商水县高标准农田智慧气象监测预警系统的应用

崔新建，陈罗成，王素杰，檀艳静#

1.河南省周口市气象局，河南周口 466000; 2.河南省气象局, 河南郑州 450000;3.河南省商水县气象局, 河南商水 466100

1 商水县概况

商水县位于河南省东南部，总面积1 270 km2，耕地面积约926.7 km2，全县总人口125.36万人，辖11个镇、9个乡、3个办事处、1个国营农场、1个产业集聚区和1个特色商业区，575个行政村。商水县是全国粮食生产先进县、全国生猪调出大县、全国双拥模范县、全国国土绿化模范县、全国科技示范县、国家扶贫连片开发县。商水县地处南北气候过渡带，属暖温带季风气候。干旱、低温、干热风、大风、暴雨、暴雪、雷电等气象灾害多发频发,对地方经济造成的影响较为严重。近年来，商水县按照习近平总书记要求河南“加快推动藏粮于地、藏粮于技战略落实落地”的指示精神和省市安排部署，充分发挥平原农业大县的优势，以高标准农田建设为突破口，创新农业发展理念，提高农业发展的综合效益，在确保国家粮食安全的同时，为实现乡村振兴探索出一条新道路。

2019年以来，商水县着力打造高标准农田。商水县高标准农田示范规划面积约33.3 km2，总投资1.5亿元，建设内容包括灌溉与排水工程、输配电工程、田间道路工程、农田防护与生态环境保持工程、水肥一体化及物联网等工程。随着商水县约33.3 km2高标准农田示范区建设的不断推进，全县近70%耕地都已经流转给新型农业经营主体，原来的小麦种植分散的承包生产，气象监测和预警服务点对点模式，常规服务效益不佳，社会影响不大。随着生产向机械化集中，管理向专业化集中，经营向市场化集中，为保障商水县高标准农田建设的高质量，在高标准农田中科学设置苗情、墒情、虫情（AI慧眼智能监测系统）、灾情智慧气象监测设备，提升遥感监测应用水平。

商水县重点打造的张庄约33.3 km2高标准农田核心区，将网格化智能监测系统和智慧气象服务平台等融入其中[1-3]。商水县高标准农田农业气象服务平台进行广度集成、深度融合，充分应用气象AI探测、人工智能算法、智能网格预报、精准智能互联等先进技术，实现气象为农服务“从离散到网格”“从人治到物治（科技）”的转变，形成网格化的智慧气象监测预警系统[4]。依托智慧气象监测预警系统将对田间小气候、土壤肥力、生态监测以及农作物长势、常见病虫害进行智能识别，将卫星、无人机等多源数据引入气象大数据中心，通过移动网络将数据传输到智慧气象监测预警系统平台，与智能网格天气预报数据进行对接融合，利用精准预报预警模型，在“云”上对干旱、洪涝、干热风等灾害发生位置、程度进行精准预报，动态生成网格化灾害预警和防控措施服务产品，进入服务产品的数据“超市”[5]。网格化智能气象服务产品改变了以往一种服务产品“包打天下”的常规方式，显著提升了农业气象服务能力[6-8]。智慧气象服务平台根据用户需要，自动将服务产品“大数据平台”中定制的内容精准推送到手机、显示屏等服务终端，指导用户适时开展“靶向作业”，达到节水灌溉和病虫害防治的目的，有效防范气象灾害对农作物减产的潜在风险。

2 智慧气象服务平台的应用

智慧气象监测预警系统，获得实时气象数据，提供未来一周天气预报、农用天气预报、墒情信息、农气周报、农业气象专题服务材料等详尽气象服务资料。气象部门根据高标准农田需求，运用了人工智能与气象、农业的深度融合的理念，建成了商水县高标准农田智慧气象监测预警系统。

