基片、接触面(或天线)、集成电路三部分组成。Ic卡根据卡上数据的读写方式分为接触型IC卡和非接触型IC卡。接触型IC卡，其表面可以看到一个方型镀金接口，共有八个或六个镀金触点，用于与Ic卡读写器(IC卡管理机)接触，通过电流信号完成读写。读写操作(称为刷卡)时须将Ic卡插入读写器。刷卡相对较慢、易磨损、沾污，但读写速度快、可靠性高，多用于存储信息量大、读写操作复杂的场合。
非接触型Ic卡被称作“射频卡”(RF(Radio Frequency)卡)，它是在接触型IC卡的电路基础上嵌入射频收发及相关电路，具有接触型IC卡同样的芯片技术和特性。射频卡通过射频卡读写器发射天线发送一定频率的电磁波，当射频卡进入发射天线工作区域时，在射频卡卡基中镶入的射频天线产生感应电流，射频卡获得能量被激活，接受信息或发送信息，完成卡与读写器间的数据传输。感应距离一般在1～1Ocm(不同型号控制器有所不同)内即可收发读写信息。设备之间无机械性接触，且可以任意方向掠过读写器表面。所以，射频卡无正反面之分、无机械磨损、安全、可靠；操作简单、快捷；防水、防潮；应用面广等。
1．2 IC卡机井取水控制系统工作原理
IC卡机井取水控制器实际是指Ic卡机井取水收费控制系统，由Ic卡机井控制器、Ic卡和Ic卡读写器(IC卡管理机)三部分组成。系统与专用的水表(水量计量变送器)(或电能表)配合使用，由控制器按用户所购水量(或电量、或时间)即预售水(电)费、自动抄表计费、无费自动拉闸。系统集水量 计量、收费管理、控制于一体，特别适用于农用机井节水灌溉控制、工业自备井定额用水管理。下面以射频卡机井取水控制系统为例，简述其工作原理。
1．2．1 系统的基本构成系统的基本构成见图1。
1．2．2 工作原理： 目前常用的IC卡控制器分为以水量、以电量、以时间为计量基准的三种类型。控制器平时处于拉闸断电状态，机泵无法启动取水。只有用户持卡购水(电、时)并将射频卡放在(掠过)控制器感应区，控制器自动读取卡中所购水量(电量，时间)等信息并合闸启动机泵取水。在提水过程中，水表每走一单位水量(1 m3或0．1 m3)(或电能表每走1 kW ·h，或时间每走1单位时间)，控制器从剩余水量(电量、时间)减1，并在显示窗中显示。用户灌溉完毕，将射频卡再次靠近感应区，控制器将剩余水量(电量、时间)自动写入射频卡并拉闸断电停机，卡中水量(电量、时间)在下次使用。如果剩余水量(电量、时间)为“0”，控制器也将自动拉闸停机，用户必须持卡再次购水(电、时)。
1．2．3 系统功能(1)开户、售卡，向用户售水(电、时)；(2) 制作用水管理的开户卡、补卡、检查卡、设置卡等各种类功能卡；(3)读、写IC卡中的信息，并自动存储记录，查询用户购水(电、时)记录；(4)控制器可存贮1000多条用户动态信息记录，方便管理；(5)控制器LED(或I D)显示窗和状态指示灯，显示剩余水(电、时)，指示传感信号、合闸、分闸、事故报警状态；(6)控制器具有刷卡延时停机、断相保护 f盗防破坏功能；(7)控制器特殊功能，如限制总取水量功能、非正常原因停机用户信息自动保存并可读取功能等。
2 在井灌类型区节水灌溉中的应用体会
河北省2005年节水农业综合技术示范项目(曲闶、臣鹿、藁城、桃城、大城、河问、乐亭、雄县)要求“示范区内所有水源工程必须安装先进实用的量水设施(1C卡、射频卡)”，推行“一井、一表、一号、一卡、一数”，在科学分析水资源承载能力的基础上，根据种植计划、(节水)灌溉定额、灌溉面积以及干旱程度(平水年、丰水年、干旱年)分配用水指标(水权)，确定各农户允许所用水量，及机井总控制提水量，向农户预售水量。用户根据自己的需要，持卡购水、用水。此项措施的推广应用，不仅提高了农民的节水意识，加强了节水灌溉的监控手段，同时取得了很好的节水、示范效果。但是，在实际推广应用中存在着一些问题，应加以改进。主要表现在以下几个方面。
