[發(fā)明圈]農(nóng)民發(fā)明遠(yuǎn)程遙控“神奇”灌溉法

□蘇弼坤  文/圖

“我們自主研發(fā)的智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用手機(jī)或終端電腦隨時(shí)調(diào)節(jié)灌溉工作，并且可以根據(jù)土壤濕度、植物需水量設(shè)定灌溉程序，在脫離人的情況下給植物按需灌溉，近乎實(shí)現(xiàn)了灌溉全程自動(dòng)化。”昨天上午，在華軒實(shí)業(yè)有限公司的實(shí)驗(yàn)地里，智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)發(fā)明人張俊奇向筆者介紹了他的“小蘑菇頭”發(fā)明。

智能灌溉系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)。

受國外先進(jìn)技術(shù)刺激搞發(fā)明

“雖然生活在一個(gè)農(nóng)業(yè)大省，但是我們的農(nóng)業(yè)技術(shù)距離發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。就拿灌溉來說，2009年，我在一個(gè)科技創(chuàng)新會(huì)議上，聽到國外的一名農(nóng)業(yè)科技人員提到從節(jié)能灌溉到自動(dòng)化灌溉這一說法。因?yàn)榧夹g(shù)封閉，我除了聽到這一說法外，連一個(gè)成熟的技術(shù)或方案都沒有見到。”張俊奇說。

水是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，在國外，節(jié)水灌溉設(shè)備已經(jīng)有近50年的發(fā)展歷史，可我國才剛開始研究。2009年，我國的灌溉設(shè)備品種很少，而且設(shè)備配套功能不完善，相當(dāng)一部分節(jié)水灌溉設(shè)備要依賴于國外技術(shù)，甚至從國外進(jìn)口。

“雖然中原地區(qū)在大多數(shù)情況下是不缺水的，但是我們也經(jīng)歷過大旱。那時(shí)候，我們的灌溉技術(shù)還停留在噴灌和漫灌上，相當(dāng)一部分水資源被浪費(fèi)了。”張俊奇說，他當(dāng)時(shí)并沒有想到多年以后自己能把灌溉技術(shù)發(fā)展成無線智能灌溉系統(tǒng)。

張俊奇介紹，當(dāng)時(shí)節(jié)水是全國共商的一個(gè)話題，并且微灌技術(shù)已經(jīng)得到了前所未有的推廣與應(yīng)用，其中滴灌是節(jié)水效果較好的，是市場發(fā)展較快的灌溉技術(shù)?？紤]到滴灌技術(shù)雖然有節(jié)水、節(jié)肥、控制濕度和溫度等眾多優(yōu)點(diǎn)，但是滴灌的灌水器堵塞是當(dāng)時(shí)滴灌應(yīng)用面臨的最主要的問題。“如果是在西北干旱或沙漠地區(qū)，合理利用滴灌不得不考慮電力能源問題及鎖水問題。如果能設(shè)計(jì)出一個(gè)利用僅有水源便能灌溉，且能很好鎖水的灌溉系統(tǒng)，那么將更加高效、節(jié)水。”張俊奇說。

“農(nóng)民發(fā)明家”設(shè)計(jì)出第一代灌溉系統(tǒng)

“很多人都說，我的工作和我的年齡以及外貌不相符，大家總以為搞科研創(chuàng)新的都是年輕有為的大學(xué)生，其實(shí)他們不知道，我們這些和土地、澆水打了半輩子交道的莊稼人，更能從根本上解決問題。”張俊奇說，如果是一個(gè)地地道道的農(nóng)民，確實(shí)會(huì)心有余而力不足，因?yàn)樗麄儾欢P(guān)鍵性的科技知識(shí)。但自己作為中國老科學(xué)技術(shù)工作者協(xié)會(huì)的會(huì)員，解決一些普通的技術(shù)或通過自己的人脈去尋求其他幫助，還是比較簡單的。

當(dāng)時(shí)，中國老科協(xié)提出了節(jié)能、環(huán)保、科技興農(nóng)的口號(hào)，作為老科協(xié)的一員，張俊奇身體力行，憑借自己掌握的技術(shù)，設(shè)計(jì)出第一代節(jié)能灌溉系統(tǒng)。“我之所以沒有給第一代產(chǎn)品冠以‘智能’，是因?yàn)榈谝淮a(chǎn)品只有兩項(xiàng)功能，第一是太陽能電池板，第二是納米滲頭的鎖水。”張俊奇介紹，當(dāng)時(shí)，太陽能電池板能夠?yàn)楣喔认到y(tǒng)提供電力支持，從理論上講，充電8小時(shí)能解決15天的灌溉用電，所以這樣的設(shè)計(jì)很好地解決了在黃土高原和西北沙漠中沒有電力能源的問題。而納米滲頭的設(shè)計(jì)是利用植物向水性，將滲頭放在植物根系部位，由于滲頭具有鎖水功能，讓根系圍繞滲頭的毛細(xì)孔生長，久而久之便解決了黃土高原灌溉的節(jié)水、節(jié)能問題。

“互聯(lián)網(wǎng)+”讓他有了新感觸

2012年，國內(nèi)有人提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念。“有人說過，‘互聯(lián)網(wǎng)+’是利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)、信息通信技術(shù)把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，從而在新領(lǐng)域創(chuàng)造一種新生態(tài)。而怎么找到你所在行業(yè)的‘互聯(lián)網(wǎng)+’，則是企業(yè)需要思考的問題。”張俊奇說，從2012年起，他便開始琢磨把自己原本節(jié)能、環(huán)保的灌溉技術(shù)提升為智能、節(jié)能、環(huán)保的灌溉技術(shù)。

