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灌区信息监测是提高灌区现代化管理水平的一个重要内容。传统的灌区信息监测系统呈现出单点、有线和本地的特点,难以实现灌区尺度的信息监测。利用现代水利信息化技术,及时获取水资源系统的实时水状态信息,成为与现代水资源管理技术发展相平行的重要支撑技术问题。针对灌区范围大、工程分散、区内气候差异、降雨时空分布不均匀等特点,本文从无线传感器网络技术出发,选取人民胜利渠渠首为典型试验场景,对智慧灌区复杂环境下的数据采集、数据传输和数据处理进行了研究和实现,具体工作如下:1、基于ZigBee协议的无线传感器网络的设计与实现:采用TI推出的ZigBee片上系统解决方案CC2530,并结合业界领先的Z-Stack协议栈,给出了无线传感器网络的总体设计方案。同时,针对网络拓扑获取、网络管理、多源数据采集接口和数据采集控制等问题,从软硬件两方面对协调器、路由器和端节点进行了实现。2、基于WSN的灌区信息监测系统的设计与实现:针对人民胜利渠灌区的复杂环境,结合目前灌区节水改造、续建配套存在的问题,选取具有代表性的渠首作为灌区信息监测系统的典型试验场景。将基于ZigBee协议构建的无线传感器网络应用于灌区信息化建设,对农田土壤含水率、环境温湿度以及经纬度等信息进行自动化采集传输。为解决感知数据的远程实时传输问题,采用STM32F107作为应用处理器,将基于ZigBee协议的无线传感器网络与基于TCP/IP协议的GPRS模块相连接。引入μC/OS-Ⅱ操作系统对处理器软硬件资源进行管理,规避前后台程序设计缺陷,实现无线传感器网络与Internet间自由的信息交流。3、基于Unity 3D的渠首三维可视化系统的设计与实现:创新性地将虚拟的场景与无线传感器网络感知的数据融合,利用感知数据驱动虚拟场景运动,形成灌区水资源时空信息。首先,采用3D Max对典型试验场景中的渠首闸、渠道、建筑物以及附近农田树木等对象进行建模。然后,通过Unity 3D引擎进行模型集成和调度,实现了典型场景漫游、闸门量水、土壤墒情可视化和信息查询等功能。测试结果表明,本文研究的灌区监测系统具有良好的扩展性,运行稳定,能可靠地实现灌区信息采集与传输。实现的渠首三维可视化系统,将感知数据与虚拟场景融合,直观表现感知数据,为灌区信息处理提供了新思路。同时,开发的土壤墒情在线监测设备通过河南省电子产品监督检验所检验,并已应用于河南省人民胜利渠管理局,为灌区的信息化建设起到一定的示范作用。