vetpressАграрная наукаAgrarian science0869-81552686-701XРедакция журнала "Аграрная наука"10.32634/0869-8155-2023-366-1-83-89vetpress-2448Research ArticleАГРОИНЖЕНЕРИЯ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИAGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGIESУстройство автоматического контроля уровня воды для мелиоративных объектовAutomatic water level monitoring device for open reclamation networkhttps://orcid.org/0000-0002-3968-0563СнежкоВ. Л.SnezhkoV. L.

Вера Леонидовна Снежко, профессор, заведующая кафедрой

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Vera Leonidovna Snezhko, Professor, Head of Department

127434, Moscow, str. Timiryazevskaya, 49

vlsnejko@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1265-4071БенинД. М.BeninD. M.

Дмитрий Михайлович Бенин, Доцент

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Dmitrii Mikhailovich Benin, Associate Professor

127434, Moscow, str. Timiryazevskaya, 49

dbenin@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5887-1253ПодобныйА. В.PodobnyA. V.

Александр Викторович Подобный, преподаватель

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Aleksandr Viktorovich Podobnyj, Teacher

127434, Moscow, str. Timiryazevskaya, 49

a.podobnyi@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5060-7837ГавриловскаяН. В.GavrilovskayaN. V.

Гавриловская Надежда Владимировна, Доцент

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Gavrilovskaya Nadezhda Vladimirovna, Associate Professor

127434, Moscow, str. Timiryazevskaya, 49

gavrilovskayanv@rgau-msha.ruРоссийский государственный аграрный университет — Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University — Moscow Agricultural Academy named after K.A. TimiryazevRussian Federation202320012023018389Copyright © Снежко В.Л., Бенин Д.М., Подобный А.В., Гавриловская Н.В., 20232023Снежко В.Л., Бенин Д.М., Подобный А.В., Гавриловская Н.В.Snezhko V.L., Benin D.M., Podobny A.V., Gavrilovskaya N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vetpress.ru/jour/article/view/2448

Актуальность. Мониторинг уровневого режима открытой мелиоративной сети необходим не только для ее безопасного функционирования, но и для определения объема водоподачи в измерительных створах, оборудованных средствами водоучета. Автоматический мониторинг уровней на открытой мелиоративной сети наиболее проблематичен. На старых оросительных системах используются устаревшие средства измерений, внедрение цифровых технологий ограничивается высокой стоимостью оборудования и сложностью подвода электроэнергии к удаленным створам. Целью исследований была разработка автоматизированного цифрового комплекса для мониторинга уровня воды на открытой мелиоративной сети с питанием от возобновляемого источника энергии и испытание экспериментального образца в условиях действующей оросительной системы.Методы. При выборе конструктивных элементов и разработке программного кода выполнен анализ условий эксплуатации, диапазонов и требуемой точности измерений; использованы методы теории программирования логических контроллеров, декомпозиции и формализации алгоритмов, структурного программирования. При испытаниях опытного образца использованы методы теории планирования эксперимента, математической статистики и теории ошибок.Результаты. Экспериментальный образец цифрового измерительного комплекса в автоматическом режиме производит измерения температуры воздуха, атмосферного давления и расстояния до уровня свободной поверхности воды, производит их запись в память устройства и/или передачу на удаленный сервер. Для работы комплекса требуется постоянное напряжение 5 В, питание возможно от солнечной батареи и/или от аккумулятора. Испытания автоматического комплекса в водоеме при отсутствии выраженного течения и в канале с максимальной скоростью течения порядка 2,6 м/с продемонстрировали удовлетворительную точность измерений.

