稻田物联网智慧灌溉技术规范（征求意见稿）

1稻田物联网智慧灌溉技术规范本文件规定了稻田物联网技术的术语和定义、灌溉系统、系统架构、技术要求、安全及适应性、运行维护等内容。本文件适用于稻田种植物联网智慧灌溉规划、设计、建设和应用，稻渔/蛙共养等复合种植模式的灌溉系统建设可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T778.1饮用冷水水表和热水水表第1部分：计量要求和技术要求GB4208外壳防护等级（IP代码）GB5084农田灌溉水质标准GB/T12234金属闸阀GB/T12238电动蝶阀GB/T13663给水用聚乙烯（PE）管材GB/T19064家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法GB/T20203管道输水灌溉工程技术规范GB/T30269.701信息技术传感器网络第701部分:传感器接口:信号接口GB/T30269.702信息技术传感器网络第702部分:传感器接口:数据接口GB/T30269.901信息技术传感器网络第901部分:网关:通用技术要求GB/T36478.2物联网信息交换和共享第2部分:通用技术要求GB/T37025信息安全技术物联网数据传输安全技术要求GB/T37802农田信息监测点选址要求和监测规范GB/T38637.2物联网感知控制设备接入第2部分：数据管理要求GB/T41422压力输水用取向硬聚氯乙烯(PVC-O)管材和连接件GB/T44985.1—2024农业物联网通用技术要求第1部分:大田种植GB/T40684物联网信息共享和交换平台通用要求GB/T41187—2021农业物联网应用服务GB50174数据中心设计规范GB/T51243物联网应用支撑平台工程技术标准GB/Z38623智能制造人机交互系统语义库技术要求NY634农用水泵安全技术要求SL515水利视频监测系统技术规范YD/T3749.1物联网信息系统安全运维通用要求第1部分：总体要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1物联网智慧灌溉系统internetofthingssmartirrigationsystem依托物联网技术，集成环境感知、数据通信、云平台分析与自动控制设备，实现对稻田灌溉过程的远程控制、实时监测、智能决策与精准执行的综合系统。以达到节水、增产、提质、增效为目标的现代农业灌溉管理模式。3.2智慧灌溉控制器smartirrigationcontroller具备数据接收、决策执行、设备联动功能，可根据平台指令或本地阈值自动控制灌溉阀、水泵启停的核心控制设备，包括阀门控制器和水泵变频控制柜。4灌溉系统4.1组成灌溉系统由水源、首部枢纽、输配水管网、支管阀、格田灌水阀等部分组成。4.1.1水源灌溉水源应为稳定、可靠的地表水，其水量与应满足灌溉系统全工况下的正常运行。水质应符合GB5084的规定。4.1.2首部枢纽首部枢纽由水泵、电机、变频控制柜、逆止阀、电磁流量计、水表、压力表、排气阀等组成，首部枢纽布置图见图1，其中：a)水泵。宜根据水源条件、灌区地形、灌溉面积选用，选配应符合NY643和GB/T20203的规定。进水口处应设置固定网式拦污栅。b)变频控制柜。功率应大于水泵的额定功率，实现水泵电机系统的启停、智能调速（恒压、恒流、多泵循环控制）、节能降耗与自动化控制。c)水表。应具备低压力损失特性、宽量程比与高计量灵敏度，压力损失值应符合GB/T778.1的规定。d)压力表。精度等级应不低于1.5级，量程上限宜为系统设计压力的1.3～1.5倍。图1首部枢纽布置图4.1.3输配水管网3田间灌溉管网包括输水干管、次干管、配水支管三级管道，当水源距离农田较近且灌溉面积较小，可只设支管。管道系统布置、埋深应符合GB/T20203的规定，管材宜采用公称压力0.8MPa～1.0MPa的聚乙烯（PE）管或硬聚氯乙烯（PVC-O）管，应符合GB/T13663或GB/T41422的规定。4.1.4支管阀根据格田灌水阀的功能选取手动控制阀或电动控制阀，其中：a)手动控制阀选取。若格田灌水阀采用电动阀远程控制，则支管阀宜选取手动控制闸阀，功能为检作用，灌溉季节检修阀处于长开状态，闸阀应符合GB/T12234的规定。b)电动控制阀选取。若格田灌水阀采用手动阀控制，则支管阀宜选取可实现远程控制电动蝶阀，电动蝶阀应符合GB/T12238的规定。4.1.5灌水阀包括阀门、竖管、防冲槽。