兵團農六師一〇五團推廣作物智能化灌溉物聯網平臺建設初探

[摘要]基于物聯網技術的智能化微灌系統能夠實現精準灌溉，是干旱區農業可持續發展的有效途徑。該文采用物聯網技術，根據作物灌溉決策與管理的實際需求，設計并實現了作物智能化微灌系統。該系統解決了示范區墑情監測布點缺乏依據的困難和關鍵硬件產品進口價格過高、難以推廣等問題，實現了農田墑情實時監測、數據遠程傳輸和灌溉自動控制功能，為農業灌溉遠程管理提供物聯網應用平臺。

[關鍵詞]灌溉 智能化系統 無線網絡 物聯網

農業作為關系著國計民生的基礎產業，其信息化、智能化的程度尤為重要。21世紀的農業將是信息農業的時代，沒有信息技術在農業上的應用，就不可能有農業現代化。物聯網技術在農業生產和管理中的引入與應用，將是現代農業依托新型信息化應用上邁出的一大步。物聯網可以改變粗放的農業經營管理方式，使農業發展走向高產、優質、高效、生態、安全之路的科技保障，實現智能控制，確保農產品質量安全，引領現代農業的發展。

一、作物智能化灌溉物聯網平臺建設的現實意義

近年來，新疆兵團已示范推廣了農田墑情監測與灌溉自動控制系統，這對促進兵團農業灌溉水平的提高起到了積極作用，是兵團農業信息化建設成為世界領先，中國唯一的技術支撐。

智能化灌溉物聯網平臺是一個把遠程監測系統、管理決策支持系統（或專家系統）及滴灌自動控制系統集成于一體，構成農業灌溉物聯網綜合技術體系。作物滴灌遠程監控技術可通過該技術平臺實現遠程數據采集、數據存儲、數據處理、滴灌自動化及故障排除等功能，可以將觸角伸入到現場的各個節點，在異地也可充分掌握現場信息。該平臺可以滿足不同級別用戶在線瀏覽知識、獲知實時數據和遠程化化灌溉管理。這將成為灌溉信息化管理發展的方向，將推動兵團農業節水灌溉自動化技術水平的進一步提升。

灌溉管理逐漸向走信息化、自動化管理是兵團農業發展的方向之一。近年來滴灌技術在全球的廣泛應用，加強了對大田作物肥水管理的可控性。因此，研發嵌套作物水分管理決策支持系統的灌溉管理自動控制系統更為必要和迫切。中國農業大學、武漢水利電力大學、西北農林科技大學、石河子大學等對不同作物的水分管理決策支持系統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。

二、作物智能化灌溉物聯網平臺的先進性

物聯網被世界公認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。他是以感知為前提，實現人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。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絡、互聯網、移動通信網等各種通信網路交互傳遞，從而實現對世界的感知。自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，寫入“政府工作報告”，物聯網在中國受到了全社會極大的關注。農業物聯網由農業信息感知層、信息傳輸網絡層、應用服務層組成，可實現農業遠距離、大范圍的智能化管理。目前，我國已開發出一批農業專用信息感知和監控設備、適合農業特點的無線傳感器網絡節點、低成本電子標識產品，并在農業資源環境監測、土壤墑情監測、設施農業監控、農業生產精細管理、農產品流通與質量安全管理等不同領域得到應用，推進了信息化與農業現代化的融合。

三、作物智能化灌溉物聯網平臺是一〇五團科技發展的重要創新，探索了團場、科研院校，科技重心下移的新經驗

作物智能化物聯網平臺依托新疆兵團科技成果（新兵鑒字[2011]第018號）“膜下滴灌遠程墑情監測與灌溉控制系統研究與應用”，該平臺為新疆生產建設兵團農六師一。五團與石河子大學多年的“產、學、研”結合背景，重點進行了滴灌作物土壤水分的時空變化特征、滴灌農田的蒸散模型、水分傳感器的安裝方法、低功耗閥門控制器（RTU）、基于GPRS墑情采集系統及農田墑情信息遠程管理平臺建設等方面研究，已實現了農田水分的自動采集、數據自動處理及墑情評價、滴灌自動控制等功能。實現了農田墑情監測實時化、決策專家化和灌溉自動化功能。在此基礎上，應用Zigbee自組網和GPRS+INTERNET協作服務網絡的關聯，構建農田墑情遠程監控系統和水分管理決策支持系統；建設基于上述兩個系統為基礎的灌溉物聯網應用管理平臺和示范基地。

四、作物智能化灌溉物聯網建設平臺建設在一〇五團建設情況

2011年新疆生產建設兵團農六師一〇五團被列入“兵團農六師五家渠現代農業示范區”。兵團農六師一〇五團5萬畝作物（棉花、加工番茄）膜下滴灌高效節水示范基地為基礎，引入干旱區農田墑情監測與灌溉遠程自動化管理技術等科技成果，在兵團農六師一〇五團國家高標準農田生產基地（農業部示范基地）進行墑情監測與灌溉遠程自動化管理技術集成創新與應用，建立農業灌溉物聯網管理平臺，為實現農田的土壤改良、肥水高效運籌、信息化管理目標、推動新疆農業產業持續發展提供理論依據和技術支撐。

