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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(xué)習(xí)模型，不間斷地進行自主學(xué)習(xí)，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(yīng)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(shè)，積極打造全國智慧灌溉先行樣板。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所所長周國民表示。
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