Relevance. Monitoring of the level regime of an reclamation network is necessary not only for its safe operation, but also for determining the volume of water supply in measuring points equipped with water accounting facilities. The automatic monitoring of levels in an open reclamation network is the most problematic. Old irrigation systems use outdated measuring instruments, the introduction of digital technologies is limited by the high cost of equipment and the complexity of supplying electricity to remote sites. The aim of the research was to develop an automated digital complex for monitoring the water level in an open reclamation network powered by a renewable energy source and to test an experimental sample under the conditions of an existing irrigation system.Methods. When choosing structural elements and developing a program code, an analysis of operating conditions, ranges and required measurement accuracy was carried out; methods of the theory of programming logic controllers, decomposition and formalization of algorithms, structural programming were used. When testing a prototype, methods of the theory of experiment planning, mathematical statistics and the theory of errors were used.Results. An experimental sample of a digital measuring complex automatically measures air temperature, atmospheric pressure and distance to the level of the free surface of water, records it in the device's memory and/or transfers it to a remote server. The operation of the complex requires a constant voltage of 5 V, it can be powered by a solar energy and/or a battery. Tests of the automatic complex in a reservoir in the absence of a pronounced current and in a channel with a maximum flow velocity of about 2.6 m/s demonstrated satisfactory measurement accuracy.

