智能精准农业节水灌溉技术

智能精准农业节水灌溉技术

丁润锁1 ,赵亚洲1  ,张保岩2, ,胡建龙3    

1天津市农业发展服务中心，300061；2天津农业科学院  天津300093

3科芯（天津）生态农业科技有限公司，300453

摘要：智能精准农业节水灌溉以智能化、水肥数字化为技术手段，基于对植物、作物的灌溉特性分析，结合气候特征数据进行综合建模，运用新一代信息技术物联网万物互联的优势属性进行数据点的充分精细化采集和处理，并与农业院校、气象科研单位互相指导合作，在云端搭建灌溉平台，提取出更加有效的灌溉模型数据形成指导依据，与农田的现场终端设备联动，达到智能节水灌溉的目的，实现智慧农业。

关键词 ：智慧农业；信息技术；灌溉； 水肥一体化

作者简介：丁润锁：男，76年生人，硕士，高级工程师，从事农机化战略发展研究，农机具改进，示范、推广，智慧农业，中医农业理论探讨

0引言

围绕精准农业理念，基于物联网先进技术实现智慧农业。用物联网终端设备来闭环监测，基于云端数据收集、分析、研判、实时调整水量和水肥数据。这是相比较国外的最领先之处。国外的设备往往是沿袭工业化模式，强调设备的自动化、程序化、去人工化等等，这与国内水肥技术中所包含的智能化以及实时无线物联闭环调整的技术模式具有差距。国内快速发展的物联网，已经从性能上远远领先国外的工业化半自动化使用模式。

围绕“AIPA“战略，利用自主创新研发的农民想用、好用、用得起的精准灌溉智能化、水肥一体数字化、全环境数据采集和联动一体化、AIPA智慧农业平台化等系统技术，解决农民耕作问题，提高耕作效益。以先进、高效、易用的新技术模式，真正实现节水控肥、增收提质、节能环保，实现农业的绿色可持续发展，为动能转换做出贡献。

灌溉作为农业、绿化的重要组成部分之一，通过该项目的研究，将变得更加科学、合理、高效。同时物联网设备的平台打造使设备能够自动化智能运行，集约化的远程访问控制，操作高效便捷，通过研究植物特性与气候特征之间的关系，持续完善建立数据平台模型。

水肥数字化为技术手段，基于对植物、作物的灌溉特性分析，结合气候特征数据进行综合建模。运用新一代信息技术物联网万物互联的优势属性进行数据点的充分精细化采集和处理，并与农业院校、气象科研单位互相指导合作，在云端的搭建灌溉大数据平台，将提取出更加有效的灌溉模型数据形成指导价值，并能够与农田的现场终端设备联动，实现智慧农业的落地成果转化。

灌溉系统信息网络建设

以物联网大数据平台为基础，真正实现了精准和数字化，以及为实现智慧农业的品质、产量的标准化做了落地应用实施，具有实际产业化价值。为达到农作物生长可精准的产量和质量预判、以消费者端对产品的质量和品质需求为导向来生产，对温、光、水、气、肥等因素之间的耦合关系。科芯将人工智能技术与作物表型两大学科融合，发明智慧决策型精准农业，突出作物自身决策。

从作物的实际需水量入手，部署物联网的传感器探测结合作物理论习性，研究环境参数的不同对作物需水量的影响，并且能够实时控制和调整灌溉的水量，基于物联网的技术，保证了灌溉的精准度。

1.1与机械水阀搭配，直接安装放置在阀井之中，无须其他任何连线，更不需要考虑整体的施工现场的挖槽走线，独立安装，即装即用，与机械水阀一比一搭配即可，省去更多施工成本；

1.2采用蜂窝通信多模式通信，包括GSM、GPRS、NB-IOT等，突破安装场景的限制，只要是运营商有信号的场地，就可以远程操作以及上报数据；

1.3通信多模设计中同时采用BLE的蓝牙技术，能够近距离使用手机直连实现配置、操控等，并且具备最低的无线通信功耗，节能省电；

1.4核心主控模块依托于蜂窝通信连接到云端服务器，首先能够调取气象局的权威数据，更加科学合理的进行灌溉的安排和执行，从大数据角度计算出优化的灌溉模型，同时一定程度上省去了外接雨量传感器等操作和成本；

