2022-03-01 15:01:00
圖為河南新鄉(xiāng)市七里營鎮(zhèn)農(nóng)田里正在進行“春灌”的大型平移式噴灌機。單文晴攝
立春天漸暖，小麥正“瘋長”。在河南新鄉(xiāng)市七里營鎮(zhèn)一片農(nóng)田里，一臺大型平移式噴灌機正在運轉(zhuǎn)，高低有別的噴頭噴射出傘狀水花，顆顆水珠與青青麥苗，相映成綠。
田里沒人，只有一架無人機在上方飛行。雨水前后是春耕春灌的關(guān)鍵時期，人去哪里了？無人機是干啥的？
“這是我們今春正式啟用的現(xiàn)代信息感知變量精準灌溉系統(tǒng)，科技智慧‘大腦’開出精準灌溉處方，層次噴頭精準灌溉水肥，春灌效果要賽過幾十年種田的‘老把式’。”系統(tǒng)主要設計者、中國農(nóng)科院灌溉所陳震博士介紹，這項獲5項發(fā)明專利、2項國際專利、7項軟件著作權(quán)的系統(tǒng)，已在河南內(nèi)蒙、遼寧、安徽等四省應用100萬畝以上，“‘黑科技’助力，中國糧食一定盛滿中國飯碗!”
精準春灌的“智慧大腦”如何工作？陳震說，系統(tǒng)由多源信息感知和多源信息決策集成，通過無人機遙感技術(shù)感知作物是否需要“喝水”、施肥，再經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)搜集作物大數(shù)據(jù)反饋至控制平臺，專家分析模型作出決策，再讓噴灌機將水肥輸送到種植區(qū)，實施輸水送肥一站式管理，保證作物生產(chǎn)環(huán)境，全方位提升農(nóng)田灌溉效率和品質(zhì)。
“操作人員只需通過手機或電腦，就能了解并控制整個灌溉過程。”陳震說，有了這套系統(tǒng)，噴灌機只需3天時間就能精準灌溉300至500畝農(nóng)田，節(jié)省人工20余人，每畝節(jié)水約20方。系統(tǒng)還提高了20%作物灌溉水分生產(chǎn)力，解決了不同作物灌溉模型難以實現(xiàn)大田時空灌溉量反演及精準灌溉決策的系統(tǒng)性難題。
型平移式噴灌機正在進行“春灌”。單文晴攝
系統(tǒng)中變量精準噴灑，更是值得一提的創(chuàng)新。“不同地塊作物需水需肥不同，系統(tǒng)除能精準感知不同種植結(jié)構(gòu)、不同時空分布水肥需求及空間變異特征，這臺噴灌機上的68個噴頭，還能控制流量大小和噴射高度，在運轉(zhuǎn)中根據(jù)作物所需進行精準變量灌溉。”陳震說。
為解決電動平移式噴灌機噴頭無法自適應升降和變換噴灑性能的問題，該團隊發(fā)明了智能電動多功能平移式噴灌機及變量噴灑方法，通過改變大型噴灌機用折射式噴頭噴盤結(jié)構(gòu)，提升了單個噴頭多種噴灑效果，實現(xiàn)大型噴灌機水肥藥多功能噴灑，水肥噴灑均勻度在92%以上，提升了氮肥利用率25%，解決了電動平移式噴灌機噴頭無法自適應升降和變換噴灑性能的問題。
田里既有不同品種的小麥，還有蠶豆、豌豆等作物，陳震介紹，就算是這樣復雜的作物混種，每個區(qū)域所需水肥不同，系統(tǒng)也能精準識別，變量灌溉。
灌水有三看，經(jīng)驗豐富的種田“老把式”，常通過“看天、看地、看莊稼”，決定啥時候灌水、灌多少水，灌溉所研究人員則引入支持向量機的人工智能算法學習模型，不間斷地進行自主學習，對系統(tǒng)搜集信息和專家決策系統(tǒng)的灌溉處方，進行深度分析并建立模型。“判斷每塊農(nóng)田水分和氮素需求，解譯作物生長過程中的生理生態(tài)、干旱、營養(yǎng)等情況，對作物進行智能決策分析，就能選擇最佳的灌溉和施肥方案。”陳震說。
系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)通量大、監(jiān)測精度高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)、決策速度快的特性，陳震介紹，整個平臺實現(xiàn)了“采集—傳輸—解譯—決策—控制”整個流程系統(tǒng)化操作控制。有“算法加持”，系統(tǒng)管理效率將逐年提升，比種田“老把式”“觀察”更細微變化，保證作物整個生長過程不會跑偏，最終實現(xiàn)真正的無人管理和智慧管控。
“系統(tǒng)經(jīng)過多年研發(fā)已具備產(chǎn)業(yè)化條件，系統(tǒng)包含的各類技術(shù)累計在內(nèi)蒙、遼寧、河南、安徽等地推廣應用100萬畝以上。下一步，灌溉所將圍繞農(nóng)田灌溉全產(chǎn)業(yè)鏈，培育智能農(nóng)機裝備，聚焦產(chǎn)業(yè)化數(shù)字化智慧管理新賽道，加速推進智慧灌溉系統(tǒng)建設，積極打造全國智慧灌溉先行樣板。”中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所所長周國民表示。
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