試論農業節水灌溉中自動化技術的應用

李京鴻（河海大學，江蘇 南京 210000）

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試論農業節水灌溉中自動化技術的應用

李京鴻
（河海大學，江蘇 南京 210000）

摘 要：隨著信息通信技術和傳感技術在農業生產中得以應用，為我國農業節水灌溉自動化技術的應用創造了良好的條件。當前我國水資源嚴重短缺，為了能夠更好地實現農業灌溉過程中的動態控制和管理，可以充分地利用自動化數據監測技術，通過傳感器來實時監測和統計分析灌溉區的用水量，從而實現農業灌溉的自動化。本文從農業節水自動灌溉系統概述入手，分析了目前國內外農業節水自動灌溉系統發展的現狀，對我國農業節水自動灌溉系統的改進方案進行了具體的闡述，最后展望了農業節水灌溉中自動化技術的應用前景。

關鍵詞：農業節水灌溉；自動化技術；自動灌溉系統；改進方案；應用前景

在具體的農業節水灌溉工作中，如果單一的憑借節水設備或是節水技術是無法實現灌溉水資源高效利用的，因此需要將灌溉水資源開發、灌溉技術裝備、灌區自然環境及土質情況等諸多因素有效地結合在一起，并進行統籌安排，從而實現灌區水資源的動態使用，實現灌區灌溉的自動供水、配水和用水。這就需要加快節水灌溉自動化技術的應用，在這方面我國起步得相對較晚，目前農業節水灌溉自動化研究還處于初步階段，灌溉自動化水平較低。當前我國一些農業節水灌溉自動化系統其技術還多依賴于外國技術，在動態水量調節及分配方面還存在著一些不足，而且設備成本普遍偏高，這給大面積推廣帶來一定的難度。

1 農業節水自動灌溉系統概述

1.1 農業節水自動灌溉系統的原理

農業節水自動灌溉系統組成大致包括中央控制計算機、傳感器、數據采集系統、電磁閥及軟件系統等，在具體操作過程中，需要人工來制定一套適合的灌溉數據，并將這些數據作為標準值，同時通過傳感器來對土地中實際的各種數值進行感知，傳感器會對所感知到的數據傳輸給中央處理系統，中央處理系統將兩組數據進行比對，然后對是否需要灌溉進行確定。通常情況下實際數據低于標準數值時，則會執行灌溉任務，相反則灌溉系統開關會自動關閉。

1.2 農業節水自動灌溉系統的特點

農業節水自動灌溉系統主要是在農業灌溉中進行應用，這就決定了系統使用者知識水平不高，因此農業節水自動灌溉系統的組成需要盡可能地做到簡單。對于農業節水自動灌溉系統，由于其組成部件不復雜，這也使其在使用過程中不需要過多地精洗就能夠保持良好的潔凈度。由于在灌溉過程中往往會加入各種化學性農藥，會對農業節水自動灌溉系統帶來不同程度的侵蝕，因此農業節水自動灌溉系統需要具有較好的抗腐蝕性特點。在具體灌溉過程中，農業節水自動灌溉系統能夠有效地按照最佳比例來對水肥進行混合，不僅灌溉過程中能夠充分地保證施肥的均勻性，而且能夠根據植物不同生長時期對肥的需求進行自動化調節。農業節水自動灌溉系統還可以調整到手工模式。另外，農業節水自動灌溉系統在灌溉過程中能夠有效地對精度進行控制，有效地避免了水資源浪費現象的發生。

2 目前國內外農業節水自動灌溉系統發展的現狀

農業節水自動灌溉系統最早是由法國在第一次世界大戰期間發明的，并在后電子技術和科學技術不斷發展過程中得以不斷完善，后來在其他一些國家也取得了非常顯著的進步，控制模式已發展到遙測和遙控的集中控制模式。由于國外農業節水自動灌溉系統發展時間較長，技術已非常成熟，農業節水自動灌溉系統也十分完善，能夠準確在灌溉過程中控制精度。相較于國外，我國農業節水自動灌溉系統處于起步階段，系統在整體配合性方面還存在許多不足之處，而且自動化程度無法盡如人意，農業節水自動灌溉系統還沒有完全實現自動化，多停留在半自動化和人工的程度。目前我國農業節水自動灌溉系統多采用外國的技術，但由于國外技術主要是針對歐美國家的氣候溫度來設計自動灌溉系統，這也導致在我國具體應用過程中存在許多不適宜的地方，我國還需要加大自主研發的力度，研制出與我國現有國情、氣候溫度等相適應的農業節水自動灌溉系統。

3 我國農業節水自動灌溉系統的改進方案

由于我國農業節水自動灌溉系統起步較晚，相對研究較為滯后，在具體應用過程中還存在許多需要進一步完善的地方，只有在不斷改進和完善過程中才能使其更適合我國農業生產的灌溉需求。

