适时、适量灌溉是量水而行的重要抓手，也是现代灌区灌溉管理的科学支撑。传统基于作物需水信息和土壤墒情的综合灌溉决策技术，常常因为数据采集不连续、数据主观误差以及不同步导致一致性差等问题，不能及时、准确地进行数据分析和灌溉管理。
为响应国家战略需求和技术成果落地应用需求，实验室张宝忠教高研究团队的蔡甲冰教高、魏征教高等科研人员经多年技术攻关，研发了多要素集成的实时灌溉信息采集设备和低功耗经济型墒情监测系统，克服了上述农田农情数据采集、处理和灌溉管理中短板问题，与同类仪器相比，在供电方式、尺寸、稳定性、数据精度方面有了明显改进，实现了“看天、看地、看作物”实时监测和灌溉决策。
一、主要功能与先进性
主要功能：
（1）实时灌溉信息采集设备：采集作物冠层温度、土壤水分/温度、太阳辐射、PAR、风速、空气温/湿度、大气压等指标。
（2）低功耗经济型墒情监测仪：自动定时测量作物根区多层土壤的温度、水分和水势。
先进性：
（1）作物冠层多参数：考虑农田作物生长高度，设备能够快速、自动进行位置调节；多点观测消除单点误差和奇异性。
（2）土壤墒情监测：自主研发供电元件和电路板，实现2节1号电池低功耗运行一年，同时经济适价，价格较同型号市场价格低至少20%~30%，适宜野外大面积布设。
二、技术指标
系统运行主要技术参数：（1）供电电源：多要素集成的实时灌溉信息采集设备为太阳能供电，12V/15W电池板；低功耗经济型墒情监测仪为3.0V（2节1号干电池）；（2）数据采集：48通道，2MB内存，GPRS传输，WEB查询、浏览、下载数据；（3）特殊结构：红外温度旋转平台最大水平旋转角度360度，根据作物长势调整高度；（4）采集频率：根据需要设置最少10min间隔的连续观测；（5）环境温度：-10℃-50℃。
多要素集成的实时灌溉信息采集设备
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项目
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技术特点和关键参数
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①.“看天”参数
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太阳辐射、空气温度、空气湿度、风速、大气压、降雨量等10个指标
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②.“看地”参数
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作物根区3层土壤水分、土壤温度等指标
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③.“看作物”参数
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作物冠层红外温度10个点位数据
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④.数据一致性
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农田SPAC系统多参数的同步连续观测，数据获得一致性，使得精量灌溉决策和控制具有科学性和合理性
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⑤.智能决策算法
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利用多指标模糊决策模型和神经网络智能算法，综合评估田间干旱等级
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⑥.实时和连续性
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数据采集间隔30min，实时传输到云平台进行处理和监控，做到精量灌溉的适时和适量管理
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⑦.动力驱动
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高强度太阳能板和大容量蓄电池，为系统的安全运行提供保障
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⑧.摇臂式结构
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独创的摇臂式结构使作物生长情况和信息得到全方位捕获
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图5多要素集成的实时灌溉信息采集设备示意图
低功耗经济型墒情监测仪
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项目
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技术特点和关键参数
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①.监测参数
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作物根区不同深度土壤水分、土壤温度等参数
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②.低功耗
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微处理器按需供电，最大程度降低系统运行的功耗，两节1号干电池可连续工作1年，运行成本低
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③.体积小
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结构精巧，野外布设隐蔽，最大可能减少外界不确定因素的损伤
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④.数据精准度
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采集间隔可设置10min，最精细的量测田间墒情变化
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⑤.关联扩展性
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数据实时上传云平台，与灌区水管理遥感监测系统完美结合，实现墒情实时展示，同时可以及时校核和标定遥感反演大数据
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图6低功耗经济型区域墒情实时监测系统剖面示意图
三、主要应用领域
主要应用于田间灌溉决策和控制、作物水分胁迫、农田和灌区墒情监测、卫星遥感墒情数据定点校正等。
四、成果奖励
上述技术和仪器，作为2018年度的项目进行了水利技术示范推介，获得了良好的效果；作为“河套灌区水循环立体监测与用水生态高效调控”成果的一部分，获得了2018-2019年度“大禹杯”农业节水科技奖一等奖。
五、应用案例
研发的多要素集成的实时灌溉信息采集设备（CTMS）和低功耗经济型墒情监测仪（LESW）已在内蒙河套灌区解放闸灌域开展了5年中试和应用。
上述设备也在多个省市灌区和农田进行装备，如宁夏中卫农业园区、吉林长春二道沟、北京市大兴区、新疆农第十三师红星一场等。
图1葵花地安装多要素集成的实时灌溉信息采集设备
图2玉米地安装多要素集成的实时灌溉信息采集设备
图3低功耗经济型区域墒情实时监测系统田间安装情况
图4低功耗经济型区域墒情实时监测系统实物图
