任志鵬(黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院電子技術(shù)開發(fā)研究所)

一、研究的必要性

1.符合黑龍江墾區(qū)數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。美國(guó)、日本、德國(guó)、以色列、丹麥等國(guó)家大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)，催生出了農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)。2019年中央一號(hào)文件強(qiáng)調(diào)，我國(guó)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，加快突破農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)。2019年北大荒集團(tuán)進(jìn)入了數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展階段，寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣是黑龍江墾區(qū)實(shí)踐數(shù)字農(nóng)業(yè)和落實(shí)國(guó)家發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)策略的表現(xiàn)，符合黑龍江墾區(qū)數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部關(guān)于《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》的指導(dǎo)精神。

2.寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的必然需要。寒地水稻節(jié)水灌溉是根據(jù)水稻不同生長(zhǎng)階段的耗水規(guī)律和適宜水分指標(biāo)，充分利用天然降水和土壤的調(diào)蓄能力，來(lái)調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)期稻田土壤水分的多樣化，在保證水稻正常生長(zhǎng)的前提下，確保水稻關(guān)鍵需水期的水分供應(yīng)，減少灌水次數(shù)，抑制田間水分的無(wú)效消耗，使有限的水資源實(shí)現(xiàn)更高利用率，從而提高水資源的生產(chǎn)效率。其實(shí)質(zhì)是在適應(yīng)和調(diào)節(jié)水稻生理需水的同時(shí)，合理發(fā)揮水稻生態(tài)耗水功能，不僅要滿足稻體水分代謝需要，還應(yīng)利用灌溉水的多方面作用來(lái)影響水稻群體，使其協(xié)調(diào)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)，因此寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉技術(shù)是提高黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的必然選擇。

3.自動(dòng)化管理是水利發(fā)展的必然趨勢(shì)。原有的水稻灌溉節(jié)水控制自動(dòng)化程度較低，很多設(shè)備需要人員在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和操作，對(duì)閘門控制的安全性、可靠性不高，效率較低不能滿足生產(chǎn)需求。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化的需求日益增加，原有控制系統(tǒng)越發(fā)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)其改造勢(shì)在必行。寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉技術(shù)可根據(jù)水稻生育期智能化遠(yuǎn)程管理節(jié)水設(shè)備，促進(jìn)農(nóng)田水利事業(yè)發(fā)展。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要分為5個(gè)層次，即接入層、應(yīng)用系統(tǒng)層、公共應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)管理層、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)由管理信息中心和現(xiàn)場(chǎng)閘控站組成。管理信息中心主要是實(shí)現(xiàn)各閘控站的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和控制入口，實(shí)時(shí)收集所有閘控站的數(shù)據(jù)，包括閘門狀態(tài)、水位等信息，結(jié)合水稻不同生育期的用水知識(shí)，通過(guò)電腦、手機(jī)等工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程管理?，F(xiàn)場(chǎng)閘控站則是系統(tǒng)的具體實(shí)施部分，由控制系統(tǒng)、機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

四、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要功能包括設(shè)備管理、設(shè)置自動(dòng)控制參數(shù)、用水模型管理、水閘控制四大功能模塊。系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

五、系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

黑龍江墾區(qū)寒地水稻節(jié)水智能化管控的創(chuàng)新是以農(nóng)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，來(lái)驅(qū)動(dòng)節(jié)水調(diào)水設(shè)備，是多項(xiàng)技術(shù)深度融合應(yīng)用的創(chuàng)新。

六、結(jié)束語(yǔ)

寒地水稻生育調(diào)控智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)符合未來(lái)農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)，符合數(shù)字農(nóng)業(yè)的應(yīng)用前景，是創(chuàng)新節(jié)水灌溉管理工作的體現(xiàn)。通過(guò)智能化節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究，可根據(jù)水稻生育期智能化遠(yuǎn)程管理節(jié)水設(shè)備，對(duì)有效實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平、降低管理費(fèi)用起到了技術(shù)保障作用。本系統(tǒng)是黑龍江墾區(qū)實(shí)踐數(shù)字農(nóng)業(yè)和落實(shí)國(guó)家發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)策略的具體表現(xiàn)，也是農(nóng)田灌區(qū)修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、保障國(guó)家糧食安全、增加農(nóng)工收入等建設(shè)意義的體現(xiàn)，更是黑龍江墾區(qū)綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保證。