海川润泽灌区信息化方案：助力节水型灌区建设

　　一、引言：节水型灌区建设的时代命题

　　在全球水资源约束加剧的背景下，我国农业用水占全国总用水量的60%以上，而灌区作为农业用水主体，其水资源利用效率直接影响国家粮食安全与生态安全。传统灌区普遍存在信息感知滞后、调度决策粗放、管理手段低效等问题，导致水资源浪费严重，亩均用水量超国际先进水平30%—50%。在此背景下，厦门海川润泽物联网科技有限公司依托物联网、大数据、人工智能等技术，推出灌区信息化解决方案，通过构建“感知-传输-决策-执行”全链条智能管理体系，为节水型灌区建设提供技术支撑。

　　二、技术架构：四大层级构建智能水利网络

　　海川润泽灌区信息化方案以“四层架构”为核心，实现从数据采集到决策执行的闭环控制：

　　1. 智能感知层：全要素数据实时采集

　　通过部署多类型传感器网络，形成对灌区生态系统的立体化监测能力：

　　土壤墒情监测：管式土壤墒情监测仪采用介电常数原理，可穿透PVC保护管直接感知3—5层土壤温湿度，抗盐离子干扰特性使其在化肥频繁使用的农田中仍能保持数据稳定。该设备与平板雷达水位计协同工作，前者通过高频探测波实时获取土壤水分动态，后者利用26GHz高频电磁波非接触式测量灌溉渠道水位，两者数据经遥测终端机整合后，精准反映农田水分供需平衡状态。

　　气象环境监测：集成温度、湿度、风速、风向、雨量、光照等传感器的气象监测站，结合智能一体式雨量监测仪的降水强度数据，构建“降水-径流-渗透”完整水文模型。例如，当1小时降雨量超过50mm时，系统自动触发排水预警，为闸门调度提供依据。

　　水质安全监测：PH传感器、自清洁悬浮物传感器、氨氮传感器等设备实时监测灌溉水源的pH值、电导率、溶解氧等指标，确保水质符合农业灌溉标准。自清洁功能可避免传感器因杂质附着导致数据失真，延长设备使用寿命。

　　工程安全监测：GNSS接收机与渗压计组合应用，对灌区堤坝、水闸等工程设施的位移、沉降、渗流等参数进行实时监测，预警工程安全隐患。

　　2. 通信传输层：多模网络保障数据畅通

　　针对灌区地理范围广、通信条件复杂的特点，采用“有线+无线”双部署模式：

　　无线传输：LoRa、NB-IoT等低功耗广域网技术覆盖偏远区域，实现传感器数据的远程回传。例如，田间土壤墒情监测仪通过LoRa网络将数据传输至3公里外的遥测终端机，单次数据传输耗电量仅0.1mAh，满足长期运行需求。

　　有线传输：光纤网络用于连接核心监测站点与控制中心，保障视频监控、闸门控制等大流量数据的实时传输。例如，视频遥测终端机通过光纤将高清监控画面上传至平台，延迟低于200ms，满足远程巡查需求。

　　边缘计算：遥测终端机集成边缘计算模块，具备本地化数据处理能力。例如，虫情测报灯拍摄的图像经终端机内置的轻量化AI模型识别后，仅将害虫种类、数量等关键信息上传云端，数据传输量减少，系统响应速度提升至毫秒级。

　　3. 数据中台层：多源数据融合与智能分析

　　基于微服务架构构建农业物联网云平台，实现数据治理与价值挖掘：

　　数据治理：通过数据清洗、标准化处理、关联分析等手段，整合气象、土壤、水质、工程等异构数据，形成“一数一源”的数据资产库。例如，将卫星遥感数据与地面传感器数据进行空间配准，构建“空天地一体化”监测网络，提升干旱识别精度。

　　智能分析：集成机器学习、数字孪生、区块链等技术，支撑决策优化与信任机制构建：

　　作物生长模型：通过LSTM神经网络分析土壤湿度、气温、光照等参数，预测水稻分蘖期、玉米抽雄期等关键生育节点，生成差异化灌溉方案。例如，在水稻分蘖期，模型自动提高氮肥比例促进分蘖;在抽穗期则增加钾肥供给提升抗倒伏能力。

　　数字孪生体：基于BIM建模构建农田三维数字模型，模拟不同灌溉方案下的土壤水分分布。例如，在规划新建灌溉渠道时，通过数字孪生模型分析不同坡度对水流速度的影响，优化工程设计参数，使灌溉系统建设效率提升，运维成本降低。

　　区块链存证：将传感器数据、灌溉记录、施肥日志等上链存证，农户可通过区块链浏览器查询自家农田的水肥使用情况，农业部门可验证补贴发放依据，科研机构能获取可信数据开展研究，形成多方共赢的数据生态。

　　4. 智能应用层：场景化工具赋能精细管理

　　开发系列智能化应用模块，覆盖灌区管理全流程：

　　综合监测“一张图”：以地理信息系统(GIS)为底座，集成数据概况、用量汇总、设备状态、预警信息、流量统计、视频监控等功能，实现灌区运行状态“一屏掌控”。例如，管理人员通过“一张图”可快速定位土壤湿度超标区域，并调度附近排水设备进行处置。

　　智能调度系统：基于多目标优化算法，实现水量分配、闸门控制、泵站启停的自动化调度。例如，当云平台分析显示某区域土壤湿度超标时，系统自动关闭对应支渠闸门;在干旱预警时，则优先开放水源充足区域的闸门，形成动态水资源调配机制。