1.5内置可充电的锂电池，大容量能够支撑设备正常运作至少1年，使得设备无须外接任何电源线缆，即可完全独立工作，采用宽温以及优质的防护设计，应对各种应用场景；

1.6设计有流量计模块，能够对于水流进行精确的采集，将数据通过核心主控模块进行远程的上报，在云端会收集更多有关灌溉流量的大数据进行分析和优化，进而科学合理的进行灌溉逻辑的优化控制，真正实现节约用水，减排高效；

1.5搭配手机端的应用程序，可以灵活的进行日期、时间、地区、季节、草种等参数的设置，进而形成更加科学合理的灌溉模型，达到更好的灌溉效果。

AIPA大数据平台

大数据平台可以实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，可以自动控制温室湿帘风机、内保温、外遮阳、顶部通风、侧面开风、环流风机等设备。同时平台还可以通过手机APP、计算机等信息终端，向管理者推送实时监测信息、报警信息，实现温室大棚信息化、智能化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用保证温室大棚内环境适宜作物生长实现精细化的管理,实现高产、优质、高效、生态、安全，提高效率、降低成本、增加收益。

2.1.温室环境实时监控：

通过电脑或者手机远程查看温室环境实时曲线图，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等，及时掌握温室农作物生长环境；远程、自动化控制温室内环境设备，提高工作效率，如自动灌溉系统、风机、侧窗、顶窗等。

2.2智能报警系统：平台可以灵活的设置各个温室不同环境参数的上下阀值，一旦超出阀值，系统可以根据配置，通过手机短信、系统消息等方式提醒相应管理者；可以根据报警记录查看关联的温室设备，更加及时、快速远程控制温室设备，高效处理温室环境问题。

2.3远程自动控制：平台可以通过远程自动化控制技术，让用户足不出户远程设置整个温室设备随环境参数，自动控制；可以通过手机、电脑端，远程控制温室的所有设备。

2.4历史数据分析：系统可以通过不同条件组合查询和对比历史环境数据；用户可以通过历史数据，建立统一的数据模型，指导各茬口、各作物生长，提高作物产量和品质。

3灌溉系统效益分析

按照“以水带肥、以肥促水、因水施肥、水肥耦合”的技术路径，根据不同地区气候特点、水资源现状、农业种植方式及水肥耦合技术要求，在东北、西北、华北、西南、设施农业和果园六大区域，以玉米、小麦、马铃薯、棉花、蔬菜、果树六大作物为重点，推广水肥一体化技术，利用机井或地表水为水源，借助滴灌进行灌溉和施肥，集微灌和施肥为一体，通过建立新型微灌系统，在灌溉的同时将肥料配兑成肥液一起输送到作物根部土壤，确保水分养分均匀、准确、定时定量供应，为作物生长创造良好的水、肥、气、热环境。

将传统的漫灌等灌溉方式，统一升级为节水高效的物联网精准灌溉系统后，有效综合节水50%以上，节省人力50%以上，精准滴灌技术使得土壤的水分可预测可调控，有利于引导植株的健康科学生长。基于物联网的远程控制系统，提供了远程多时段定时预约以及土壤参数传感器联动的自动化手段。

4结语

不同于传统数据研究和统计分析，研究团队具备整合和设计从物联网终端、数据采集管道、云端大数据开发的完整技术体系。最重要的是，调研和开发的芯片基础十分雄厚，且深入到田间地头来获取最接地气的需求，将田间地头的需求用技术手段来实现，这让科研项目的数据来源更加可靠、更加准确，进而所研发的成果更加具有实际操作意义。依据不同应用数据进行系统整合，就是科芯“AIPA”系统与其他智慧农业平台的不同之处，也是最大的的创新之处。

项目的核心应用价值是以智能和标准化精准灌溉和节水系统、可预期的科技种植来承上启下，梳理从种子、育苗、农资的上游服务以及优质果品的加工和渠道销售的下游服务，获得更好社会效益。