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      現代化智能灌溉技術推廣困難與發展方向

      來源:木工機床 作者:王望來,陳梓暉
      發布于:2021-01-08 共3794字

        摘    要: 本文闡述了農業灌溉技術的現狀和發展方向,對物聯網、無線傳感器、大數據以及智能感知等人工智能技術與灌溉技術相結合,實現農業灌溉的智能化、規;芾,以及農業生產的灌溉環節面臨的困難和挑戰做出了深入的分析,對農業生產的智能化有一定的參考意義。

        關鍵詞: 智能灌溉; 傳感器; 無線; 物聯網; 大數據;

        Abstract: This paper expounds the present situation of the agricultural irrigation technology and development direction,on the Internet,wireless sensors,big data and intellisense technology combined with irrigation technology,artificial intelligence,scale management to implement the intelligent of the agricultural irrigation,irrigation and agricultural production links made in-depth analysis of the difficulties and challenges facing,intelligent of agricultural production has a certain reference significance.

        Keyword: smart irrigation; sensors; wireless; IOT; big data;

        農業是社會生產和生活的基礎。隨著科技的發展,各項技術不斷應用到農業生產中,“智慧農業”以智能感知、物聯網、大數據和機器學習為依托,逐漸成為現代農業建設的主方向。

        水資源的儲備和利用技術與現代農業的發展休戚相關,水資源的不合理利用,甚至浪費,成為農業現代化發展的瓶頸。另外,水資源的地域分布不均和季節分布不均,干旱缺水與水資源短缺已成為制約現代農業可持續發展的重要因素。一方面是水資源嚴重不足,一方面是不科學的灌溉方式,這不僅造成了水資源的浪費,更加劇了水資源的短缺。另一方面,氣候變化及其影響也是現代化智能灌溉要面臨的挑戰。氣候變化會導致水質的下降,水和土壤鹽分的增加,進而加大灌溉需求,最終導致農業生產成本的提高。
       

      現代化智能灌溉技術推廣困難與發展方向
       

        農業智能化灌溉技術通過基于無線傳感器技術的物聯網技術、云計算技術、大數據技術以及人工智能技術等,集智能感知、智能預報、智能決策、智能分析為一體,為農業生產灌溉提供智能預測與決策方案,達到精確化灌溉的目的,是高品質農作物產品生產的重要一環。

        因此,發展農業智能化灌溉技術,實施旨在改善水資源管理的技術創新,實現水資源的合理利用,同時,能夠實施水肥一體的灌溉技術的革新,在大幅減少灌溉水用量的同時,能夠降低農作物生產成本,提高作物的產量和質量,是目前我國農作物生產的一個戰略目標。

        1、我國農業灌溉技術的現狀

        灌溉行業發展迅速,在歐美發達國家已經有了成熟的應用。以滴灌、噴灌為主的水肥一體化灌溉模式在國外已經非常普及,但國內,農業生產企業總體上對于水肥一體化的認知程度還是不夠。

        我國大部分地區,特別是北部地區,由于干旱氣候決定的資源性缺水比較嚴重,而中部地區則同時面臨著嚴重的水質性缺水和資源性缺水。即使是南方地區,也存在季節性缺水的情況,給農業生產發展帶來了阻礙。同時,氣候環境、溫室效應等因素也使得水資源的供需矛盾日漸顯現,在一定程度限制了這些地區的經濟發展和繁榮。

        目前,農業生產灌溉技術主要采取滴灌、噴灌、微灌等節水灌溉措施,雖然相對于大水漫灌而言,已經實現了較高的效率,但從綜合效果看,還無法根據農作物的生產環節進行按需灌溉,精細化程度遠未滿足當下生產的需要。公開資料顯示,生產一公斤糧食耗水量高達800公斤,相對于先進國家,生產一公斤糧食耗水量約為500公斤,差距還是很明顯。

        傳感器的興起使農業生產更加精準和安全,比如,現在許多灌溉公司正在開發跟氣候環境、土壤環境相關的傳感器技術,通過物聯網技術,來實現對農業灌溉的精細化管理和控制,但目前,特別是國內,對這些技術的應用,還處于探索初級階段。

        為了全面實現我國農業高效灌溉系統的建設,必須要大力推廣基于物聯網結合無線傳感器技術的農業灌溉應用,建立基于物聯網和傳感器等新技術基礎上的節水灌溉體系。

        2、實施基于無線傳感器的智能化物聯網灌溉技術的意義

        2.1、實施基于無線傳感器的智能化物聯網灌溉技術為實現我國從傳統農業向現代化、集約化、規;r業發展提供了一個強有力的技術支持,是解決我國農業灌溉作業中水資源短缺問題的最佳途徑。

        2.2、農業生產中,灌溉環節是最為重要、也是人力成本花費較高的環節,智能化物聯網灌溉技術的應用,不僅能夠節約灌溉用水,還能夠最大化降低人力成本。

        2.3、實施基于無線傳感器的智能化物聯網灌溉技術,能夠對植物生長的各個環節進行精細化的監控,提高作物產量;另外,結合水肥一體灌溉技術的應用,還有利于提高和改善農作物的品質和產量,達到增產增收的效果。