沿田间道路侧每个格田设置一处，间距20m～50m，阀门出水流量25m3/h～40m3/h，额定工作压力0.15MPa～0.25MPa，灌水阀连接的竖管管径宜采用DN90～DN110，管材宜采用公称压力0.6MPa～0.8MPa的聚乙烯（PE）管或硬聚氯乙烯（PVC-O）管，应符合GB/T13663或GB/T41422的规定，灌水阀剖视图见附录A。4.2设计灌水率设计灌水率宜按式（1）计算：qs=t··························································(1)式中：qs——设计灌水率，m3/（s▪100hm2m泡——水稻泡田定额，m3/hm2；T——灌水延续时间，一般为（3～5）d；t——一天开机时间，一般为（12～16）h。4.3系统调试灌溉系统建设完成后应进行管道逐级水压试验，检查是否有漏水现象，保证每级管道沿线放水阀流量在设计流量范围内，管道试验按照GB/T20203规定执行。5总体架构及要求5.1总体架构稻田物联网智慧灌溉总体架构如图2所示包括感控层、传输层和应用层，其中：a)感控层。是实现信息采集和控制的终端，应具备信息采集、智能控制功能。b)传输层。提供网络环境，实现感控层设备的网络连接，完成感知层与应用层之间的数据传输，应具备数据传输、协议解析与转换、网络管理、网络融合等功能。c)应用层。是整个系统的“大脑”和“决策中心”，应具备数据汇聚与全景监控、智能分析与决策支持、远程控制与自动化执行等功能。图2总体架构5.2总体要求5.2.1感控设备应能适应复杂多变的小气候监测和控制需求，具备长期稳定的性能，并能满足长距离布点的灵敏度一致性和响应时间等要求，应符合GB/T44985.1—2024中4.2的规定。5.2.2数据传输应满足作物种植过程中对卡顿、延时、误码率以及丢包率做出的要求，数据接口应满足不同物联网设备之间的数据传输需求，基本性能应符合GB/T36478.2的要求。5.2.3应用终端应满足数据查询、显示及控制等应用服务功能要求，应符合GB/T41187—2021中5.3.1的要求。6技术要求6.1感控层6.1.1感知设备基本参数感知设采集的相关参数和信息可包括但不限于：——土壤参数：土壤湿度、土壤温度、土壤pH、土壤电导率等;——气象参数：光照强度、太阳总辐射、日照时数，空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、风速——作物生理参数：叶面温度、叶面湿度、叶面积指数、作物株高、作物茎粗等；——农田水位参数：稻田水位高度、稻田水质参数（pH）；——病害图像信息：植物叶片、植物茎部、植物根部、植物果实；5——视频监控信息：实时视频、高清图片、病虫害图像。数据格式要求感知设备信号接口应符合GB/T30269.701的规定，数据交互报文格式应符合GB/T30269.702的规定，气象参数、土壤参数、作物生理参数数据格式应符合GB/T44985.1—2024的规定。性能要求稻田物联网传感器气象参数、土壤参数、作物生理参数主要性能技术指标应符合GB/T44985.1—2024中5.3要求，农田水位参数、病害图像信息感知设备、视频监控设备主要性能技术指标满足表1的要求。表1农田水位、病害信息感知设备主要性能参数分辨率应不低于1920×1080；水平分辨率不应低于900TVL；最大亮度鉴别等秒；智能侦测；支持至少3个月监控数据本地或云采集点布设气象参数、土壤参数、作物生理参感知设备采集点布设密度应符合GB/T37802和GB/T44985.1—2024中5.4的要求，视频监控设备布设应符合SL515中6.3的规定，水位传感器的布设应符合以下要求：——传感器应布设在能代表整个田块或特定灌溉单元平均水位状况的位置，避免选择田角、进水口、排水口、局部洼地或凸起等非典型区域；——安装点应选择在田埂或田面坚实、不易塌陷的位置，确保传感器在耕作、管理等农事活动中保持长期稳定，避免因机械作业或人为踩踏造成损坏或位移；——远离明显的进水口、排水口和田间通道，以避免瞬时水流、人为干扰或机械碾压对水位读数造成剧烈波动或物理损坏；——在满足上述条件的前提下，应考虑布设和维护的便利性，便于技术人员进行定期校准、数据下载和设备维护。参数扩展参数扩展应符合GB/T44985.1—2024中5.5中的规定。6.1.2智能控制设备功能和性能控制设备应能通过与感知设备和网关设备相连接，执行上传和下发命令，田间控制终端接受来自控制平台的指令，远程启停田间控制终端，远程控制反应时间≤2s。