2022-03-01 15:01:00
圖為河南新鄉(xiāng)市七里營(yíng)鎮(zhèn)農(nóng)田里正在進(jìn)行“春灌”的大型平移式噴灌機(jī)。單文晴攝
立春天漸暖，小麥正“瘋長(zhǎng)”。在河南新鄉(xiāng)市七里營(yíng)鎮(zhèn)一片農(nóng)田里，一臺(tái)大型平移式噴灌機(jī)正在運(yùn)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(jī)在上方飛行。雨水前后是春耕春灌的關(guān)鍵時(shí)期，人去哪里了？無人機(jī)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(zhǔn)灌溉系統(tǒng)，科技智慧‘大腦’開出精準(zhǔn)灌溉處方，層次噴頭精準(zhǔn)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(jì)者、中國農(nóng)科院灌溉所陳震博士介紹，這項(xiàng)獲5項(xiàng)發(fā)明專利、2項(xiàng)國際專利、7項(xiàng)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(zhǔn)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(jī)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(tái)，專家分析模型作出決策，再讓噴灌機(jī)將水肥輸送到種植區(qū)，實(shí)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(jī)或電腦，就能了解并控制整個(gè)灌溉過程。”陳震說，有了這套系統(tǒng)，噴灌機(jī)只需3天時(shí)間就能精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)大田時(shí)空灌溉量反演及精準(zhǔn)灌溉決策的系統(tǒng)性難題。
型平移式噴灌機(jī)正在進(jìn)行“春灌”。單文晴攝
系統(tǒng)中變量精準(zhǔn)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(zhǔn)感知不同種植結(jié)構(gòu)、不同時(shí)空分布水肥需求及空間變異特征，這臺(tái)噴灌機(jī)上的68個(gè)噴頭，還能控制流量大小和噴射高度，在運(yùn)轉(zhuǎn)中根據(jù)作物所需進(jìn)行精準(zhǔn)變量灌溉。”陳震說。
為解決電動(dòng)平移式噴灌機(jī)噴頭無法自適應(yīng)升降和變換噴灑性能的問題，該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了智能電動(dòng)多功能平移式噴灌機(jī)及變量噴灑方法，通過改變大型噴灌機(jī)用折射式噴頭噴盤結(jié)構(gòu)，提升了單個(gè)噴頭多種噴灑效果，實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)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(dòng)平移式噴灌機(jī)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(gè)區(qū)域所需水肥不同，系統(tǒng)也能精準(zhǔn)識(shí)別，變量灌溉。
灌水有三看，經(jīng)驗(yàn)豐富的種田“老把式”，常通過“看天、看地、看莊稼”，決定啥時(shí)候灌水、灌多少水，灌溉所研究人員則引入支持向量機(jī)的人工智能算法學(xué)習(xí)模型，不間斷地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，對(duì)系統(tǒng)搜集信息和專家決策系統(tǒng)的灌溉處方，進(jìn)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(zhǎng)過程中的生理生態(tài)、干旱、營(yíng)養(yǎng)等情況，對(duì)作物進(jìn)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(cè)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(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了“采集—傳輸—解譯—決策—控制”整個(gè)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(xì)微變化，保證作物整個(gè)生長(zhǎng)過程不會(huì)跑偏，最終實(shí)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(jì)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(jī)裝備，聚焦產(chǎn)業(yè)化數(shù)字化智慧管理新賽道，加速推進(jìn)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(zhǎng)周國民表示。
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