商水縣高標準農田智慧氣象監測預警系統的應用

崔新建，陳羅成，王素杰，檀艷靜#

1.河南省周口市氣象局，河南周口 466000; 2.河南省氣象局, 河南鄭州 450000;3.河南省商水縣氣象局, 河南商水 466100

1 商水縣概況

商水縣位于河南省東南部，總面積1 270 km2，耕地面積約926.7 km2，全縣總人口125.36萬人，轄11個鎮、9個鄉、3個辦事處、1個國營農場、1個產業集聚區和1個特色商業區，575個行政村。商水縣是全國糧食生產先進縣、全國生豬調出大縣、全國雙擁模范縣、全國國土綠化模范縣、全國科技示范縣、國家扶貧連片開發縣。商水縣地處南北氣候過渡帶，屬暖溫帶季風氣候。干旱、低溫、干熱風、大風、暴雨、暴雪、雷電等氣象災害多發頻發,對地方經濟造成的影響較為嚴重。近年來，商水縣按照習近平總書記要求河南“加快推動藏糧于地、藏糧于技戰略落實落地”的指示精神和省市安排部署，充分發揮平原農業大縣的優勢，以高標準農田建設為突破口，創新農業發展理念，提高農業發展的綜合效益，在確保國家糧食安全的同時，為實現鄉村振興探索出一條新道路。

2019年以來，商水縣著力打造高標準農田。商水縣高標準農田示范規劃面積約33.3 km2，總投資1.5億元，建設內容包括灌溉與排水工程、輸配電工程、田間道路工程、農田防護與生態環境保持工程、水肥一體化及物聯網等工程。隨著商水縣約33.3 km2高標準農田示范區建設的不斷推進，全縣近70%耕地都已經流轉給新型農業經營主體，原來的小麥種植分散的承包生產，氣象監測和預警服務點對點模式，常規服務效益不佳，社會影響不大。隨著生產向機械化集中，管理向專業化集中，經營向市場化集中，為保障商水縣高標準農田建設的高質量，在高標準農田中科學設置苗情、墑情、蟲情（AI慧眼智能監測系統）、災情智慧氣象監測設備，提升遙感監測應用水平。

商水縣重點打造的張莊約33.3 km2高標準農田核心區，將網格化智能監測系統和智慧氣象服務平臺等融入其中[1-3]。商水縣高標準農田農業氣象服務平臺進行廣度集成、深度融合，充分應用氣象AI探測、人工智能算法、智能網格預報、精準智能互聯等先進技術，實現氣象為農服務“從離散到網格”“從人治到物治（科技）”的轉變，形成網格化的智慧氣象監測預警系統[4]。依托智慧氣象監測預警系統將對田間小氣候、土壤肥力、生態監測以及農作物長勢、常見病蟲害進行智能識別，將衛星、無人機等多源數據引入氣象大數據中心，通過移動網絡將數據傳輸到智慧氣象監測預警系統平臺，與智能網格天氣預報數據進行對接融合，利用精準預報預警模型，在“云”上對干旱、洪澇、干熱風等災害發生位置、程度進行精準預報，動態生成網格化災害預警和防控措施服務產品，進入服務產品的數據“超市”[5]。網格化智能氣象服務產品改變了以往一種服務產品“包打天下”的常規方式，顯著提升了農業氣象服務能力[6-8]。智慧氣象服務平臺根據用戶需要，自動將服務產品“大數據平臺”中定制的內容精準推送到手機、顯示屏等服務終端，指導用戶適時開展“靶向作業”，達到節水灌溉和病蟲害防治的目的，有效防范氣象災害對農作物減產的潛在風險。

2 智慧氣象服務平臺的應用

智慧氣象監測預警系統，獲得實時氣象數據，提供未來一周天氣預報、農用天氣預報、墑情信息、農氣周報、農業氣象專題服務材料等詳盡氣象服務資料。氣象部門根據高標準農田需求，運用了人工智能與氣象、農業的深度融合的理念，建成了商水縣高標準農田智慧氣象監測預警系統。

