农业节水技术智慧灌溉的应用

徐学贵

高台县水务局，甘肃高台 734300

在农业灌溉工程中，如何实现节水是首要内容。随着我国科学技术的不断发展，各种信息技术得到了广泛的应用，智慧灌溉也应运而生。

智慧灌溉指的是通过工程节水、农业节水、行政管理节水等方式，有效节约水资源，提高水资源的利用率，助力农业发展。智慧灌溉的核心在于节水，防止水资源浪费。将物联网技术应用到灌溉作业中，可实现全程自动化、智能化操作。智慧农业灌溉物联网技术的组成部分主要有总控制室、集中控制室、水泵、电气控制系统等，组成了完善的智慧农业系统，系统运行稳定，在质量及安全管理、信息感知技术及工作流程控制方面都有非常明显的优势，即信息传输速度快，工作效果佳，质量高。智慧灌溉技术优势主要体现在如下几个方面：

（1）智慧灌溉的运行流程包含信息收集处理、信息整合应用、现场指导管理、信息反馈等。在信息收集整理中，通过现场安装的各种传感器直接获取温度、光照强度、土壤湿度等数据信息，了解农业生产的具体环境，并合理调节灌溉流量和方式。

（2）信息整合利用中，结合收集到的信息，通过使用先进技术与设施，进行智能化分析，促进资源和信息整合利用水平提升。在现场指导中，根据整合获取的信息，结合现场的实际情况，调整灌溉方式与灌溉水量，发挥出智能系统的优势，并且随时根据需要更正相关的灌溉数据，促进灌溉质量的提高。

（3）发挥出物联网技术的优势，工作人员根据需要制定合理的灌溉方法，比如用水计划等，才能提高灌溉的效率。在这种情况下，农业灌溉的节水效果得到增强，发挥出物联网技术的优势，还能优化灌溉方案，提高灌溉节水的总体水平，促进工作质量的提高，为农业发展提供帮助[1-2]。

地球上的淡水资源含量是很少的，占总的水资源的2.5%左右。受很多因素的影响，如自然条件、技术等，人类对海水、深层地下水、冰雪固态淡水等的利用还不够，对于容易开发和利用的湖泊、河流、浅层地下水等地表水资源，其总量只占淡水资源总量的0.34%，当前水资源还不足以满足人类生产、生活需求，水资源匮乏，淡水资源不充足。

农业发展离不开水资源的利用。以往建设的很多农业灌溉设施标准较低，后期又没有投入足够的资金、人力进行更新与维护，造成很多农业灌溉设备老化问题比较严重，加上管理比较粗放，导致运输、灌溉等环节水资源浪费比较严重。经过深入调查分析发现，一些地区应用的田间灌溉措施、技术水平较低，灌溉水的利用率仅在40%左右，水资源浪费严重。因此，农业相关部门必须采取相关措施，改进灌溉方式，提高水资源的利用率，实现高效能节水。

3.1 在质量安全追溯中的应用

物联网技术也能应用到食品安全追溯领域内，可以提高追溯的效率和质量，使数据信息更加的准确。通过建设食品安全追溯系统，收集信息、传输信息、查询信息是基本功能。在该工作，利用物联网建设高效的工作体系，应用范围比较大。在信息收集中，工作人员根据需要进行生产基地的编码，同时还要设置电子标签与条码。因此，对于施肥、除草、浇水等环节要加强控制，记录全部的信息。在食品生产中，都会使用电子标签与编码记录相关的信息。通过操作终端进行管理，实现信息快速收集使用，提高数据精度，还能节约人力与物力。在整个过程中，利用RFID技术，完成信息导入和使用，并把获取的信息存储到数据库内，构建完善的物联网数据平台。在产品销售阶段，各个商家通过物联网技术查询产品的追溯码，获取产品信息，了解生产、加工各个环节。而对于消费者来说，通过物联网也能检索获取相应的信息。在这种情况下，可以将农业准确追溯产品，监督产品质量。

3.2 物联网技术应用模式

物联网技术的合理应用，其使用的模式具体包含下述几个方面：

3.2.1 信息感知与识别技术应用 在智慧农业系统内，物联网信息感知与识别技术的应用，其发展前景是非常广阔的。从农业生长、资源环境、水产养殖、畜牧养殖等工作出发，组织工作人员了解现场生产的实际情况，并充分利用反馈手段，了解技术手段和措施，才能做出改进和调整，提高物联网应用效果。

