兵團(tuán)農(nóng)六師一〇五團(tuán)推廣作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)初探

[摘要]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化微灌系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。該文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)作物灌溉決策與管理的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了作物智能化微灌系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了示范區(qū)墑情監(jiān)測布點(diǎn)缺乏依據(jù)的困難和關(guān)鍵硬件產(chǎn)品進(jìn)口價格過高、難以推廣等問題，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田墑情實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和灌溉自動控制功能，為農(nóng)業(yè)灌溉遠(yuǎn)程管理提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺。

[關(guān)鍵詞]灌溉 智能化系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡(luò) 物聯(lián)網(wǎng)

農(nóng)業(yè)作為關(guān)系著國計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化、智能化的程度尤為重要。21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)將是信息農(nóng)業(yè)的時代，沒有信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，就不可能有農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理中的引入與應(yīng)用，將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依托新型信息化應(yīng)用上邁出的一大步。物聯(lián)網(wǎng)可以改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，使農(nóng)業(yè)發(fā)展走向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全之路的科技保障，實(shí)現(xiàn)智能控制，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

一、作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義

近年來，新疆兵團(tuán)已示范推廣了農(nóng)田墑情監(jiān)測與灌溉自動控制系統(tǒng)，這對促進(jìn)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)灌溉水平的提高起到了積極作用，是兵團(tuán)農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)成為世界領(lǐng)先，中國唯一的技術(shù)支撐。

智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺是一個把遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)、管理決策支持系統(tǒng)（或?qū)＜蚁到y(tǒng)）及滴灌自動控制系統(tǒng)集成于一體，構(gòu)成農(nóng)業(yè)灌溉物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)體系。作物滴灌遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可通過該技術(shù)平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、滴灌自動化及故障排除等功能，可以將觸角伸入到現(xiàn)場的各個節(jié)點(diǎn)，在異地也可充分掌握現(xiàn)場信息。該平臺可以滿足不同級別用戶在線瀏覽知識、獲知實(shí)時數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程化化灌溉管理。這將成為灌溉信息化管理發(fā)展的方向，將推動兵團(tuán)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)水平的進(jìn)一步提升。

灌溉管理逐漸向走信息化、自動化管理是兵團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向之一。近年來滴灌技術(shù)在全球的廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)了對大田作物肥水管理的可控性。因此，研發(fā)嵌套作物水分管理決策支持系統(tǒng)的灌溉管理自動控制系統(tǒng)更為必要和迫切。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢水利電力大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、石河子大學(xué)等對不同作物的水分管理決策支持系統(tǒng)都做了大量卓有成效的研究，為我國灌溉管理走向自動控奠定了良好的基礎(chǔ)。

二、作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺的先進(jìn)性

物聯(lián)網(wǎng)被世界公認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。他是以感知為前提，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在這背后，則是在物體上植入各種微型芯片，用這些傳感器獲取各種信息，再通過局部的無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對世界的感知。自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報告”，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會極大的關(guān)注。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)由農(nóng)業(yè)信息感知層、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用服務(wù)層組成，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)距離、大范圍的智能化管理。目前，我國已開發(fā)出一批農(nóng)業(yè)專用信息感知和監(jiān)控設(shè)備、適合農(nóng)業(yè)特點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、低成本電子標(biāo)識產(chǎn)品，并在農(nóng)業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測、土壤墑情監(jiān)測、設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理、農(nóng)產(chǎn)品流通與質(zhì)量安全管理等不同領(lǐng)域得到應(yīng)用，推進(jìn)了信息化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的融合。

三、作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺是一〇五團(tuán)科技發(fā)展的重要創(chuàng)新，探索了團(tuán)場、科研院校，科技重心下移的新經(jīng)驗(yàn)

作物智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺依托新疆兵團(tuán)科技成果（新兵鑒字[2011]第018號）“膜下滴灌遠(yuǎn)程墑情監(jiān)測與灌溉控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用”，該平臺為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)六師一。五團(tuán)與石河子大學(xué)多年的“產(chǎn)、學(xué)、研”結(jié)合背景，重點(diǎn)進(jìn)行了滴灌作物土壤水分的時空變化特征、滴灌農(nóng)田的蒸散模型、水分傳感器的安裝方法、低功耗閥門控制器（RTU）、基于GPRS墑情采集系統(tǒng)及農(nóng)田墑情信息遠(yuǎn)程管理平臺建設(shè)等方面研究，已實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田水分的自動采集、數(shù)據(jù)自動處理及墑情評價、滴灌自動控制等功能。實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田墑情監(jiān)測實(shí)時化、決策專家化和灌溉自動化功能。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Zigbee自組網(wǎng)和GPRS+INTERNET協(xié)作服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建農(nóng)田墑情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和水分管理決策支持系統(tǒng)；建設(shè)基于上述兩個系統(tǒng)為基礎(chǔ)的灌溉物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用管理平臺和示范基地。