　　运维管理系统：通过故障预测与健康管理(PHM)技术，提前识别设备异常。例如，利用卷积神经网络识别滴灌带堵塞图像，自动生成维修工单;通过LSTM神经网络分析闸门运行数据，预测电机故障概率，减少停机时间。

　　移动应用终端：开发手机APP与微信小程序，支持管理人员随时随地查询水文数据、控制闸门设备、处理预警信息。例如，农户可通过小程序实时查看自家农田的灌溉计划与用水量，申请水权交易或补贴奖励。

　　三、核心产品：技术赋能节水关键环节

　　海川润泽围绕节水型灌区建设需求，推出系列智能化产品，形成“感知-控制-管理”闭环解决方案：

　　1. 智能感知设备：精准捕捉水利脉搏

　　管式土壤墒情监测仪：穿透式测量3—5层土壤温湿度，抗盐离子干扰，数据稳定性高，为精准灌溉提供基础数据。

　　平板雷达水位计：26GHz高频电磁波非接触式测量，测量范围广，精度高，适用于渠道、水库等场景的水位监测。

　　自清洁悬浮物传感器：自动清除附着杂质，避免数据失真，长期稳定监测水质悬浮物浓度，保障灌溉水源安全。

　　智能一体式雨量监测仪：高精度测量降水强度，支持降水类型识别(雨、雪、冰雹)，为防汛抗旱提供实时数据支持。

　　2. 智能控制设备：实现远程精准调控

　　测控一体化闸门：集成闸门开度传感器、流量计与控制模块，支持远程控制与本地手动操作，可根据系统指令自动调节闸门开度，实现流量精准控制。

　　智能灌溉控制器：融合土壤湿度传感器与气象监测站数据，采用模糊控制算法自动调整灌溉时间和水量。当土壤湿度低于作物需水阈值时，系统通过太阳能控电磁阀启动滴灌管网供水;遇到降雨天气时，控制器结合雨量计数据自动暂停灌溉，避免水资源浪费。

　　水肥一体化系统：将智能水肥机与滴灌管网深度融合，通过管式土壤墒情监测仪获取的氮磷钾含量数据，结合作物生长模型动态调整施肥浓度。例如，在水稻分蘖期，系统自动提高氮肥比例促进分蘖;在抽穗期则增加钾肥供给提升抗倒伏能力，使化肥利用率提升，减少面源污染。

　　3. 智能管理平台：驱动决策科学化

　　智慧灌区管理平台：集成综合监测、水量调度、闸门控制、防汛抗旱、水权运营等功能模块，通过“一张图”实现灌区管理数字化、智能化。例如，平台可模拟不同降雨场景下的内涝风险，辅助制定应急预案;通过水权交易模块，实现水资源的高效配置，促进节水激励机制落地。

　　移动应用终端：支持手机APP与微信小程序，提供实时数据查询、设备控制、预警处理、工单提交等功能，打破时空限制，提升管理效率。例如，管理人员通过手机即可远程关闭漏水闸门，农户可随时查看自家农田的用水记录与补贴信息。

　　四、技术价值：节水与增效的双重突破

　　海川润泽灌区信息化方案通过技术融合与创新，实现水资源利用效率与农业生产效益的双重提升：

　　1. 节水效果显著

　　精准灌溉：智能灌溉控制器根据土壤湿度与作物需水规律动态调整灌溉量，使亩均用水量降低，灌溉水利用系数提高。

　　动态调度：智能调度系统结合气象预报与土壤墒情数据，优化水量分配方案，减少渠道渗漏与蒸发损失。例如，在干旱季节，系统优先保障高产值作物用水，暂停低效作物灌溉，实现水资源价值最大化。

　　水权管理：通过水权交易平台，将节水成果转化为经济收益，激发农户节水积极性。例如，农户通过减少用水量获得水权证书，可在平台上交易剩余水量，形成“节水-受益-再投入”的良性循环。

　　2. 增效成果突出

　　产量提升：水肥一体化系统根据作物生长需求精准施肥，使化肥利用率提升，作物产量增加。例如，水稻应用该系统后，分蘖数增加，穗粒数提升，亩产量提高。

　　成本降低：智能灌溉与水肥一体化技术减少人工操作，使人工成本大幅降低;精准施肥减少化肥使用量，降低农业面源污染治理成本。

　　管理升级：智慧灌区管理平台实现数据驱动的决策模式，使闸门调度响应时间缩短，设备故障发现率提高，运维成本降低。

　　五、未来展望：技术迭代引领灌区变革

　　随着数字孪生、人工智能、区块链等技术的成熟，海川润泽灌区信息化方案将向更深层次演进：

　　预测性维护：通过深度学习算法分析设备运行数据，提前预测故障概率，实现从“事后维修”到“事前预防”的转变。

　　虚拟预演：利用数字孪生技术模拟不同灌溉方案下的土壤水分分布与作物生长情况，为工程规划与调度决策提供科学依据。

　　碳汇管理：集成碳排放监测模块，量化灌区节水减排效益，助力农业碳达峰、碳中和目标实现。

　　在技术赋能下，节水型灌区将不再是单一的水利工程，而是融合生态保护、粮食安全、乡村振兴的复合型系统。海川润泽将持续创新，以智能化解决方案推动灌区向“节水高效、设施完善、管理科学、生态良好”的现代化目标迈进，为保障国家水安全与农业可持续发展贡献力量。