3.2.2 信息传输与自组网络技术应用 对于智慧农业领域中，通过使用物联网传输与自组网技术的应用，可以提高管理水平。在农业生产的实践中，利用自组系统，可以实现全面的建设与管理，并落实各项数据分析与积累，从而防止发生数据丢失或者损坏的问题。也就是说，在空气界面、土壤层次等多方面，工作人员掌握了电磁波的传输特性，并提高农业生产的水平，积极开发和应用先进的物联网管理软件，并具备可操作性、可扩展性。在这个过程中，针对不同环境之下传感网络节点，工作人员要及时掌握最佳的节点，才能形成完善的管理系统。在智慧农业领域内，信息传输与自组网技术的应用非常广泛，使用前景非常广泛，实现现代农业信息化建设。

4.1 智慧农业中的节水灌溉工作流程

灌溉设备与监测设备应用到不同地区会有很大的差异，所以应该建设完善、有效的网络化系统进行管控。在农业生产实践中，控制系统发挥的作用是非常明显的，其应用对象是通过中央控制室与无线通信系统，获取灌溉信息和数据，再通过系统分析与处理收集到的信息，从而制定出相应的解决和应对措施。再系统地检查设备、土地灌溉指定区域内灌溉说明、管道以及控制阀。在农田灌溉系统内，通过实现自动化控制，通过使用传感器收集全部信息，做好现场记录工作，掌握农田水情动态信息，分析各种图像与数据信息，并通过图像传输到控制系统内。如果控制器内出现田间供水量满载或者超出预定参数值，中央控制系统会自动发出警报，控制阀自动紧急关闭农田内水管[3]。

传感器获取基本技术参数，利用无线通信网络将信息传输到控制系统内，控制测量质量数据信息通过控制室传输到计算机终端，再经过以太网把数据发送给中央控制器。节水系统内的节水工程系统，可以及时收集和掌握农田的温度、亮度、光密度、作物生长情况等信息，以节水系统收集掌握的各种信息，通过非地面通信系统传输到物联网系统内，服务作业平台掌握相应的数据后给节水区域内提供必要的指导，让农民掌握安全用水的方法，并且在水处理的环节可以自动化分配安全用水与必要的水桶，并通过安全水控制系统可以监测用水的具体情况，根据现场情况改变供水方式，促进水质提升，也能够达到农业生产的需要。结合农作物的生长以及农田运行需要，实现供水系统的自动化、智能化的控制，规避传统供水系统存在的缺水或者供水量过大等情况。此外，农业管理人员通过智能手机、农业综合服务平台获取信息，并通过终端系统实现供水系统控制。农业服务平台是根据互联网节水服务平台建设的，具备较高的服务能力和水平，用户通过网络可以浏览相应的信息，并且能够充分掌握水情信息，可根据需要进行自动、半自动、立即储水等。同时，这一平台进行水域现场条件的论证和分析，用户掌握全面的数据信息，提高供水系统管理效果。

4.2 智慧农业中节水灌溉的物联网方案

在智慧农业系统内，控制系统主要包含控制室、无线通信网络、专用设备、通信设备、控制系统、驱动器等，利用控制系统、发射器、反射器等系统达到自动化的控制。农业灌溉的实施环节，无线通信网络系统能够随时掌握灌溉系统信息，并可以将相应的信息传输到远程监控室内。监控系统根据操作指令自动开启灌溉水控制阀，给农业灌溉供水，同时还能获得相应的报警信息。在灌溉水达到预先设定的参数值后，即可关闭控制阀。如果农业环境发生变化，系统会获取相应的信息，并通过GPRS传感器网络监测，再传输到农业控制设备内。具体的传输过程如下：远程控制室内计算机通过服务器可以采集到各项数据信息，并进行分析与计算，在远程决策环节，将控制信号发送给发动机，以达到自动化控制的效果。当前在农业物联网系统内，以Laura+4G网络为主，实现信息传输和应用。但是从实际运行效果分析，很多网络运行都受到较大的影响，所以还要继续研发和应用先进的网络系统。基于此，很多企业开始应用NBloT物联网计划实现更新和应用。这一网络系统的使用，可以建设完善的农业物联网系统，降低物联网系统的运行成本，促进服务能力和效率的提升。服务平台中的各个模块都是非常重要的，让农业物联网的运行更加的稳定、可靠，增强系统运行效果。此外，该模式还能够简化农业物联网的系统组成结构，为后续的维护和保养提供支持[4]。