其中：a)灌水阀。灌水阀宜采用UPVC提拉式电动推杆阀，应支持远程和本地手动控制，工作电压宜为DC12V～DC24V，阀门响应时间≤30s。6b)电动蝶阀。用于支管灌溉控制和检修，灌溉时节支管沿线手动放水阀应处于常开状态，通过远程控制电动蝶阀灌溉支管沿线的农田，同时支持本地手动控制，阀门响应时间≤30s。c)阀门控制器。支持接收平台指令，具备状态反馈功能，内置电池，可依靠太阳能板供电长期工作，无遮挡通讯距离应不小于4km。d)水泵变频控制柜。应具备远程启停、智能调速、故障保护（过载、缺项、漏电）功能，电压、电流、功率、压力传感器信号、水泵运行状态信息实时上传至云平台，无遮挡通讯距离应不小于4km，压力控制精度≤±1%，节能率20%~50%。灌溉控制模式智慧灌溉系统根据实时监测的土壤墒情、气象、田间水位等数据，经智能分析后远程控制水泵、灌水阀或电动蝶阀等设备的启停，同时可根据作物生育周期设定不同的灌溉策略，实现个性化灌溉；各灌水阀之间相互独立，保证灌区内地块独立灌溉，灌溉控制模式包括：全自动模式、半自动模式、手动模式，其中：a)全自动模式。用户可以根据水稻生育周期各阶段的需水参数，设置灌溉水位上下限阈值，当土壤含水量、田面水位达到下限阈值时，系统会自动发出指令自动开启水泵、灌水阀或电动蝶阀进行自动灌溉，达到结束条件后自动关闭，同时推送灌溉通知至用户终端。生育期各阶段需水阈值参照表2执行。b)半自动模式。系统根据预设的灌溉水位上下限阈值，判断是否需要灌溉，如需灌溉，系统会向用户终端发送灌溉提醒，经用户确认后执行灌溉操作，生育期各阶段需水阈值参照表2执c)手动模式。用户可在终端手动设置灌溉时长、阀门编号，远程单点或批量控制放水阀或电动蝶阀和水泵的启停，用于应急灌溉或设备调试。表2生育期各阶段需水阈值参照表———25%~30%—灌溉管理灌溉系统宜采用轮灌方式灌水，通过灌区设计流量计算灌水阀可同时开启的数量和灌水时间，将灌区分为一个或多个轮灌组，当一个轮灌组灌溉结束后，应先开启下个轮灌组灌水设备，再关闭当前轮灌组，同时根据无人机或监控影像识别缺水田块，进行精准补灌,灌溉系统结构图见附录B。6.1.3设备供电系统感知设备、视频监控设备、灌水阀设备和电动蝶阀应采用“太阳能+蓄电池”独立供电系统，太阳能板功率、蓄电池容量应根据设备功率合理配置，支持设备连续10d天阴雨运行，同时应配备过充、过放保护电路。太阳能电池应符合GB/T19064的规定，防护等级应不低于IP67，应符合GB4208的规定。6.2传输层6.2.1传输方式7稻田物联网数据传输方式应低功耗、广覆盖、适配田间环境，宜采用蜂窝网（4G/5G）、NB-IoT、卫星通信等传输方式。6.2.2数据传输要求数据传输要求应符合GB/T44985.1—2024的要求。6.2.3数据接口要求数据接口应符合GB/T44985.1—2024、GB/T30269.702的要求。6.2.4设备要求传输层设备应符合GB/T30269.901的要求。6.3应用层6.3.1智慧云平台功能要求物联网智慧云平台由数据中心和控制系统组成，数据中心与控制系统通过标准化的软件接口与通信协议进行高效协同，形成“数据驱动决策、控制反馈数据”的闭环智能管理回路。其中：a)数据中心。应具备数据存储、数据管理、数据分析等功能，应符合GB/T44985.1—2024、GB/T38637.2的规定，建设应符合GB50174的规定。b)控制系统。主要包括数据采集功能、数据展现功能、远程控制功能、视频监控功能、边缘计算、智能控制功能、用户权限管理功能、设备管理功能、告警功能等。模块要求物联网智慧云平台由数据采集与感知模块、数据存储与分析模块、设备控制与执行模块、智能决策与告警模块、可视化与应用模块等组成，模块应符合GB/T41187—2021、GB/Z38623的规定，模块性能应符合GB/T40684的规定。6.3.2应用终端稻田物联网智慧灌溉应用（用户）终端包括移动智能终端、PC端、大屏指挥系统，应符合GB/T44985.1—2024的规定，各应用终端内容和功能符合表3规定。表3应用终端内容和功能87安全及适应性7.1安全性安全性包括设备安全性和信息数据安全性，安全性要求应符合GB/T44985.1—2024中9.1的规定。7.2适应性适应性包括环境适应性、电磁兼容性、可靠性，适应性要求应符合GB/T44985.1—2024中9.2的规定。8运行维护8.1一般要求稻田物联网智慧灌溉系统建成后