珠江委：作物环境多因子驱动的低功耗节水灌溉控制系统入选国家成熟适用节水技术

为推动和落实国家节水行动，提高计量监测能力，严格用水全过程管理，水利部征集了适用于工业、农业、城镇生活等用水全过程的计量监测（控）技术，经专家评审、网络公示，近日，《国家成熟适用节水技术推广目录（2021年）》正式发布，全国仅40项技术入选，水利部珠江水利委员会珠江水利科学研究院自主研发的作物环境多因子驱动的低功耗节水灌溉控制系统名列其中。

　　作物环境多因子驱动的低功耗节水灌溉控制系统以物联网协同感知技术、Lora无线通讯技术、数据挖掘技术、智能决策技术为基础，实时监测农作物生态环境指标，建立生态环境指标与作物需水量关系模型，获得农作物不同生长阶段的最佳需水量和灌溉时间，依照作物的生长规律，科学、精量、适时地为作物补充水分，最大程度地提高水资源的利用效率，实现节水增效的目标。

　　作物环境多因子驱动的低功耗节水灌溉控制系统图

　　该项技术各项性能指标优越，具体表现为：电磁阀控制器利用低功耗嵌入式技术和多模式无线数据传输方法，解决单一数据通信方式下通信故障率高和传统单片机技术下设备功耗大的弊端，（工作功耗：< 0.048W（系统上电模式）、< 0.038W（接收模式）、< 0.45W（发送模式）、< 0.08W（休眠模式））；系统可在无人干预的情况下自主根据作物需求驱动设备完成智能化灌溉，与目标值之间误差小于5%；传感节点可准确地将传感器采集到的农田环境信息传到监测中心，误差小于1%；开发的农业智能节水灌溉系统，系统响应时间<0.1s，系统最大并发用户数为1000户（可按实际需求增加）。

　　在技术特色上，实现了多个层面的跨越。感知层方面：系统利用物联网感知技术，对土壤墒情、气象信息、渠道流量、首部枢纽控制终端、电磁阀控制终端、视觉感知终端等传感器及控制终端综合集成，实现对农田灌溉用水量、土壤墒情、作物长势、阀门控制状态、作物生态环境等信息的协同感知。网络层方面：综合运用Lora、4G/5G等通信技术构建系统通信网络，组网方式灵活便捷，满足农田高效实时、安全可靠、低成本、低功耗、覆盖范围广的数据传输需求。应用层方面：系统将作物需水量预测模型与实时采集的多因子作物环境相结合，获得农作物生长最佳需水量和灌溉时间，自主根据作物需求驱动设备完成智能化灌溉，实现农作物不同生长周期水量的合理配置，以使得农作物的产量达到最大产出效益。

　　该技术应用广泛，经典案例有广州市流溪河灌区（大型灌区），建设的广州市流溪河灌区管理信息系统，通过建立作物需水量模型，实现灌区灌溉用水精量化；针对现有测量技术及设备存在的不足，研制视觉式明渠测流设备，能够获取高精度、高可靠性的流量数据；结合灌区应用环境及渠系输配水高效精准实时调控的需要，研制灌区水资源全过程调控远程监管平台，实现灌区高效、精准、按需配水，提高水资源的利用效率和效益。

　　项目的实施，有助于完善流溪河灌区工程设施体系、调整优化农业种植结构和水资源配置格局，同时利用现代高新技术和创新体制机制为重要抓手，不断提高灌溉供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性水平。

　　该项技术得到各级水行政主管部门、灌区管理单位、农田示范基地管理单位、政府机关、高校、科研基地、园林公司等多个单位的推广应用，取得了良好的应用效果。

　　据悉，该控制系统在广州市科技计划项目—基于物联网的农业痕量灌溉关键技术研究与开发、节水型社会建设—2019年珠江流域用水计量现状调查及计量技术、贵州省农田灌溉水有效利用系数测算监测设施设备建设项目、惠州市惠东县白盆珠灌区节水配套改造项目灌区信息化管理系统项目、恩平市锦江灌区续建配套与节水改造工程管理信息系统项目、博罗县下宝溪水库灌区续建配套与节水改造工程自动化监控系统项目、广东省人大机关综合节水改造项目、珠科院里水科研基地智慧节水灌溉管理系统等8个项目中实现了良好的供水用水功能。