        2.4、實施基于無線傳感器的智能化物聯網灌溉技術,能夠實現灌溉的自動控制、遠程控制,減少人為操作的盲目性與隨意性,提升農業灌溉的綜合管理水平,改變原先粗放式的灌溉模式,全面提高農業生產的效率,為規;、集約化農業生產奠定基礎,有效地緩解我國灌溉水資源緊缺的問題。

        綜上所述,基于無線傳感器的智能化物聯網灌溉技術,必然成為今后農業智能化灌溉發展的趨勢。

        3、現代化智能灌溉技術推廣的困難

        3.1、商業型智能灌溉設備系統成本高昂,中小農業商戶承擔不起費用,無法使用智能灌溉系統,比如:典型商業傳感器非常昂貴,因此提供可連接到節點的低成本傳感器用于灌溉管理和農業監控系統,成為推廣智能灌溉的一個挑戰。

        3.2、不同土壤類型和土地所需的灌溉水量不同,如果沒有因地制宜地實施灌溉方案,使用過多或過少的水量都有可能造成產量損失或質量達不到要求。在過多灌溉的情況下,徑流會導致營養物的流失以及水資源的浪費;水量過少,無法滿足農作物生長需求。使用智能灌溉調度系統可以幫助用戶確定最佳的灌溉方案,有效提高生產力并減少這些不利的環境影響,也是農業灌溉智能化地必要途徑,由于前期需要高投入,農民地積極性很難被調動,致使新技術的實施進展緩慢。

        3.3、基于物聯網和無線傳感器的智能灌溉技術,涵蓋了農業科學,電子科學,計算機信息科學,環境科學等多學科技術,比如,不同類別的的作物對土壤環境和溫濕度環境的要求是不同的、地下根部分和地上莖葉部分對水分要求也不同,有的作物的價值在根部,有的作物價值在葉部,因此,就需要灌溉系統根據不同的要求采用不同的灌溉方式。因此,智能化灌溉技術的實施,有比較高的挑戰。

        4、現代化智能灌溉技術的發展方向

        基于物聯網和無線傳感器等智能感知技術的現代智能灌溉技術,利用無線傳感器技術,采集土壤的溫度、濕度、酸堿度以及土壤的水分含量、二氧化碳濃度等土壤墑情信息,結合氣候環境傳感器采集的溫濕度、光照強度等環境信息,實時監測周圍環境的變化,甚至能夠監測到作物表面的水分等作物生理信息,并通過物聯網無線通訊網絡,將采集的原始信息傳送到云端數據中心進行處理、存儲,實現信息互通與共享。再通過大數據技術對這些信息進行綜合對比分析,根據分析結果對灌溉實行智能化的判斷,制定出最適宜作物生長的灌溉方案,根據需要實時、自動驅動相應的灌溉設備,對農作物實施智能化、精細化的灌溉,灌溉階段完成后,作物生長監控系統可以對灌溉結果進行對比分析,提供更合理的灌溉調整方案,形成閉環,最大化減少人工干預,使得各功能模塊達到互相協作的目的,有效幫助農業生產者計劃和管理灌溉的時間、灌溉的頻率和用水量,將作物生長需要的水分和土肥環境調整到最優狀態,減少水的浪費,節約生產成本,并最大程度地減少過量灌溉,從而確保灌溉的準確性與高效性。另外,通過土壤傳感器對土壤成分的分析,進行灌溉系統施肥操作,實現水肥一體的灌溉作業,是現代化智能灌溉技術的發展方向之一。

        隨著農業物聯網平臺的建設的不斷推進,結合氣候預報信息和相關傳感器收集的氣候信息,對可能發生的氣候災害采取預防性措施,例如:針對干旱氣候,可以提前布局,儲蓄水量,以備干旱來臨,有充足用水,實施預防性灌溉,提高農作物抵抗災害的能力。

        綜上所述,構建一個多功能,高效率、低能耗的基于智能灌溉技術的節水灌溉平臺具有十分重要的意義,也是未來物聯網智能化灌溉發展的必然趨勢?傊,隨著科技的發展,新的技術不斷出現,智能灌溉技術融合到農業生產的整個過程,形成完整的閉環系統,不斷提升農業生產管理水平,是現代化智能灌溉技術發展總的方向。

        5、結論

        物聯網結合無線傳感器技術作為新一代信息化技術的高度集成與綜合性應用,已經成為了當今科技發展的戰略發展方向之一。我國農業生產規模的不斷擴大和農業發展的需要,水資源管理至關重要。物聯網與農業的相結合,為農業信息化技術與農業產業的發展,提供了新的機遇和挑戰,同時農業生產也為互聯網技術提供了一個廣闊的應用平臺,尤其是智能灌溉技術的應用,可以直接有效地解決當前農業發展中遇到的問題,為農業的現代化進程提供強勁的動力,實現高效的精準化灌溉,全面提高農業生產效率。

        建設我國農業高效智能化灌溉體系,必須要大力推廣基于物聯網結合無線傳感器技術的農業灌溉應用,以提高農業生產效率和水資源的利用率,保證糧食生產和消費用水的充足和節約。

        參考文獻

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      作者單位:福建省機械科學研究院
      原文出處:王望來,陳梓暉.淺析農業智能灌溉技術[J].木工機床,2020(04):17-19.
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