мелиорацияводоснабжениеуровень водыконтрольавтоматическое измерениеавтоматизациядатчикиmeliorationwater supplywater levelcontrolautomatic measurementautomationsensorsИсследования выполнены при реализации Программы развития Университета в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».The research was carried out during the implementation of the University Development Program within the framework of the program of strategic academic leadership «Priority-2030».ReferencesМанжина С.А., Медведева Л.Н. Современные подходы к определению экономически обоснованной стоимости подачи воды на орошение. Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2018; 2 (31): 148–170. DOI:10.31774/2222-1816-2018-3-148-170.Manzhina S. A., Medvedeva L. N. Modern approaches to determining the economically justified cost of water supply for irrigation. Scientific journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation Problems. 2018;2(31): 148–170 (In Russian) DOI:10.31774/2222-1816-2018-3-148-170.Методы измерения расхода воды на реках, каналах, в напорных трубопроводах насосных станций оросительных систем. Обзор. Межгосударственная координационная водохозяйственная комиссия Центральной Азии. Ташкент: Научно-информационный центр. 2014. 84 с.Methods for measuring water flow in rivers, canals, in pressure pipelines of pumping stations of irrigation systems. Review. Interstate Coordination Water Commission of Central Asia. Tashkent: Scientific information center. 2014. 84 p.Шепелев, А.Е., Юченко Л.В. Анализ средств водоизмерения на пунктах водоучета мелиоративных систем Минсельхоза России. Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2019; 1 (73): 43–46.Shepelev A. E., Yuchenko L. V. Analysis of water metering devices at water accounting points for reclamation systems of the Ministry of Agriculture of Russia. Puti povysheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya. 2019; 1 (73): 43–46 (In Russian)Eltner A., Bressan P.O., Akiyama T., Gonçalves W.N., Marcato J. Junior.Using Deep Learning for Automatic Water Stage Measurements. Water Resources Research. 2021;57:3. DOI:10.1029/2020WR027608Eltner A., Bressan P.O., Akiyama T., Gonçalves W.N., Marcato J. Junior.Using Deep Learning for Automatic Water Stage Measurements. Water Resources Research. 2021;57:3. DOI:10.1029/2020WR027608Greswell R., Ellis P., Cuthbert M., White R., Durand V. The design and application of an inexpensive pressure monitoring system for shallow water level measurement, tensiometry and piezometry. Journal of Hydrology. 2009;373(3–4): DOI:416-425.10.1016/j.jhydrol.2009.05.001Greswell R., Ellis P., Cuthbert M., White R., Durand V. The design and application of an inexpensive pressure monitoring system for shallow water level measurement, tensiometry and piezometry. Journal of Hydrology. 2009;373(3–4): DOI:416-425.10.1016/j.jhydrol.2009.05.001Чураев А.А., Шепелев А.Е., Юченко Л.В. Оценка работоспособности испытываемого средства водоучета в диапазоне допустимой погрешности измерений. Мелиорация и гидротехника. 2022: 12 (1): 228–244. DOI:10.31774/2712-9357-2022-12-1-228-244.Churaev A.А., Shepelev A.E., Yuchenko L.V. Performance assessment of the monitored water metering device within the range of permissible measurement error. Land Melioraciya i gidrotekhnika. 2022; 12 (1): 228–244 (In Russian). DOI:10.31774/2712-9357-2022-12-1-228-244.Васильченко А.П., Шепелев А.Е., Кореновский А.М. К вопросу оснащения пунктов водоучета средствами телеметрии. Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2020; 3 (39): 140–153. DOI:10.31774/2222-1816-2020-3-140-153Vasilchenko A.P., Shepelev A.Ye., Korenovskiy A.M. On the issue of equipping water accounting points with telemetry. Scientific journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation Problems. 2020;3(39): 140–153 (In Russian). DOI:10.31774/2222-1816-2020-3-140-153Вайнберг М.В., Чураев А.А. Основные требования, предъявляемые к средствам измерения параметров водного потока с учетом новых условий водопользования. Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2017;2(66): 249–253.Vaynberg M.V., Churaev A.A. The main requirements for the means of measuring the parameters of the water flow, taking into account the new conditions of water use. Ways to improve efficiency irrigated agriculture. 2017; 2 (66): 249–253 (In Russian).Van der Made J.E. Determination of the accuracy of water level observations. In Proceedings of the Exeter Symposium. IAHS Publications. 1982;134: 172–184.Van der Made J.E. Determination of the accuracy of water level observations. In Proceedings of the Exeter Symposium. IAHS Publications. 1982;134: 172–184.Horner I., Renard B., Le Coz J., Branger F., McMillan H.K., Pierrefeu G. Impact of stage measurement errors on streamflow uncertainty. Water Resources Research. 2018; 54 (3): 1952–1976.Horner I., Renard B., Le Coz J., Branger F., McMillan H. K., Pierrefeu G. Impact of stage measurement errors on streamflow uncertainty. Water Resources Research. 2018; 54 (3): 1952–1976.Sauer V.B., Turnipseed D.P. Stage, measurement at gaging stations (Tech. Methods, Book 3, chap. A7,). Reston, VA: U.S. Geological Survey. 2010. 45 pp. Retrieved from http://pubs.usgs.gov/tm/tm3-a7/Sauer V.B., Turnipseed D.P. Stage, measurement at gaging stations (Tech. Methods, Book 3, chap. A7,). Reston, VA: U.S. Geological Survey. 2010. 45 pp. Retrieved from http://pubs.usgs.gov/tm/tm3-a7/Жмудь В.А., Кондратьев Н.О., Кузнецов К.А., Трубин В.Г., Димитров Л.В. Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04. Автоматика и программная инженерия. 2017; 4 (22): 18–26.Zhmud V.A., Kondratyev N.O., Kuznetsov K.A., Trubin V.G., Dimitrov L.V. Ultrasonic Distance Sensor HC-SR04. Automation and software engineering. 2017;4(22): 18–26 (In Russian).Hsien P.P., Sung C.L. A precision water-level and sediment-load monitoring system−an update. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2006;18(3): 287–290. DOI:10.1016/S1001-6058(06)60067-XHsien P.P., Sung C.L. A precision water-level and sediment-load monitoring system−an update. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2006;18(3): 287–290. DOI:10.1016/S1001-6058(06)60067-XZhang Z., Zhou Y., Liu H., Gao H. In-situ water level measurement using NIR-imaging video camera. Flow Measurement and Instrumentation. 2019;67: 95–106. DOI:10.1016/j.flowmeasinst.2019.04.004Zhang Z., Zhou Y., Liu H., Gao H. In-situ water level measurement using NIR-imaging video camera. Flow Measurement and Instrumentation. 2019; 67: 95–106. DOI:10.1016/j.flowmeasinst.2019.04.004Bai G., Hou J., Zhang Y., Li B., Han H., Wang T., Hinkelmann R., Zhang D., Guo L. An intelligent water level monitoring method based on SSD algorithm. Measurement. 2021;185: DOI:110047.10.1016/j.measurement.2021.110047.Bai G., Hou J., Zhang Y., Li B., Han H., Wang T., Hinkelmann R., Zhang D., Guo L. An intelligent water level monitoring method based on SSD algorithm. Measurement. 2021; 185: DOI:110047.10.1016/j.measurement.2021.110047.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.