四、作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)平臺建設(shè)在一〇五團(tuán)建設(shè)情況

2011年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)六師一〇五團(tuán)被列入“兵團(tuán)農(nóng)六師五家渠現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)”。兵團(tuán)農(nóng)六師一〇五團(tuán)5萬畝作物（棉花、加工番茄）膜下滴灌高效節(jié)水示范基地為基礎(chǔ)，引入干旱區(qū)農(nóng)田墑情監(jiān)測與灌溉遠(yuǎn)程自動化管理技術(shù)等科技成果，在兵團(tuán)農(nóng)六師一〇五團(tuán)國家高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生產(chǎn)基地（農(nóng)業(yè)部示范基地）進(jìn)行墑情監(jiān)測與灌溉遠(yuǎn)程自動化管理技術(shù)集成創(chuàng)新與應(yīng)用，建立農(nóng)業(yè)灌溉物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)田的土壤改良、肥水高效運(yùn)籌、信息化管理目標(biāo)、推動新疆農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1.智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)在一〇五團(tuán)推廣，探索出了一條建設(shè)新路子

新疆兵團(tuán)農(nóng)六師一〇五團(tuán)具有較強(qiáng)的科技力量，建有完善的農(nóng)業(yè)科技服務(wù)體系，包括農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站、土肥站、病蟲害防治中心、氣象站等機(jī)構(gòu)。團(tuán)場通過多種方式，與石河子大學(xué)、新疆農(nóng)墾科學(xué)院等院校機(jī)構(gòu)建立了緊密的合作關(guān)系，為促進(jìn)和保證一〇五團(tuán)棉花產(chǎn)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展，專門成立了農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中心，建立了現(xiàn)代化的檢測中心，并積極開展各項(xiàng)科研課題的研究。作為項(xiàng)目主持單位，近年來承擔(dān)各級科技項(xiàng)目有：農(nóng)業(yè)部高標(biāo)準(zhǔn)棉田示范基地建設(shè)項(xiàng)目、棉花標(biāo)準(zhǔn)化體系制定與推廣項(xiàng)目、棉花膜下滴灌墑情監(jiān)測與自動控制技術(shù)示范推廣等示范項(xiàng)目，取得了顯著的成效和科技成果。

為進(jìn)一步完善科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的政策法規(guī)環(huán)境，加快團(tuán)場科技進(jìn)步進(jìn)程，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)團(tuán)場科技創(chuàng)新和區(qū)域綜合競爭能力，團(tuán)場積極貫徹落實(shí)國家科技進(jìn)步政策法規(guī)以及兵團(tuán)關(guān)于依靠科技進(jìn)步，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的精神，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的要求，針對科技發(fā)展過程中出現(xiàn)的新問題和面臨的新形勢，以及團(tuán)場的實(shí)際先后制定了《一〇五團(tuán)引進(jìn)人才若干優(yōu)惠政策》、《一〇五團(tuán)科技工作獎勵辦法》等。這些制度的制訂，建立和完善了人才使用的新機(jī)制等多方面內(nèi)容，大力發(fā)展棉花高效節(jié)水技術(shù)、測土配方施肥等高新技術(shù)，加快一〇五團(tuán)科技示范園建設(shè)，進(jìn)一步引進(jìn)和扶持民營科技企業(yè)發(fā)展，建立科技風(fēng)險投資機(jī)制，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研合作，建設(shè)科技發(fā)展的支撐服務(wù)體系，加快信息化建設(shè)，科技發(fā)展的環(huán)境進(jìn)一步優(yōu)化等。