2．1 加强宣传、提高认识，增强节水意识
IC卡机井取水控制器是一项新的节水监控、管理措施，农民接受、习惯需要一个过程。首先要从认识上提高。从目前推广应用中看，存在着政府力度大、农民被动接受的现象。究其根本原因是农民的认知程度不够、积极性不高。所以，在工作中要加强宣传力度，在政策宣传的同时，要特别注意技术方面的宣讲，要让农民真正了解“节水灌溉监控”设施的“好处”，在认识节水形势的严峻性和必要性的同时，认识到安装“ 卡机井控制器”可以给农户灌溉带来方便、实惠。用户持卡购水后，想什么时候浇地就什么时候浇，不用事先找电工送电、事后找电工抄表，减少上下户之间由于抄表数据不相符而产生纠纷等麻烦，实行定额灌溉，浇“关键”水，减少了用水量，同时也降低了种植成本。
2．2 增加“停机延时”功能，避免机泵频繁启动，减少机泵损坏
一般机井控制面积在几公顷亩到十几公顷，农户十几户，灌溉期基本上是一户紧接一户的连续灌溉，如果上户浇完刷卡停机，下户再刷卡开机，势必造成机泵频繁启动，尤其对于深井机泵的损坏更大，所以“控制器”应具备“延时停机”设置功能，即当上一用户刷卡停机后，在一定时间内(如3O秒钟)下一用户刷卡开机使用，机泵不会停机，避免短时间内机泵停、启，减少机泵损坏，降低电能消耗。但是对于少用户浅井或单用户井，不需要“延时停机“功能情况下，又能方便地将“控制器”设置成“无延时停机”功能。
2．3 增加“水量修正系数”，提高计量准确性
由于水表(或其他水量变送器)安装位置受机房内管道位置、长度的限制，大多都不能按照理想位置(水表前侧直管段长不小于1O D，后侧直管段长不小于5 D)安装，势必造成计量精度的降低，要求“控制器”具有“水量修正系数”设置功能，通过校验，重新设置“修正系数”，提高计量精度。但是，“设置”要有一定的权限，也就是只有专职管理人员才有“修正系数”设置权限。
2．4 改进监控技术，提高防盗水、防破坏能力
对于“分体式”控制器，水量计量传感器通过信号线将水量信息传送给“控制器”。信号线切断或强磁干扰，就无法计量。对于这种人为故意剪断信号线或人为破坏水表使水表不走数的行为，“控制器”应具有自动监测、自动拉闸停机功能(在一定时间内无计量信号自动拉闸停机)，并报警。
2．5 加强管理和维护，是设备正常运转的保证
IC卡机井控制器的安装使用不应给农民增加过多的负担，所以从目前应用情况看，应以“村”为单位管理比较合适，一户一卡，大村可以划分为两个或三个管理区，即实现了集中管理又不至于使农户购水跑太远的路。由水行政部门根据干旱年份预测、种植计划、任务指标核定总用水指标，再由村委会根据农户的种植作物、灌溉定额、灌溉亩数分配灌溉用水权(用水指标)，由专职管理员按照计划向各农户发卡、售水、统计、上报，同时负责各机井的巡查、维护和管理，加强设备的维护，防盗防破坏，保证设备的完好和正常运行。制定完善的用水制度和管理制度，超指标用水高价收费，节水奖励的激励政策，对于偷水、破坏的要严肃、及时处理。
3 结语
