高标准农田建设,灌区流量监测,灌区流量计,明渠流量计,智慧灌区,灌区信息化

高标准农田建设项目智慧灌区在线监测解决方案

一、项目背景

高标准农田是保障国家粮食安全、推进农业现代化的核心载体，《全国高标准农田建设规划（2021-2030年）》明确要求到2030年建成12亿亩高标准农田，实现“田块连片、设施完善、土壤肥沃、抗灾能力强、生产高效”的建设目标。随着农业数字化转型加速，在线监测作为提升高标准农田精细化管理水平的关键手段，被纳入农田建设重点配套内容。

当前，高标准农田建设虽已实现“硬件设施升级”，但在运行管理中仍面临灌溉用水粗放、土壤质量变化难追踪、病虫害预警滞后、灾害损失难量化等问题。传统农田管理依赖人工经验，缺乏实时数据支撑，难以适应现代化农业“精准种植、高效管护”的需求。为解决这一困境，需构建高标准农田在线监测体系，依托武汉水测家科技高精度监测设备，实现对土壤、水文、气象、作物生长等关键指标的实时感知，为农田灌溉调度、施肥管理、灾害防控提供科学依据，推动高标准农田从“建设达标”向“管理提质”转变。

二、现状问题

（一）监测体系不完善，核心指标覆盖不足

现有高标准农田监测多聚焦于灌溉工程运行，对土壤墒情、土壤肥力（氮磷钾）、作物长势、病虫害等核心生产指标监测缺失。部分监测点位仅部署简单水位计，未形成“土壤-水文-气象-作物”全链条监测，数据碎片化严重，无法为精准种植提供完整数据支撑。

（二）监测手段传统，数据时效性与精度双低

仍依赖人工定期采样、实验室检测的传统模式，土壤墒情、肥力等数据获取周期长（多为周度或月度），无法实时捕捉田间动态变化。人工测量受操作差异、环境影响大，数据误差显著，例如土壤含水量测量误差常超过5%，难以满足精准灌溉、精准施肥的技术要求。

（三）设备适配性差，田间运行稳定性不足

农田存在高湿、暴晒、病虫害侵扰、机械碾压等恶劣环境，普通监测设备易出现腐蚀、故障、数据漂移等问题。部分设备依赖市电供电，在偏远农田难以部署；无线通信受田间遮挡影响，数据传输中断频发，无法保障监测连续性。

（四）数据管理碎片化，应用价值难以发挥

监测数据分散存储于不同设备或平台，缺乏一体化管理系统，形成“数据孤岛”。无法实现多源数据融合分析，难以通过数据挖掘识别作物生长规律、预判病虫害风险，数据仅用于记录，未转化为生产管理决策依据，监测价值未充分释放。

（五）管护机制缺位，设备长效运行无保障

监测设备后期管护责任未明确，缺乏专业化运维团队，设备故障后维修不及时；农户对监测设备认知不足，易出现误碰、损坏等情况，导致部分设备长期处于“闲置失效”状态，无法发挥持续监测作用。

三、解决思路

本方案以“全链感知、精准赋能、长效运行”为核心目标，构建“硬件部署+数据传输+平台分析+管护保障”的一体化在线监测体系，具体思路如下：

1.  全指标覆盖：聚焦高标准农田生产核心需求，部署土壤、水文、气象、作物多维度监测设备，实现“从耕地到作物、从生产到灾害”的全链条指标监测。

2.  技术适配优化：选用武汉水测家科技耐恶劣环境、低功耗、高精度的监测设备，搭配“太阳能供电+多模通信”方案，解决田间供电、通信难题，保障设备稳定运行。

3.  数字平台赋能：搭建一体化监测管理平台，整合多源监测数据，实现数据可视化展示、异常预警、趋势分析，为精准灌溉、施肥、灾害防控提供决策支撑。

4.  长效管护落地：明确设备产权与管护责任，组建专业化运维团队，结合平台远程设备状态监测，实现“精准维保+快速响应”，保障监测体系长期稳定运行。

四、硬件感知体系

本体系以“田间核心指标精准感知”为核心，涵盖土壤监测、水文监测、气象监测、作物监测四大模块，配套数据传输、供电保障、防护设施，形成“全方位、立体化、高可靠”的感知网络，为高标准农田管理提供基础数据支撑。

（一）土壤监测模块

部署于农田耕作层，实时采集土壤墒情（含水量）、土壤温度、土壤肥力（氮磷钾）等指标，掌握土壤环境变化，为精准施肥、灌溉提供依据。

（二）水文监测模块

部署于灌溉渠道、排水沟、蓄水池等关键节点，监测水位、流量数据，掌握灌溉用水动态，优化灌溉调度，避免水资源浪费。

（三）气象监测模块

部署于农田集中区域，监测降雨量、气温、湿度、风速、光照等气象指标，为作物生长规律分析、病虫害预警、灾害防控提供气象数据支撑。

（四）数据传输模块

通过遥测终端机（RTU）汇总各模块数据，采用“4G/NB-IoT+LoRa”双模通信技术，确保数据在偏远农田、信号薄弱区域稳定上传至管理平台。

（五）供电与防护模块

采用太阳能供电+锂电池储能方案，适配田间无市电场景；配备机箱、传感器防护套，抵御田间高湿、腐蚀、机械撞击等恶劣环境。

五、产品选型（武汉水测家科技）

（一）土壤监测设备

1.  武汉水测家多参数土壤传感器：可同时监测土壤含水量（0-100%vol，精度±2%vol）、土壤温度（-40℃-80℃，精度±0.2℃）、土壤电导率（0-20mS/cm，精度±1%），支持分层测量（10cm、20cm、40cm），适配不同作物根系深度需求。设备防护等级IP68，外壳采用防腐不锈钢材质，可长期埋入土壤中稳定运行，抗土壤腐蚀、虫害侵扰能力强。部署于代表性作物田块，实现土壤基础环境精准监测。

