淺談上海農場大田智能灌溉管理系統的構成及應用

李 峰 （鹽城市沿海水利工程有限公司，江蘇省鹽城市 224153）

光明食品集團上海農場有限公司地處蘇北濱海沖積平原，毗鄰國家級丹頂鶴自然保護區和麋鹿自然保護區，位置優越、交通便捷、生態良好，擁有發展現代農業得天獨厚的自然條件。上海農場作為上海市域外最大的農業生產基地，長期以來，8萬座田間進、排水閘門都需人力手工操作，每年不僅要在人工、管理上花費大量資金，田間水層管理也難以做到精準節約。而目前，我國智能化節水灌溉控制系統還處于研制和試用階段。在此背景下，筆者針對上海農場傳統的灌溉方式，研發了一套大田智能灌溉管理系統，該系統集云平臺、泵房智能控制柜、LoRa集控器、智能灌溉控制器、配套傳感器及配套工程小程序、android應用客戶端、公眾號服務等于一體，經應用，節水效果顯著。現筆者擬對該系統的構成和應用情況進行總結介紹，以供類似農場參考借鑒。

1 大田智能灌溉管理系統的構成

1.1 構 成

結合實際生產管理的需要，大田智能灌溉管理系統利用計算機通用化和模塊化的設計程序，對匯集的各類大田中采集的數據進行分析，對大田中的監測對象和控制對象進行生產適應性和操作適應性簡易配置，并根據組織架構對系統權限結構進行快速配置，實現了對大田灌溉的智能控制（也可人為進行手動控制），從而將農業高效節水技術應用到大田實際生產中。大田智能灌溉管理系統的構成見圖1。

主要控制器包括：（1）泵房智能控制柜，由柜體、邊緣計算器、16口PoE交換機等組成，預留8路網絡硬盤錄像機安裝位置，邊緣計算器內置專用軟件，支持水位傳感器監測、氣象站監測、智能灌溉控制器監控、NVR監控、LoRa網關監控等功能。泵房智能控制柜分為手動控制和自動控制，其中，自動控制水泵操作、水泵工況查看、干渠支渠灌溉操作、排渠操作、組控操作及檢修模式等，都可通過智能控制柜中的邊緣計算器進行現場控制。（2）LoRa智能網關，支持以太網、4G、Wi-Fi聯網；支持節點主動上報、喚醒輪詢、服務器下發等工作模式；多模式應用領域廣，時分復用干擾小；支持MQTT/Socket協議等。（3）智能灌溉控制器，SNGK系列智能灌溉控制器是一款用于水稻田水渠閘門控制與運行工況監測的產品，適合惡劣的野外環境使用。

1.2 智能控制管理

1.2.1 揚水站水泵管理

揚水站水泵管理是指根據揚水站實際情況增減多臺水泵，并對每一臺水泵的電流、電壓、運行時長和溫度運行情況進行實時監控，當監測到有異常情況發生時，可在10 s內對水泵進行過壓保護、欠壓保護、過載保護、欠載保護、漏電保護和過溫保護等操作，確保每臺水泵在最佳的工作環境下進行運行，且一旦發生故障，立即會把設備的故障第一時間予以顯示通知。同時，水泵還可實時監測信息是否到達設定閾值，從而自動進行開閉操作，且當干/支渠啟用灌溉時，系統可自行判斷當前水位，在用水不足的情況下，系統將自行啟動運行水泵，確保用水需求。此外，使用者可在百度GIS地圖中展示設定的GPS位置信息，以利于快速了解該區域的灌溉信息。

1.2.2 智能干渠灌溉

智能干渠灌溉采用Lora和藍牙5.0兩種通訊模式，便于使用者遠程、近場使用，從而實現干渠的“增、刪、改、查”功能。同時，可利用組控模式將相關聯的干渠進行分組，分組后可通過全開或全閉的方式，對組內的所有設備進行統一操作。此外，可采用輪灌、間歇灌溉的方式對干渠進行定時、定量灌溉，還可根據實際需要對閘門進行開啟比例的調整（從0～100%分為十檔選擇），從而達到節水減排的效果。

1.2.3 智能支渠灌溉

智能支渠灌溉同樣采用Lora和藍牙5.0兩種通訊模式來實現支渠的“增、刪、改、查”功能，且同樣利用組控模式將相關聯的支渠進行分組，分組后可通過全開或全閉的方式對組內的所有設備進行統一操作。同時，當支渠提交用水請求時，干渠將自行啟動，且能根據水位模型判斷是否需要啟動水泵來確保用水。此外，同樣可采用輪灌、間歇灌溉的方式，根據實際需要對閘門進行開啟比例的調整（從0～100%分為十檔選擇），以進行定時、定量灌溉，從而達到節水減排的效果。

1.2.4 智能排渠

智能排渠的部分功能類似于智能干渠灌溉及智能支渠灌溉，如“增、刪、改、查”、分組等。與之不同的是，當水位傳感器監測到水位接近或達到設定閾值時，排渠會自動啟動排水功能，且會根據現場微型氣象站提供的雨量信息進行實時啟動，以避免滿渠、溢渠事故的發生，在保障用水的同時，也確保了用水安全。此外，智能排渠采用輪排、間歇排水的方式，根據實際需要對閘門進行開啟比例的調整（從0～100%分為十檔選擇），以進行定時、定量排水，從而達到節水減排的效果。

1.2.5 智能灌溉監測

智能灌溉監測是指通過現場部署的微型氣象站，實時監測現場的氣象數據，包含PM2.5、PM10、二氧化碳、光輻射、雨量、溫度、濕度和氣壓等，并通過渠道中的水位傳感器，進行水位實時監測，所有數據均能實時上報。

2 大田智能灌溉管理系統的應用

上海農場將大田智能灌溉管理系統應用到兩塊規模較大的試驗區，分別為上農種植業國家農業綜合開發高標準農田“占一補一”項目慶豐七隊部分地塊（總面積113.27 hm2，耕地面積78.67 hm2）和川東種植業有機肥廠東側七隊部分地塊（總面積100.00 hm2，耕地面積91.20 hm2）。

經過一年的應用、觀察、統計、分析，大田智能灌溉管理系統的應用取得了顯著的效果。具體為：（1）節水效果較理想。人均灌溉管水面積從20.00 hm2增至66.67 hm2，水資源利用率提高20%。（2）節約了人工成本。原試驗區域內約需管水員20人，現只需輔助工1人；原揚水站3座，白班夜班共需專業人員3人，現僅需管理員1人。（3）節約了用電。每667 m2節約用電7.2 kW·h，試驗區域內用電量大幅降低。（4）水稻獲得了一定的增產增收。（5）減少了對環境的污染，避免了周邊水體環境的富營養化，有效保護了周邊的水體環境。

3 結 語

綜上所述，上海農場在傳統灌溉方式的基礎上，對揚水站、干渠、支渠、排渠等進行了智能化技術改造，在不改變傳統控制柜的基礎上，通過增加水泵智能控制柜，改用推桿＋伸縮桿連接的方式代替蝶閥、電磁閥對閘門進行改造，實現了“滴水不漏”。同時，實現了遠程控制，不僅操作簡單方便，還可隨時監測現場情況，及時發現問題，確保了生產環境及人員安全，實現了從一人管百畝到一人管千畝的轉變，大幅降低了人工成本，改善了周邊水體質量，提高了水資源利用率，實現了大田灌溉工作的精準化管理。