浅谈上海农场大田智能灌溉管理系统的构成及应用

李 峰 （盐城市沿海水利工程有限公司，江苏省盐城市 224153）

光明食品集团上海农场有限公司地处苏北滨海冲积平原，毗邻国家级丹顶鹤自然保护区和麋鹿自然保护区，位置优越、交通便捷、生态良好，拥有发展现代农业得天独厚的自然条件。上海农场作为上海市域外最大的农业生产基地，长期以来，8万座田间进、排水闸门都需人力手工操作，每年不仅要在人工、管理上花费大量资金，田间水层管理也难以做到精准节约。而目前，我国智能化节水灌溉控制系统还处于研制和试用阶段。在此背景下，笔者针对上海农场传统的灌溉方式，研发了一套大田智能灌溉管理系统，该系统集云平台、泵房智能控制柜、LoRa集控器、智能灌溉控制器、配套传感器及配套工程小程序、android应用客户端、公众号服务等于一体，经应用，节水效果显著。现笔者拟对该系统的构成和应用情况进行总结介绍，以供类似农场参考借鉴。

1 大田智能灌溉管理系统的构成

1.1 构 成

结合实际生产管理的需要，大田智能灌溉管理系统利用计算机通用化和模块化的设计程序，对汇集的各类大田中采集的数据进行分析，对大田中的监测对象和控制对象进行生产适应性和操作适应性简易配置，并根据组织架构对系统权限结构进行快速配置，实现了对大田灌溉的智能控制（也可人为进行手动控制），从而将农业高效节水技术应用到大田实际生产中。大田智能灌溉管理系统的构成见图1。

主要控制器包括：（1）泵房智能控制柜，由柜体、边缘计算器、16口PoE交换机等组成，预留8路网络硬盘录像机安装位置，边缘计算器内置专用软件，支持水位传感器监测、气象站监测、智能灌溉控制器监控、NVR监控、LoRa网关监控等功能。泵房智能控制柜分为手动控制和自动控制，其中，自动控制水泵操作、水泵工况查看、干渠支渠灌溉操作、排渠操作、组控操作及检修模式等，都可通过智能控制柜中的边缘计算器进行现场控制。（2）LoRa智能网关，支持以太网、4G、Wi-Fi联网；支持节点主动上报、唤醒轮询、服务器下发等工作模式；多模式应用领域广，时分复用干扰小；支持MQTT/Socket协议等。（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闸门控制与运行工况监测的产品，适合恶劣的野外环境使用。

1.2 智能控制管理

1.2.1 扬水站水泵管理

扬水站水泵管理是指根据扬水站实际情况增减多台水泵，并对每一台水泵的电流、电压、运行时长和温度运行情况进行实时监控，当监测到有异常情况发生时，可在10 s内对水泵进行过压保护、欠压保护、过载保护、欠载保护、漏电保护和过温保护等操作，确保每台水泵在最佳的工作环境下进行运行，且一旦发生故障，立即会把设备的故障第一时间予以显示通知。同时，水泵还可实时监测信息是否到达设定阈值，从而自动进行开闭操作，且当干/支渠启用灌溉时，系统可自行判断当前水位，在用水不足的情况下，系统将自行启动运行水泵，确保用水需求。此外，使用者可在百度GIS地图中展示设定的GPS位置信息，以利于快速了解该区域的灌溉信息。

1.2.2 智能干渠灌溉

智能干渠灌溉采用Lora和蓝牙5.0两种通讯模式，便于使用者远程、近场使用，从而实现干渠的“增、删、改、查”功能。同时，可利用组控模式将相关联的干渠进行分组，分组后可通过全开或全闭的方式，对组内的所有设备进行统一操作。此外，可采用轮灌、间歇灌溉的方式对干渠进行定时、定量灌溉，还可根据实际需要对闸门进行开启比例的调整（从0～100%分为十档选择），从而达到节水减排的效果。

1.2.3 智能支渠灌溉

智能支渠灌溉同样采用Lora和蓝牙5.0两种通讯模式来实现支渠的“增、删、改、查”功能，且同样利用组控模式将相关联的支渠进行分组，分组后可通过全开或全闭的方式对组内的所有设备进行统一操作。同时，当支渠提交用水请求时，干渠将自行启动，且能根据水位模型判断是否需要启动水泵来确保用水。此外，同样可采用轮灌、间歇灌溉的方式，根据实际需要对闸门进行开启比例的调整（从0～100%分为十档选择），以进行定时、定量灌溉，从而达到节水减排的效果。

1.2.4 智能排渠

智能排渠的部分功能类似于智能干渠灌溉及智能支渠灌溉，如“增、删、改、查”、分组等。与之不同的是，当水位传感器监测到水位接近或达到设定阈值时，排渠会自动启动排水功能，且会根据现场微型气象站提供的雨量信息进行实时启动，以避免满渠、溢渠事故的发生，在保障用水的同时，也确保了用水安全。此外，智能排渠采用轮排、间歇排水的方式，根据实际需要对闸门进行开启比例的调整（从0～100%分为十档选择），以进行定时、定量排水，从而达到节水减排的效果。

1.2.5 智能灌溉监测

智能灌溉监测是指通过现场部署的微型气象站，实时监测现场的气象数据，包含PM2.5、PM10、二氧化碳、光辐射、雨量、温度、湿度和气压等，并通过渠道中的水位传感器，进行水位实时监测，所有数据均能实时上报。

2 大田智能灌溉管理系统的应用

上海农场将大田智能灌溉管理系统应用到两块规模较大的试验区，分别为上农种植业国家农业综合开发高标准农田“占一补一”项目庆丰七队部分地块（总面积113.27 hm2，耕地面积78.67 hm2）和川东种植业有机肥厂东侧七队部分地块（总面积100.00 hm2，耕地面积91.20 hm2）。

经过一年的应用、观察、统计、分析，大田智能灌溉管理系统的应用取得了显著的效果。具体为：（1）节水效果较理想。人均灌溉管水面积从20.00 hm2增至66.67 hm2，水资源利用率提高20%。（2）节约了人工成本。原试验区域内约需管水员20人，现只需辅助工1人；原扬水站3座，白班夜班共需专业人员3人，现仅需管理员1人。（3）节约了用电。每667 m2节约用电7.2 kW·h，试验区域内用电量大幅降低。（4）水稻获得了一定的增产增收。（5）减少了对环境的污染，避免了周边水体环境的富营养化，有效保护了周边的水体环境。

3 结 语

综上所述，上海农场在传统灌溉方式的基础上，对扬水站、干渠、支渠、排渠等进行了智能化技术改造，在不改变传统控制柜的基础上，通过增加水泵智能控制柜，改用推杆＋伸缩杆连接的方式代替蝶阀、电磁阀对闸门进行改造，实现了“滴水不漏”。同时，实现了远程控制，不仅操作简单方便，还可随时监测现场情况，及时发现问题，确保了生产环境及人员安全，实现了从一人管百亩到一人管千亩的转变，大幅降低了人工成本，改善了周边水体质量，提高了水资源利用率，实现了大田灌溉工作的精准化管理。