2.  武汉水测家土壤肥力传感器：专门监测土壤氮（0-200mg/kg）、磷（0-50mg/kg）、钾（0-300mg/kg）含量，精度±5%，采用原位测量技术，无需破坏土壤结构，可实时反馈土壤肥力状况。防护等级IP67，适配田间高湿环境，部署于施肥关键区域，为精准施肥提供数据支撑。

（二）水文监测设备

1.  武汉水测家灌区专用雷达流量计：集成雷达流速与水位测量功能，非接触式测量，适配高标准农田矩形、梯形灌溉渠道。测量范围：流速0.01-10m/s，精度±1%；水位0.2-12m，精度±3mm；可精准捕捉灌溉小流量与排水大流量工况。防护等级IP68，抗泥沙、漂浮物干扰，适应田间暴晒、暴雨环境，部署于灌溉渠道分水口、排水沟出口，掌握灌溉用水与排水动态。

2.  武汉水测家雷达水位计：配套流量计使用，或独立部署于蓄水池、灌溉井，精准测量水位（0.2-12m，精度±3mm），不受水体浑浊、水草缠绕影响。防护等级IP67，安装便捷，为灌溉水源管理、渠道水位调控提供数据支撑。

（三）气象监测设备

武汉水测家小型自动气象站：可监测降雨量（0-4mm/min）、气温（-40℃-70℃，精度±0.1℃）、相对湿度（0-100%RH，精度±2%RH）、风速（0-60m/s，精度±0.1m/s）、光照强度（0-200000lux，精度±5%）等核心气象指标。设备采用低功耗设计，防护等级IP65，支持太阳能供电，部署于农田集中区域，为作物生长与灾害防控提供气象数据。

（四）数据传输与供电设备

1.  武汉水测家 SCJ-RTU01测控终端（RTU）：数据采集传输核心，支持多路传感器接入，可同步汇总土壤、水文、气象数据，兼容Modbus、HJ 212、水文、水资源等协议。支持4G通信，在偏远农田自动切换稳定通信模式，数据传输成功率超98%；内置大容量存储器，可缓存3年以上历史数据，通信中断后自动补传。

2.  武汉水测家太阳能供电系统：由50W-100W太阳能板、38Ah-100Ah锂电池、智能控制器组成，具备过充、过放、短路保护功能，连续阴雨天气可稳定供电7-15天，适配田间无市电场景，为所有监测设备与RTU提供长效供电。

六、场景应用

（一）精准灌溉调度场景

土壤墒情传感器实时采集土壤含水量数据，当数据低于作物适宜含水量阈值（如小麦拔节期适宜含水量60%-70%）时，管理平台自动触发灌溉预警，并结合雷达流量计监测的渠道流量数据，生成精准灌溉方案（灌溉时长、灌溉量）。管理人员通过平台远程调控灌溉闸门，或农户通过手机APP接收灌溉提醒后手动开启灌溉系统，实现“按需灌溉”。某高标准农田应用后，亩均灌溉用水量减少30%，灌溉效率提升40%。

（二）精准施肥管理场景

土壤肥力传感器实时监测土壤氮磷钾含量，结合作物生长阶段（如玉米大喇叭口期需氮量高），平台自动分析土壤肥力缺口，生成个性化施肥建议（施肥种类、用量、时间）。农户根据建议精准施肥，避免盲目施肥导致的土壤板结与肥料浪费。同时，平台记录施肥数据，形成土壤肥力变化趋势图，为后续施肥方案优化提供依据。项目实施后，化肥使用量减少25%，作物产量提升10%-15%。

（三）病虫害与灾害预警场景

小型自动气象站实时监测气温、湿度、降雨量等数据，平台结合作物病虫害发生规律（如高温高湿易引发小麦赤霉病），提前2-3天发布病虫害风险预警，提醒农户及时开展防治。当遭遇暴雨、大风等灾害时，气象站与雷达水位计数据联动，平台快速评估灾害对农田的影响（如排水是否通畅、作物是否倒伏），推送应急处置建议（如开启排水泵、加固作物支架），降低灾害损失。

（四）灌溉工程运维场景

雷达流量计与雷达水位计实时监测灌溉渠道、蓄水池水位流量变化，当出现流量骤减（提示渠道堵塞）、水位异常下降（提示渗漏）时，平台立即触发故障预警，精准定位故障位置。运维人员携带工具赶赴现场处置，避免灌溉工程失效影响农田灌溉。通过远程监测与精准运维，灌溉工程故障率降低60%，运维成本降低40%。

（五）农田生产评估场景

平台整合土壤、水文、气象、作物生长（可联动无人机遥感数据）全链条监测数据，生成高标准农田生产评估报告，直观展示土壤质量变化、水资源利用效率、作物产量波动等情况。管理部门可依据报告优化农田管理策略，调整种植结构，为高标准农田后续升级改造提供科学依据；同时，数据可作为农田补贴、产量核算的参考依据，提升管理规范化水平。