农业“节水灌溉监控”增加了灌溉用水的复杂性，是一项新的管理措施，农民接受和有效使用需要一个认知过程。首先要让农民认识到水的“资源性”和“匮乏性”，建立“水权(用水指标)”概念，提高节水意识。其次是加强用水管理，落实“水权分配”，培育“水市场”。只有这样，才能提高农民的积极性，才能真正重视“节水灌溉监控”设施H j，才能有效的利用、爱护，逐渐适应、习惯、依赖。农民真正认识了、重视了，“建立总量控制与定额管理相结合的用水管理制度，建立以水权、水市场理论为基础的水资源管理体制”才能有效推行，实施节水灌溉、建设节水型社会才能落到实处、见到成效。
参考文献：
[1]徐振辞．井灌类型区农业高效用水模式及产业化示范[EB／()Ihttp：／／www．chlnawater．net．cn／CWR．J0umal／2OOO1O／27．html，2000—10—27．
[2] 位铁强．提高认识多措并举促进河北节水灌溉事业持续快速良性发展[J]．河北水利，2003(9)．
[3] Klaus Finkenzeller(陈大才译)．射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触Ic卡的原理与应用(第二版)[M]．北京：电子工业出版社，2001．
[4] 汪恕诚．转变用水观念，创新发展模式[EB／()I ]．http：／／poll—tics．people．corn．cn／GB／1O27／422337O．html，2006—3—21．
[5] 索丽生．全面推进节水型社会建设试点工作[EB／()L]．http：／／www．mwr．gov．on／shuiwen／20031014／33344．asp，2003—10—14．
[6] 汪恕诚．再谈人与自然和谐相处[N]．中国水利报，2004—4—19．
1 IC卡机井取水控制器
IC卡机井取水控制器又称IC卡预收费控制器、IC卡机井智能控制系统等，种类很多，其实质就是利用Ic卡作为用水信息传输媒介用来控制机井灌溉取水量的一种监控设施。
1．1 IC卡
IC卡(“Smart Card”、“IC Card”)是继磁卡之后出现的又一种新型信息工具。它是将一个微电子芯片镶人符合ISO- 7816标准的卡基中，做成卡片形式的器件，由塑料基片、接触面(或天线)、集成电路三部分组成。Ic卡根据卡上数据的读写方式分为接触型IC卡和非接触型IC卡。接触型IC卡，其表面可以看到一个方型镀金接口，共有八个或六个镀金触点，用于与Ic卡读写器(IC卡管理机)接触，通过电流信号完成读写。读写操作(称为刷卡)时须将Ic卡插入读写器。刷卡相对较慢、易磨损、沾污，但读写速度快、可靠性高，多用于存储信息量大、读写操作复杂的场合。
非接触型Ic卡被称作“射频卡”(RF(Radio Frequency)卡)，它是在接触型IC卡的电路基础上嵌入射频收发及相关电路，具有接触型IC卡同样的芯片技术和特性。射频卡通过射频卡读写器发射天线发送一定频率的电磁波，当射频卡进入发射天线工作区域时，在射频卡卡基中镶入的射频天线产生感应电流，射频卡获得能量被激活，接受信息或发送信息，完成卡与读写器间的数据传输。感应距离一般在1～1Ocm(不同型号控制器有所不同)内即可收发读写信息。设备之间无机械性接触，且可以任意方向掠过读写器表面。所以，射频卡无正反面之分、无机械磨损、安全、可靠；操作简单、快捷；防水、防潮；应用面广等。
1．2 IC卡机井取水控制系统工作原理
IC卡机井取水控制器实际是指Ic卡机井取水收费控制系统，由Ic卡机井控制器、Ic卡和Ic卡读写器(IC卡管理机)三部分组成。系统与专用的水表(水量计量变送器)(或电能表)配合使用，由控制器按用户所购水量(或电量、或时间)即预售水(电)费、自动抄表计费、无费自动拉闸。系统集水量 计量、收费管理、控制于一体，特别适用于农用机井节水灌溉控制、工业自备井定额用水管理。下面以射频卡机井取水控制系统为例，简述其工作原理。