在高标准农田内布设多要素气象观测站、土壤水分站、AI生态气象监测站等现代化自动监测预警设备（图1）,实时监测农田雨量、温湿度、风向风速等气象条件，智能识别苗情（图2、图3）、墒情、发育期、病虫害（图4）等农情信息，融合卫星遥感和智能网格预报技术，建成高标准农田智慧气象监测预警服务系统[9]。集气象要素监测（图5、图6）、农情信息研判、农用天气预报、灾害预警发布（图7）、农业生产指导、人工影响天气等功能于一体，实现精准分析作物不同发育期敏感气象因子的发生发展情况，精准定位影响粮食生产的风险源头及影响因素（图8、图9），精准推送气象影响预报预警及生产管理措施建议，为基层政府部门、涉农企业及农业合作社、种植农户等提供农业生产管理全链条的精细化、针对性的气象服务，打通气象信息传递的“最后一公里”[10]。

图1 河南省商水县张庄镇的自动监测预警设备

图2 高标准农田气象监测预警系统发布锈病警报

图3 高标准农田气象监测预警系统监测锈病

图4 高标准农田气象监测预警系统监测蚜虫

图5 商水县高标准农田智慧气象监测预警系统

图7 商水县高标准农田智慧气象监测预警系统发布大风预警信号

图8 高标准农田气象监测预警系统监测火灾隐患

图9 高标准农田气象监测预警系统监测城市内涝

依托AI慧眼智能识别系统，可在病虫害发展初期及时察觉，结合精准的气象预报，农户可掌握虫情实况和发展趋势，及时治“已病”，更扎实地防“未病”。商水县小麦即将进入抽穗开花期等重要时期，气象与农业农村局协同联动，共同提醒农户重点防治赤霉病条、条锈病、麦蜘蛛等病虫害。气象部门需要安装升级版的AI慧眼智能识别系统，让“慧眼”可多角度旋转，更精准地捕捉病虫害。

3 小结与讨论

随着商水县约33.3 km2高标准农田建设的不断推进，当地近70%耕地都已经流转给新型农业经营主体。生产向机械化集中，管理向专业化集中，经营向市场化集中。为保障商水县高标准大田建设的升级与完善，气象部门建立精准及时的监测预警服务体系，为耕耘着粮安天下的新农人、新农企提供优质服务，助力粮食生产安全及乡村振兴。

由于原来的小麦种植是分散的承包生产，气象服务一直多为点对点模式，常规服务效益不佳，社会影响不大。在高标准农田升级的过程中，气象系统紧跟形势，抓住机会，建设了网格化气象大数据监测控平台。对旱情、病虫害暴发区域进行AI监测和前端GPU数据处理，通过基于机器视觉的人工智能算法，机器自我深度学习，建立有效的网格化预报预警模型，成功解析出基于商水县区域自动气象站和高标准农田生态站的多源GRIB数据，形成实况专报和麦收期间气候评价决策，对高标准农田实行网格化农情风险区划，实时预报预警，提供靶向气象服务，有效防范各种气象灾害暴发对小麦减产的潜在风险。

“智慧气象保障工程”的建设能够为商水县高标准农田建设及粮食安全生产提供技术和数据支撑，积极建设网格化监测和预警服务体系，实现对商水县高标准农田的精准化监测，及时准确地把握商水县农田多源气象因子的变化状况，精准定位影响粮食安全生产的风险源头及因素，为高标准农田建设及粮食安全生产提供科学有效的决策支持，做到由点到面，让农户掌握多源气象因子实时暴发趋势。在农作物生产过程中精准施策，同时体系融合农业部门物联网设备，实现双方数据共享对接，减少重复建设，部门联动，精准高效地为农服务。而且通过对高标准农田不同地块的持续监测调查、建设平台和数据显示对比，实现LED显示屏幕对农户的建议，增强农户科学种田的意识，促使商水气象服务与时俱进，为气象为农服务高效赋能，推进商水县高标准农田建设工作从人治到物治的转变。