4.3 系统功能

4.3.1 系统管理 物联网系统的功能是进行内部各项数据的管理，明确数据组成结构，并落实维护与管理措施。同时，物联网技术还可以保障系统运行的稳定性、安全性，确保用户信息不会受到侵害，还要确定人员权限、信息完整性。物联网系统结合要求，做好规范化管理，达到知识管理的效果。物联网系统建设中，合理管理各项数据信息，可以明确具体的数据表结构形式，落实数据维护管理工作。此外，管理系统在运行和维护中不能存在丢失的情况，保障用户信息安全。

4.3.2 查询、信息收集和搜索性能 根据系统运行要求，选择多种方式查询相关的信息，并通过图表以及其他的方式表达最终的结果。在研究过程中，需要利用点搜索、空间搜索、组合逻辑等方式进行运行管理。从系统运行角度出发，确保数据查询、采集、分析等工作都能顺利地完成。信息搜索方式较多，比如点搜索、空间搜索等，其结果通过图形来表达。在这一系统内，数据采集是在各个位置上完成的，合理进行信息分类，可以增强使用效果。中央控制计算机接收到监测计算机信息后，快速地查找相关信息。

4.3.3 数据收集的自动识别 数据采集终端结合各个部位的实际情况，实现自动化数据采集和应用，并通过精准的经纬度信息，将其传输给计算机，才能实现数据监测和控制。

4.3.4 数据分析职能 在系统正常工作中，数据与信息的收集、处理分析都是核心工作。在收集环节，利用图形可以反映各个空间中的情况，增强显示效果。系统内分析各项位置信息，才能提高信息准确性。通过监控计算机掌握相应的数据与信息后，再利用中央计算机准确地确定位置。分析不同地段的特性，通过专题图打印出最终结果，给工作开展提供基础[5]。

某农业生产基地需要进行智慧节水灌溉控制系统建设，该基地处于我国南方某地，总面积为6.67 hm2。其中，有3.33 hm2设置在移动互联网终端视频安全监控区域，计划建设标准灌溉用地1 hm2左右。该地基范围左右2个种植区域，左侧长200 m、宽24 m，右侧长200 m、宽26 m。在地块面积较大的区域建设水池，落实渠道改造建设，满足灌溉的需要。此外，在本次工程灌溉项目中，应用滴灌灌溉的方式，因为地块水分湿度没有达到标准参数值，系统能够自动加水；
如果检测发现地块水分湿度超过规定参数值，系统自动停水。在分析和控制中，应做好如下工作：

（1）系统监测地块含水量，实现自动化操作，也可以转换为手动控制；

（2）监测土壤含水量，掌握现场农田状况；

（3）全天候进行基地温度监控，调取历史数据信息；

（4）通过手机等移动设备进行远程监控，也可以报警；

（5）通过手机或者移动设备进行系统控制，达到智能灌溉效果；

（6）落实权限管理，结合不同等级设定相应权限，保障系统安全性。

安装技术流程要严格控制，具体来说，智慧节水灌溉系统流程路线做好下述工作：

（1）现场考察；

（2）实施方案；

（3）现场测量；

（4）施工设计；

（5）项目实施；

（6）项目验收。

在具体实施时，应注意如下工作：

（1）水池建设，并且铺设管道与电缆；

（2）进行系统状态控制，落实安装与调试管理；

（3）远程监控与控制，安装和调试报警系统；

（4）整合系统功能，加强系统调试，各项功能正常；

（5）落实技术支持以及调试控制；

（6）完成各项工作进行成果汇总；

（7）对项目进行全面验收。

本次智慧灌溉的案例中，节水性能达到要求，水资源的利用率得以提高，还能通过手机、移动设备等终端掌握农业生产的状态，不仅可以提高农业生产的产量，还能减少人员的投入，提升基地管理的总体水平，安全性、稳定性比较高。通过该系统建设，可以给其他基地起到示范性作用，符合我国制定的节能降耗总体目标，为可持续发展奠定基础。

在我国现代化农业生产中，智慧农业是发展的目标，对农业领域的发展具有重要的意义。物联网是先进科学技术的产物，对于各个行业产生重要的影响，农业领域通过物联网的加持，提高管理和控制水平，保证先进农业设施有效地应用到实际中，增强工作效果，提高工作质量，对于现代农业领域的高质量发展具体积极的意义。农业生产管理实践中，物联网系统可以在掌握全部数据信息，管理者快速掌握农业生产具体情况，展开自动化、智能化的管理，落实节水灌溉系统应用，满足现代化农业生产需要。此外，还能加强农田土壤的管理，监测各项技术指标信息，指导农业生产者做出改进和调整，以更好地提高农业产量，为我国现代农业的快速发展产生积极的意义。

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