图为河南新乡市七里营镇农田里正在进行“春灌”的大型平移式喷灌机。单文晴摄
立春天渐暖，小麦正“疯长”。在河南新乡市七里营镇一片农田里，一台大型平移式喷灌机正在运转，高低有别的喷头喷射出伞状水花，颗颗水珠与青青麦苗，相映成绿。
田里没人，只有一架无人机在上方飞行。雨水前后是春耕春灌的关键时期，人去哪里了？无人机是干啥的？
“这是我们今春正式启用的现代信息感知变量精准灌溉系统，科技智慧‘大脑’开出精准灌溉处方，层次喷头精准灌溉水肥，春灌效果要赛过几十年种田的‘老把式’。”系统主要设计者、中国农科院灌溉所陈震博士介绍，这项获5项发明专利、2项国际专利、7项软件著作权的系统，已在河南内蒙、辽宁、安徽等四省应用100万亩以上，“‘黑科技’助力，中国粮食一定盛满中国饭碗!”
精准春灌的“智慧大脑”如何工作？陈震说，系统由多源信息感知和多源信息决策集成，通过无人机遥感技术感知作物是否需要“喝水”、施肥，再经由物联网搜集作物大数据反馈至控制平台，专家分析模型作出决策，再让喷灌机将水肥输送到种植区，实施输水送肥一站式管理，保证作物生产环境，全方位提升农田灌溉效率和品质。
“操作人员只需通过手机或电脑，就能了解并控制整个灌溉过程。”陈震说，有了这套系统，喷灌机只需3天时间就能精准灌溉300至500亩农田，节省人工20余人，每亩节水约20方。系统还提高了20%作物灌溉水分生产力，解决了不同作物灌溉模型难以实现大田时空灌溉量反演及精准灌溉决策的系统性难题。
型平移式喷灌机正在进行“春灌”。单文晴摄
系统中变量精准喷洒，更是值得一提的创新。“不同地块作物需水需肥不同，系统除能精准感知不同种植结构、不同时空分布水肥需求及空间变异特征，这台喷灌机上的68个喷头，还能控制流量大小和喷射高度，在运转中根据作物所需进行精准变量灌溉。”陈震说。
为解决电动平移式喷灌机喷头无法自适应升降和变换喷洒性能的问题，该团队发明了智能电动多功能平移式喷灌机及变量喷洒方法，通过改变大型喷灌机用折射式喷头喷盘结构，提升了单个喷头多种喷洒效果，实现大型喷灌机水肥药多功能喷洒，水肥喷洒均匀度在92%以上，提升了氮肥利用率25%，解决了电动平移式喷灌机喷头无法自适应升降和变换喷洒性能的问题。
田里既有不同品种的小麦，还有蚕豆、豌豆等作物，陈震介绍，就算是这样复杂的作物混种，每个区域所需水肥不同，系统也能精准识别，变量灌溉。
灌水有三看，经验丰富的种田“老把式”，常通过“看天、看地、看庄稼”，决定啥时候灌水、灌多少水，灌溉所研究人员则引入支持向量机的人工智能算法学习模型，不间断地进行自主学习，对系统搜集信息和专家决策系统的灌溉处方，进行深度分析并建立模型。“判断每块农田水分和氮素需求，解译作物生长过程中的生理生态、干旱、营养等情况，对作物进行智能决策分析，就能选择最佳的灌溉和施肥方案。”陈震说。
系统具有数据通量大、监测精度高、数据传输稳、决策速度快的特性，陈震介绍，整个平台实现了“采集—传输—解译—决策—控制”整个流程系统化操作控制。有“算法加持”，系统管理效率将逐年提升，比种田“老把式”“观察”更细微变化，保证作物整个生长过程不会跑偏，最终实现真正的无人管理和智慧管控。
“系统经过多年研发已具备产业化条件，系统包含的各类技术累计在内蒙、辽宁、河南、安徽等地推广应用100万亩以上。下一步，灌溉所将围绕农田灌溉全产业链，培育智能农机装备，聚焦产业化数字化智慧管理新赛道，加速推进智慧灌溉系统建设，积极打造全国智慧灌溉先行样板。”中国农业科学院农田灌溉研究所所长周国民表示。