在高標準農田內布設多要素氣象觀測站、土壤水分站、AI生態氣象監測站等現代化自動監測預警設備（圖1）,實時監測農田雨量、溫濕度、風向風速等氣象條件，智能識別苗情（圖2、圖3）、墑情、發育期、病蟲害（圖4）等農情信息，融合衛星遙感和智能網格預報技術，建成高標準農田智慧氣象監測預警服務系統[9]。集氣象要素監測（圖5、圖6）、農情信息研判、農用天氣預報、災害預警發布（圖7）、農業生產指導、人工影響天氣等功能于一體，實現精準分析作物不同發育期敏感氣象因子的發生發展情況，精準定位影響糧食生產的風險源頭及影響因素（圖8、圖9），精準推送氣象影響預報預警及生產管理措施建議，為基層政府部門、涉農企業及農業合作社、種植農戶等提供農業生產管理全鏈條的精細化、針對性的氣象服務，打通氣象信息傳遞的“最后一公里”[10]。

圖1 河南省商水縣張莊鎮的自動監測預警設備

圖2 高標準農田氣象監測預警系統發布銹病警報

圖3 高標準農田氣象監測預警系統監測銹病

圖4 高標準農田氣象監測預警系統監測蚜蟲

圖5 商水縣高標準農田智慧氣象監測預警系統

圖7 商水縣高標準農田智慧氣象監測預警系統發布大風預警信號

圖8 高標準農田氣象監測預警系統監測火災隱患

圖9 高標準農田氣象監測預警系統監測城市內澇

依托AI慧眼智能識別系統，可在病蟲害發展初期及時察覺，結合精準的氣象預報，農戶可掌握蟲情實況和發展趨勢，及時治“已病”，更扎實地防“未病”。商水縣小麥即將進入抽穗開花期等重要時期，氣象與農業農村局協同聯動，共同提醒農戶重點防治赤霉病條、條銹病、麥蜘蛛等病蟲害。氣象部門需要安裝升級版的AI慧眼智能識別系統，讓“慧眼”可多角度旋轉，更精準地捕捉病蟲害。

3 小結與討論

隨著商水縣約33.3 km2高標準農田建設的不斷推進，當地近70%耕地都已經流轉給新型農業經營主體。生產向機械化集中，管理向專業化集中，經營向市場化集中。為保障商水縣高標準大田建設的升級與完善，氣象部門建立精準及時的監測預警服務體系，為耕耘著糧安天下的新農人、新農企提供優質服務，助力糧食生產安全及鄉村振興。

由于原來的小麥種植是分散的承包生產，氣象服務一直多為點對點模式，常規服務效益不佳，社會影響不大。在高標準農田升級的過程中，氣象系統緊跟形勢，抓住機會，建設了網格化氣象大數據監測控平臺。對旱情、病蟲害暴發區域進行AI監測和前端GPU數據處理，通過基于機器視覺的人工智能算法，機器自我深度學習，建立有效的網格化預報預警模型，成功解析出基于商水縣區域自動氣象站和高標準農田生態站的多源GRIB數據，形成實況專報和麥收期間氣候評價決策，對高標準農田實行網格化農情風險區劃，實時預報預警，提供靶向氣象服務，有效防范各種氣象災害暴發對小麥減產的潛在風險。

“智慧氣象保障工程”的建設能夠為商水縣高標準農田建設及糧食安全生產提供技術和數據支撐，積極建設網格化監測和預警服務體系，實現對商水縣高標準農田的精準化監測，及時準確地把握商水縣農田多源氣象因子的變化狀況，精準定位影響糧食安全生產的風險源頭及因素，為高標準農田建設及糧食安全生產提供科學有效的決策支持，做到由點到面，讓農戶掌握多源氣象因子實時暴發趨勢。在農作物生產過程中精準施策，同時體系融合農業部門物聯網設備，實現雙方數據共享對接，減少重復建設，部門聯動，精準高效地為農服務。而且通過對高標準農田不同地塊的持續監測調查、建設平臺和數據顯示對比，實現LED顯示屏幕對農戶的建議，增強農戶科學種田的意識，促使商水氣象服務與時俱進，為氣象為農服務高效賦能，推進商水縣高標準農田建設工作從人治到物治的轉變。