1．2．1 系统的基本构成系统的基本构成见图1。
1．2．2 工作原理： 目前常用的IC卡控制器分为以水量、以电量、以时间为计量基准的三种类型。控制器平时处于拉闸断电状态，机泵无法启动取水。只有用户持卡购水(电、时)并将射频卡放在(掠过)控制器感应区，控制器自动读取卡中所购水量(电量，时间)等信息并合闸启动机泵取水。在提水过程中，水表每走一单位水量(1 m3或0．1 m3)(或电能表每走1 kW ·h，或时间每走1单位时间)，控制器从剩余水量(电量、时间)减1，并在显示窗中显示。用户灌溉完毕，将射频卡再次靠近感应区，控制器将剩余水量(电量、时间)自动写入射频卡并拉闸断电停机，卡中水量(电量、时间)在下次使用。如果剩余水量(电量、时间)为“0”，控制器也将自动拉闸停机，用户必须持卡再次购水(电、时)。
1．2．3 系统功能(1)开户、售卡，向用户售水(电、时)；(2) 制作用水管理的开户卡、补卡、检查卡、设置卡等各种类功能卡；(3)读、写IC卡中的信息，并自动存储记录，查询用户购水(电、时)记录；(4)控制器可存贮1000多条用户动态信息记录，方便管理；(5)控制器LED(或I D)显示窗和状态指示灯，显示剩余水(电、时)，指示传感信号、合闸、分闸、事故报警状态；(6)控制器具有刷卡延时停机、断相保护 f盗防破坏功能；(7)控制器特殊功能，如限制总取水量功能、非正常原因停机用户信息自动保存并可读取功能等。
2 在井灌类型区节水灌溉中的应用体会
河北省2005年节水农业综合技术示范项目(曲闶、臣鹿、藁城、桃城、大城、河问、乐亭、雄县)要求“示范区内所有水源工程必须安装先进实用的量水设施(1C卡、射频卡)”，推行“一井、一表、一号、一卡、一数”，在科学分析水资源承载能力的基础上，根据种植计划、(节水)灌溉定额、灌溉面积以及干旱程度(平水年、丰水年、干旱年)分配用水指标(水权)，确定各农户允许所用水量，及机井总控制提水量，向农户预售水量。用户根据自己的需要，持卡购水、用水。此项措施的推广应用，不仅提高了农民的节水意识，加强了节水灌溉的监控手段，同时取得了很好的节水、示范效果。但是，在实际推广应用中存在着一些问题，应加以改进。主要表现在以下几个方面。
2．1 加强宣传、提高认识，增强节水意识
IC卡机井取水控制器是一项新的节水监控、管理措施，农民接受、习惯需要一个过程。首先要从认识上提高。从目前推广应用中看，存在着政府力度大、农民被动接受的现象。究其根本原因是农民的认知程度不够、积极性不高。所以，在工作中要加强宣传力度，在政策宣传的同时，要特别注意技术方面的宣讲，要让农民真正了解“节水灌溉监控”设施的“好处”，在认识节水形势的严峻性和必要性的同时，认识到安装“ 卡机井控制器”可以给农户灌溉带来方便、实惠。用户持卡购水后，想什么时候浇地就什么时候浇，不用事先找电工送电、事后找电工抄表，减少上下户之间由于抄表数据不相符而产生纠纷等麻烦，实行定额灌溉，浇“关键”水，减少了用水量，同时也降低了种植成本。
2．2 增加“停机延时”功能，避免机泵频繁启动，减少机泵损坏
一般机井控制面积在几公顷亩到十几公顷，农户十几户，灌溉期基本上是一户紧接一户的连续灌溉，如果上户浇完刷卡停机，下户再刷卡开机，势必造成机泵频繁启动，尤其对于深井机泵的损坏更大，所以“控制器”应具备“延时停机”设置功能，即当上一用户刷卡停机后，在一定时间内(如3O秒钟)下一用户刷卡开机使用，机泵不会停机，避免短时间内机泵停、启，减少机泵损坏，降低电能消耗。但是对于少用户浅井或单用户井，不需要“延时停机“功能情况下，又能方便地将“控制器”设置成“无延时停机”功能。