為使一〇五團(tuán)農(nóng)業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)健康、持續(xù)和跨越式發(fā)展，團(tuán)場以此次現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)為契機(jī)，認(rèn)真做好高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、智能化節(jié)水、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田林網(wǎng)等的規(guī)劃建設(shè)，目前已完成的項(xiàng)目運(yùn)行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益明顯，其他各項(xiàng)建設(shè)工作正在扎實(shí)有序進(jìn)行。如在農(nóng)業(yè)高效節(jié)水方面：截止到2011年，團(tuán)場已安裝常規(guī)滴灌11.5萬畝，普及率達(dá)到97.5％，農(nóng)業(yè)灌水利用系數(shù)0.85。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展方面：團(tuán)場現(xiàn)有各類拖拉機(jī)584臺，農(nóng)具862臺（架），機(jī)具配套比1：1.5，農(nóng)業(yè)機(jī)械化率80％以上。建設(shè)一〇五團(tuán)農(nóng)機(jī)服務(wù)中心，集停放、檢修和保養(yǎng)等功能。在農(nóng)業(yè)示范基地發(fā)展方面：建設(shè)優(yōu)質(zhì)商品棉基地，加快農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺建設(shè)，整合涉農(nóng)信息資源，推動農(nóng)業(yè)信息規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，為優(yōu)質(zhì)商品棉基地建設(shè)和管理，提供信息服務(wù)平臺。

2.智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺在一〇五團(tuán)推廣產(chǎn)生的優(yōu)越性

新疆兵團(tuán)農(nóng)六師一。五團(tuán)是以農(nóng)業(yè)為主的團(tuán)場，棉花是團(tuán)場的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。按照中央提出兵團(tuán)加快推進(jìn)“三化”建設(shè)和農(nóng)業(yè)“三大”基地建設(shè)的要求，全面推廣農(nóng)田智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺，切實(shí)發(fā)揮高新節(jié)水示范效應(yīng)，推動團(tuán)場現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康快速發(fā)展。2011年在在2連示范推廣棉花自動化滴灌5000畝，節(jié)水明顯，增產(chǎn)顯著，具有省工等特點(diǎn)，其節(jié)水技術(shù)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。該平臺示范具有以下優(yōu)勢：第一，使普通滴灌系統(tǒng)能夠嚴(yán)格執(zhí)行輪灌制度，由隨意輪灌走向科學(xué)灌溉，節(jié)約用水和用電10％左右。2011年常規(guī)滴灌每畝水方量380方，滴灌自動化每畝350方，每畝節(jié)約用水7.5元。第二，使“少食多餐”、高頻灌溉技術(shù)能夠真正實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了作物穩(wěn)健、持續(xù)生長和高產(chǎn)、高效益，畝增產(chǎn)35公斤，產(chǎn)量提高8％以上。第三，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強(qiáng)度，人均管理定額由50畝提高到300畝，管理費(fèi)用由120元／畝降低到20元／畝。第四，避免了人為開關(guān)球閥對作物造成踐踏、灌溉時間不一致導(dǎo)致作物生長不均勻等影響。

五、作物智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺強(qiáng)化了科技與團(tuán)場發(fā)展的結(jié)合。取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

1.經(jīng)濟(jì)效益

作物職能灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)將對提高示范區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益產(chǎn)生顯著影響。棉花膜下滴灌的人均管理定額從當(dāng)前的50畝增加到300畝，平均單產(chǎn)提高28kg／畝，單位面積棉花膜下滴灌生產(chǎn)綜合效益增加260元／畝。當(dāng)推廣面積達(dá)到5萬畝時，將產(chǎn)生綜合效益1300萬元。對提高示范區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、提高農(nóng)民收入具有顯著作用。

2.社會效益、生態(tài)效益分析

降低普通滴灌系統(tǒng)工程投入和運(yùn)行管理成本，對加快兵團(tuán)農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展、指導(dǎo)兵團(tuán)灌溉自動化可持續(xù)發(fā)展具有里程牌的意義。

一是灌溉更加科學(xué)化。二是管理強(qiáng)度降低。三是管理成本降低。進(jìn)一步提高作物生產(chǎn)的可控水平，提高管理定額，提高水分利用效率及肥料利用率，其更重要的意義在于輻射更大面積，使大田膜下滴灌作物生產(chǎn)灌溉管理水平得到進(jìn)一步提高。

綜上所述，作物智能化物聯(lián)網(wǎng)平臺，依據(jù)決策結(jié)果科學(xué)制定并嚴(yán)格執(zhí)行灌溉制度，提高灌溉系統(tǒng)運(yùn)行效率，保證灌溉均勻度，提高水分利用效率，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，使團(tuán)場灌溉水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先。作物智能化灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)對推動兵團(tuán)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用、促進(jìn)以信息化為重要支撐點(diǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和建設(shè)屯墾戍邊新型團(tuán)場具有十分重要的意義。