張俊奇是一個(gè)愛鉆研的人。那時(shí)，村里的男青年紛紛外出打工，種地的大多是一些中老年人和婦女，并且那時(shí)傳統(tǒng)的澆地是體力活，對(duì)于這些上了年紀(jì)的人和家庭婦女來說，灌溉最讓他們感到頭疼。

于是，張俊奇便產(chǎn)生了發(fā)明智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的想法。“以前人們澆地，主要靠人扛著水管子給莊稼實(shí)施漫灌，這種灌溉方法如果在大旱之年，連想都別想。即便是現(xiàn)在，田間地頭有機(jī)井，可離水遠(yuǎn)的地塊還是不方便，并且傳統(tǒng)的噴頭噴灌非常浪費(fèi)水資源。”張俊奇直言。

“隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)終端的飛速發(fā)展，外出務(wù)工的農(nóng)民，只要身邊有網(wǎng)絡(luò)，無論何時(shí)何地，都能清楚地了解自己土壤的濕度，并能根據(jù)濕度情況讓智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)干旱土地進(jìn)行合理灌溉。”張俊奇說，起初，他設(shè)想的智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，具備直接發(fā)送數(shù)字控制信號(hào)，可以有選擇地開啟或關(guān)閉常規(guī)灌溉電磁閥門的功能，根據(jù)不同植物的不同需水量適宜地灌溉，因而澆灌的針對(duì)性更強(qiáng)，避免了寶貴水資源的浪費(fèi)。最重要的是，這種灌溉除了可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)造林項(xiàng)目之外，還能廣泛地運(yùn)用于城市綠地、高爾夫球場、居住區(qū)等處。

與高校名師聯(lián)合

讓灌溉更智能

從外表上看，張俊奇是一個(gè)其貌不揚(yáng)的老農(nóng)民，不過這個(gè)老科協(xié)的會(huì)員，卻對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化十分精通。說干就干的他，在多方求教、網(wǎng)上“取經(jīng)”后，對(duì)智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。

說著容易做著難。張俊奇覺得理論上可以實(shí)現(xiàn)的問題，在現(xiàn)實(shí)中卻處處碰壁。比如最現(xiàn)實(shí)的就是如何把這些理論上的數(shù)據(jù)收集設(shè)備安裝到現(xiàn)實(shí)設(shè)備中。為了解決這一問題，從2014年開始，他與河南農(nóng)大電子信息工程專業(yè)、安徽農(nóng)大的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)合作，利用高校技術(shù)人才齊備、基礎(chǔ)穩(wěn)健的特點(diǎn)，發(fā)展智能灌溉系統(tǒng)。

“平常人或許不理解，如何用手機(jī)或電腦控制遠(yuǎn)在千里之外的灌溉設(shè)備，其實(shí)說簡單點(diǎn)兒就是數(shù)據(jù)的傳輸和控制。”張俊奇介紹，長相如“小蘑菇頭”（遠(yuǎn)程土壤水分檢測系統(tǒng)）的智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能化控制的關(guān)鍵所在。這個(gè)“小蘑菇頭”可以收集由濕度傳感器測量的土壤濕度情況，根據(jù)不同植物的不同濕度，“小蘑菇頭”能夠給電磁閥發(fā)送指令，讓其打開或關(guān)閉。

說白了，整套智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，就是讓一臺(tái)主控制器與電腦連接，根據(jù)不同的指令，讓主控制器直接通過WiFi信號(hào)控制設(shè)在田間地頭的“小蘑菇頭”，并由“小蘑菇頭”發(fā)出指令進(jìn)行灌溉或停止灌溉。

據(jù)了解，高效節(jié)水智能灌溉系統(tǒng) 2015年10月獲得的國家發(fā)明專利。

繼續(xù)開發(fā)第三代產(chǎn)品

工作人員展示智能光灌溉系統(tǒng)。

“這樣一個(gè)‘小蘑菇頭’灌溉系統(tǒng)，能夠滿足將近600畝地的使用，并且這種灌溉技術(shù)比噴灌、滴灌等節(jié)約85%~90%的水?？梢哉f，這套灌溉系統(tǒng)適合任何地區(qū)的所有種植業(yè)使用。”張俊奇介紹，現(xiàn)在他的這套智能灌溉互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)已經(jīng)在山西、陜西等地大量使用。

張俊奇介紹，高效節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)的使用，為精準(zhǔn)種植的研究提供了可靠的技術(shù)研究和實(shí)施手段。“高效節(jié)水智能灌溉系統(tǒng)的精確結(jié)果和自動(dòng)采集的真實(shí)數(shù)據(jù)，為種植專家進(jìn)一步研究精準(zhǔn)種植業(yè)提供了依據(jù)，從而最終形成精準(zhǔn)執(zhí)行促進(jìn)精準(zhǔn)研究，精準(zhǔn)研究指導(dǎo)精準(zhǔn)執(zhí)行的良性循環(huán)。”張俊奇說。

    “目前二代系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)約水資源、減少勞動(dòng)力、降低生產(chǎn)成本的目的，但我覺得它還有需要改進(jìn)的地方。”張俊奇說，他正在著手改進(jìn)第三代智能灌溉系統(tǒng)，并將現(xiàn)在技術(shù)比較成熟的光伏發(fā)電引入其中，更好地解決了無電地區(qū)以及地形復(fù)雜地區(qū)的能源供應(yīng)問題。而在系統(tǒng)本身的關(guān)鍵設(shè)備上也要進(jìn)一步優(yōu)化更新，例如主控制器的WiFi信號(hào)受地形的影響較大，解決這一問題是他下一步努力的重中之重。