3.1 對農業節水自動灌溉系統設置硬件標準

要提高我國的農業節水自動灌溉系統，就需要提高相應硬件設施的標準，實現標準化與數字化。對于農業節水自動灌溉系統設置硬件標準化與數字化體現在以下幾個方面：控制器的標準化、數字化。控制器是節水灌溉控制系統中的核心部件，完成控制器的標準化、數字化，才能信息實時采集、分時存儲、準確地對環境因子參數進調控；傳感器的標準化、數字化。傳感器在整個農業節水自動灌溉系統中發揮的作用就是測量土地的相應的數據，并且將其傳輸給中央處理系統。傳感器的標準化，數字化表現在使測量的數據精度控制在一定的范圍之內。因此，必須從精度、可靠性方面綜合考慮，制定統一的標準，選擇合理的數字化的智能傳感器；執行機構的標準化、數字化。執行機構主要是農田或設施內溫度、濕度及土壤水分等因子進行調控的控制電路和設備，如電磁閥的開關等。以前我國應用的一般是開關，開關的應用會降低灌溉用水的精度，因此，開發標準化、數字化的執行裝置也是提高控制質量的重要因素；控制裝置的網絡化。對各個控制裝置開發標準的網絡通信接口及相應的節點，實現各節點相互通信，實現信息的共享對于農業節水自動灌溉系統的發展將起到很大的促進作用。并且實現各個控制裝置的標準化也可以實現遠距離控制。

3.2 提高對植物生長需要信息的提取能力

農業灌溉科學節水目標的實現，需要以植物生長所需要的信息作為重要參考，以此來制定精確的節水方案。因此需要利用先進的技術來探測到植物生長所需要的信息，確保探測的科學性和精確性。在具體探測過程中，可以采用紅外技術、植物電信號、多光譜反射技術等來對植物生過程中對營養需求情況、病蟲害狀況及生長狀況等信息進行提取，并以此來制定科學的節水方案，確保農業灌溉節水目標的實現。

4 農業節水灌溉中自動化技術的應用前景

4.1 基于電話網絡的有線撥號節水灌溉自動化系統

IMMS中央灌溉控制系統是由亨特公司研制的，其結構就是基于有線電話網絡的現代農業節水灌溉自動化系統。IMMS中央灌溉自動化控制管理系統把當前已經很成熟的有線電話網絡作為自身系統的主要數據通道，然后通過這個數據通道傳輸到灌區中央控制中心，從而實現對灌溉水資源的動態調度和分配。可以實現對灌區子系統的同步數據監測和控制，并通過控制中心計算機完成灌水時間、灌水順序、灌水量等數據的編制。同時該管理系統開發了糾錯報警功能，可以有效地防范人為原因造成的操作失誤，有效地避免水資源的浪費。

4.2 基于無線傳感器技術的農業節水灌溉自動化系統

無線傳感器技術主要依托于電子技術、自動化技術和無線信息通信技術等，在農業節水灌溉自動化研究上，需要加實現信息信號的實時同步，無線傳感器技術就能夠很好地解決這一問題，利用無線傳感器技術更容易實現對灌區各種動態信息的采集、數據傳輸和信息數據的動態處理等，為農業節水灌溉自動化的研究工作指明了方向。

4.3 基于3G技術的節水灌溉自動化系統

近年來，GIS、GPS、GPRS、衛星遙感等技術取得了較快的發展，而且在農業生產節水灌溉領域開始應用，有效地提高了農業灌溉用水決策支持系統的功能，加快了節水灌溉自動化管理的現代化、數據化和高效化的發展，為構建灌區綜合自動化控制管理系統奠定了良好的基礎。

結語

隨著各種先進科學技術的迅猛發展，將其應用在各種節水灌溉設備上，這不僅有利于節水灌溉設備價格的降低，而且節水灌溉設備的可靠性也能夠大幅度的提高。在當前我國水資源短缺越來越嚴重的新形勢下，利用先進的信息技術來構建功能強大的節水灌溉自動化控制管理系統已成為當前我國農業灌溉領域發展的必然趨勢，只有這樣，才能更好的實現農業灌溉水資源的優化分配和調度，為農業的健康、持續發展奠定堅實的基礎。盡管當前我國農業節水自動灌溉系統在具體應用中還存在許多不足之處，但隨著我國自主研發力度的加大，我國農業節水自動灌溉系統將得到不斷地完善，從而更好的在農業生產中應用，為農業的健康發展提供最重要的基礎保障。

參考文獻

［1］張增林，黨革榮，郁曉慶，穆創國.基于無線傳感器網絡的節水灌溉遠程監控系統［J］.節水灌溉，2012，3（5）：75-78.

［2］劉劍光.節水灌溉自動化技術的發展趨勢［J］.中外企業家，2013，12（15）：193-194.

［3］張予，李瑾，郭美榮，馮獻，崔利國.農業節水自動化技術應用現狀與對策研究——基于北京農業基地的調研［J］.河南農業科學，2015，8（15）：149-153.

中圖分類號：S275

文獻標識碼：A