1.智能化灌溉物聯網在一〇五團推廣，探索出了一條建設新路子

新疆兵團農六師一〇五團具有較強的科技力量，建有完善的農業科技服務體系，包括農業技術推廣站、土肥站、病蟲害防治中心、氣象站等機構。團場通過多種方式，與石河子大學、新疆農墾科學院等院校機構建立了緊密的合作關系，為促進和保證一〇五團棉花產業持續高效發展，專門成立了農業科技發展中心，建立了現代化的檢測中心，并積極開展各項科研課題的研究。作為項目主持單位，近年來承擔各級科技項目有：農業部高標準棉田示范基地建設項目、棉花標準化體系制定與推廣項目、棉花膜下滴灌墑情監測與自動控制技術示范推廣等示范項目，取得了顯著的成效和科技成果。

為進一步完善科技創新創業的政策法規環境，加快團場科技進步進程，促進經濟和社會各項事業的發展，增強團場科技創新和區域綜合競爭能力，團場積極貫徹落實國家科技進步政策法規以及兵團關于依靠科技進步，推動產業結構優化的精神，并根據經濟社會發展的要求，針對科技發展過程中出現的新問題和面臨的新形勢，以及團場的實際先后制定了《一〇五團引進人才若干優惠政策》、《一〇五團科技工作獎勵辦法》等。這些制度的制訂，建立和完善了人才使用的新機制等多方面內容，大力發展棉花高效節水技術、測土配方施肥等高新技術，加快一〇五團科技示范園建設，進一步引進和扶持民營科技企業發展，建立科技風險投資機制，進一步加強產、學、研合作，建設科技發展的支撐服務體系，加快信息化建設，科技發展的環境進一步優化等。

為使一〇五團農業能夠實現健康、持續和跨越式發展，團場以此次現代農業示范區建設為契機，認真做好高標準農田、智能化節水、農業機械化、高標準農田林網等的規劃建設，目前已完成的項目運行狀況良好，經濟效益明顯，其他各項建設工作正在扎實有序進行。如在農業高效節水方面：截止到2011年，團場已安裝常規滴灌11.5萬畝，普及率達到97.5％，農業灌水利用系數0.85。在農業機械化發展方面：團場現有各類拖拉機584臺，農具862臺（架），機具配套比1：1.5，農業機械化率80％以上。建設一〇五團農機服務中心，集停放、檢修和保養等功能。在農業示范基地發展方面：建設優質商品棉基地，加快農業信息服務平臺建設，整合涉農信息資源，推動農業信息規范化、標準化，為優質商品棉基地建設和管理，提供信息服務平臺。

2.智能化灌溉物聯網平臺在一〇五團推廣產生的優越性

新疆兵團農六師一。五團是以農業為主的團場，棉花是團場的主導產業。按照中央提出兵團加快推進“三化”建設和農業“三大”基地建設的要求，全面推廣農田智能化灌溉物聯網平臺，切實發揮高新節水示范效應，推動團場現代農業健康快速發展。2011年在在2連示范推廣棉花自動化滴灌5000畝，節水明顯，增產顯著，具有省工等特點，其節水技術已達到國內領先水平。該平臺示范具有以下優勢：第一，使普通滴灌系統能夠嚴格執行輪灌制度，由隨意輪灌走向科學灌溉，節約用水和用電10％左右。2011年常規滴灌每畝水方量380方，滴灌自動化每畝350方，每畝節約用水7.5元。第二，使“少食多餐”、高頻灌溉技術能夠真正實現，促進了作物穩健、持續生長和高產、高效益，畝增產35公斤，產量提高8％以上。第三，提高了勞動生產率，降低了勞動強度，人均管理定額由50畝提高到300畝，管理費用由120元／畝降低到20元／畝。第四，避免了人為開關球閥對作物造成踐踏、灌溉時間不一致導致作物生長不均勻等影響。

五、作物智能化物聯網平臺強化了科技與團場發展的結合。取得了顯著的經濟效益和社會效益

1.經濟效益

作物職能灌溉物聯網平臺建設將對提高示范區農業生產效益產生顯著影響。棉花膜下滴灌的人均管理定額從當前的50畝增加到300畝，平均單產提高28kg／畝，單位面積棉花膜下滴灌生產綜合效益增加260元／畝。當推廣面積達到5萬畝時，將產生綜合效益1300萬元。對提高示范區農業生產效率、提高農民收入具有顯著作用。

2.社會效益、生態效益分析

降低普通滴灌系統工程投入和運行管理成本，對加快兵團農業信息化發展、指導兵團灌溉自動化可持續發展具有里程牌的意義。

一是灌溉更加科學化。二是管理強度降低。三是管理成本降低。進一步提高作物生產的可控水平，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灌溉管理水平得到進一步提高。

綜上所述，作物智能化物聯網平臺，依據決策結果科學制定并嚴格執行灌溉制度，提高灌溉系統運行效率，保證灌溉均勻度，提高水分利用效率，減輕勞動強度，提高勞動生產率，使團場灌溉水平達到國內領先。作物智能化灌溉物聯網平臺建設對推動兵團節水灌溉技術應用、促進以信息化為重要支撐點的現代農業發展和建設屯墾戍邊新型團場具有十分重要的意義。