2．3 增加“水量修正系数”，提高计量准确性
由于水表(或其他水量变送器)安装位置受机房内管道位置、长度的限制，大多都不能按照理想位置(水表前侧直管段长不小于1O D，后侧直管段长不小于5 D)安装，势必造成计量精度的降低，要求“控制器”具有“水量修正系数”设置功能，通过校验，重新设置“修正系数”，提高计量精度。但是，“设置”要有一定的权限，也就是只有专职管理人员才有“修正系数”设置权限。
2．4 改进监控技术，提高防盗水、防破坏能力
对于“分体式”控制器，水量计量传感器通过信号线将水量信息传送给“控制器”。信号线切断或强磁干扰，就无法计量。对于这种人为故意剪断信号线或人为破坏水表使水表不走数的行为，“控制器”应具有自动监测、自动拉闸停机功能(在一定时间内无计量信号自动拉闸停机)，并报警。
2．5 加强管理和维护，是设备正常运转的保证
IC卡机井控制器的安装使用不应给农民增加过多的负担，所以从目前应用情况看，应以“村”为单位管理比较合适，一户一卡，大村可以划分为两个或三个管理区，即实现了集中管理又不至于使农户购水跑太远的路。由水行政部门根据干旱年份预测、种植计划、任务指标核定总用水指标，再由村委会根据农户的种植作物、灌溉定额、灌溉亩数分配灌溉用水权(用水指标)，由专职管理员按照计划向各农户发卡、售水、统计、上报，同时负责各机井的巡查、维护和管理，加强设备的维护，防盗防破坏，保证设备的完好和正常运行。制定完善的用水制度和管理制度，超指标用水高价收费，节水奖励的激励政策，对于偷水、破坏的要严肃、及时处理。
3 结语
农业“节水灌溉监控”增加了灌溉用水的复杂性，是一项新的管理措施，农民接受和有效使用需要一个认知过程。首先要让农民认识到水的“资源性”和“匮乏性”，建立“水权(用水指标)”概念，提高节水意识。其次是加强用水管理，落实“水权分配”，培育“水市场”。只有这样，才能提高农民的积极性，才能真正重视“节水灌溉监控”设施H j，才能有效的利用、爱护，逐渐适应、习惯、依赖。农民真正认识了、重视了，“建立总量控制与定额管理相结合的用水管理制度，建立以水权、水市场理论为基础的水资源管理体制”才能有效推行，实施节水灌溉、建设节水型社会才能落到实处、见到成效。
参考文献：
[1]徐振辞．井灌类型区农业高效用水模式及产业化示范[EB／()Ihttp：／／www．chlnawater．net．cn／CWR．J0umal／2OOO1O／27．html，2000—10—27．
[2] 位铁强．提高认识多措并举促进河北节水灌溉事业持续快速良性发展[J]．河北水利，2003(9)．
[3] Klaus Finkenzeller(陈大才译)．射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触Ic卡的原理与应用(第二版)[M]．北京：电子工业出版社，2001．
[4] 汪恕诚．转变用水观念，创新发展模式[EB／()I ]．http：／／poll—tics．people．corn．cn／GB／1O27／422337O．html，2006—3—21．
[5] 索丽生．全面推进节水型社会建设试点工作[EB／()L]．http：／／www．mwr．gov．on／shuiwen／20031014／33344．asp，2003—10—14．
[6] 汪恕诚．再谈人与自然和谐相处[N]．中国水利报，2004—4—19．
