對(duì)智能灌溉的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

王應(yīng)海，劉勇兵

(1.北京東方潤(rùn)澤生態(tài)科技股份有限公司,北京 100191；2.湖北省仙桃市水利水電建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，仙桃 433000)

智能灌溉是不需要人為操控、由灌溉系統(tǒng)智能做出灌溉決策并自動(dòng)執(zhí)行、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)執(zhí)行過程、進(jìn)行深度的反饋學(xué)習(xí)以及實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水肥一體化的灌溉。智能灌溉控制器是智能灌溉系統(tǒng)的核心，感知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的傳感器是智能灌溉的基礎(chǔ)，對(duì)大量數(shù)據(jù)的人工智能處理是智能灌溉的關(guān)鍵。以下是與智能灌溉相關(guān)的幾個(gè)常見問題。

1 傳統(tǒng)的灌溉控制器本質(zhì)上是定時(shí)器或流量控制器

智能灌溉需要智能灌溉控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上有大量冠以“智能灌溉控制器”名稱的產(chǎn)品，但絕大部分這些產(chǎn)品本質(zhì)上是定時(shí)器或流量控制計(jì)，即：按照用戶預(yù)設(shè)的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間周期進(jìn)行灌溉。對(duì)于受人工干預(yù)較大的環(huán)境，比如人工溫室，采用定時(shí)定量的灌溉模式一定程度上能夠滿足灌溉需求。對(duì)于廣泛的大田環(huán)境，由于時(shí)刻發(fā)生的氣象變化和土壤環(huán)境變化等情況，固定灌溉時(shí)間或灌溉量的灌溉方式不能滿足灌溉需求。

2 自動(dòng)灌溉與智能灌溉的區(qū)別

自動(dòng)灌溉是區(qū)別于手動(dòng)灌溉、人工灌溉的概念，突出灌溉控制器能夠根據(jù)設(shè)定的時(shí)間、流量、土壤濕度上下限等參數(shù)自動(dòng)執(zhí)行灌溉或者基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程控制取代人工現(xiàn)場(chǎng)操作，具有解放勞動(dòng)力的價(jià)值，但是，如前述，在溫室等人工干預(yù)較大的環(huán)境中，自動(dòng)灌溉在一定程度上能夠滿足灌溉需求，對(duì)于廣泛的大田環(huán)境，影響灌溉決策的變化因素很多，涉及作物、氣象和人為活動(dòng)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中需要做出的許多決定，如：哪塊地要先種，種什么作物？選哪種型號(hào)的種子、化肥、農(nóng)藥？施肥、灌溉的時(shí)間點(diǎn)、量及頻率如何把握？氣象、天氣、降雨預(yù)測(cè)，土壤理化性質(zhì)的變化情況？農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施、機(jī)械、工人的協(xié)調(diào)安排……當(dāng)眾多因素需要協(xié)調(diào)研究從中選擇最優(yōu)方案時(shí)，“自動(dòng)灌溉”完全離不開人在各個(gè)環(huán)節(jié)中參與決策，因此，不存在離開人為決策的“自動(dòng)灌溉”。

智能灌溉則要求不需要人為控制，灌溉系統(tǒng)智能自動(dòng)做出灌溉決策，而且系統(tǒng)做出的灌溉決策要比人做出的決策更科學(xué)、更迅速，就如同已經(jīng)稱霸圍棋界的谷歌人工智能系統(tǒng)AlphaGo，AlphaGo的每一步圍棋怎么走完全是“人工智能”自動(dòng)做出的決定。

3 智能灌溉系統(tǒng)需求具備的4個(gè)核心要素

(1)全方位、多維度現(xiàn)場(chǎng)感知。實(shí)時(shí)獲得全方位、多維度的現(xiàn)場(chǎng)作物生長(zhǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)及生態(tài)大數(shù)據(jù)是智能灌溉系統(tǒng)決策的基石。現(xiàn)場(chǎng)感知多深度土壤水分及連續(xù)變化情況、地表及地下土壤溫度、作物活躍吸水根系位置及分布情況、氣象數(shù)據(jù)等諸多對(duì)作物需水及生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生影響的因素。生態(tài)大數(shù)據(jù)提供本地ET0歷史數(shù)據(jù)、未來(lái)的ET0預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)的降雨預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、農(nóng)作物耗水規(guī)律數(shù)據(jù)、土壤水特征數(shù)據(jù)等。智能灌溉系統(tǒng)無(wú)縫融合現(xiàn)場(chǎng)感知和本地的生態(tài)大數(shù)據(jù)，根據(jù)作物生長(zhǎng)信息，自動(dòng)分析根系活躍吸水位置及分布比例；智能識(shí)別作物缺水脅迫、田間持水量、飽和含水量；智能計(jì)算土壤有效儲(chǔ)水量、土壤蓄水潛力、土壤水滲透速率；智能預(yù)測(cè)未來(lái)的降雨量、作物需水量等信息，智慧做出一次灌溉延續(xù)時(shí)間、灌溉量、灌溉周期等決策。

(2)人工智能的灌溉決策及執(zhí)行。智能灌溉控制器內(nèi)置灌溉決策模型，基于現(xiàn)場(chǎng)感知的數(shù)據(jù)及生態(tài)大數(shù)據(jù)進(jìn)行灌溉決策并控制水泵、變頻器、田間電子閥、噴槍等設(shè)備，執(zhí)行灌溉決策。比如，在灌溉過程中，精準(zhǔn)降雨預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)2 h內(nèi)會(huì)有降雨，灌溉系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止灌溉，充分利用降雨。等降雨停止后，系統(tǒng)根據(jù)田間的多深度土壤水分傳感器計(jì)算得到當(dāng)前的有效降雨量，自動(dòng)判斷是否需要補(bǔ)充灌溉量，如需要補(bǔ)充灌溉，重新計(jì)算灌溉量。

(3)深度反饋學(xué)習(xí)，自我修正、自我衍進(jìn)。具備反饋系統(tǒng)是智能灌溉與自動(dòng)灌溉、傳統(tǒng)灌溉的核心區(qū)別。灌溉系統(tǒng)向智能灌溉控制器反饋流量、水壓、水泵、變頻器、電磁閥開關(guān)狀態(tài)等運(yùn)行工況信息；田間傳感器向智能灌溉控制器反饋灌溉深度、有效灌溉量等灌溉目標(biāo)執(zhí)行情況。智能灌溉控制器對(duì)反饋數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整灌溉決策。智能灌溉控制器與云端大數(shù)據(jù)平臺(tái)智能互聯(lián)，智能灌溉控制器能自動(dòng)從云端獲取更新最新的灌溉決策程序。形成對(duì)比的，傳統(tǒng)灌溉控制器沒有檢測(cè)或報(bào)警反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)不能智能判斷管道是否有泄漏或者電磁閥工作狀態(tài)異常(例如嚙齒動(dòng)物咬斷了電線)。

(4)精準(zhǔn)水肥一體化。智能灌溉控制器能夠?qū)κ┓蕶C(jī)輸送的肥料濃度和流量進(jìn)行控制，將由固體肥料或液體肥料配兌成的肥液母液按照設(shè)定時(shí)間，以預(yù)定的配比均勻、適量的按時(shí)輸送到作物根部土壤。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能灌溉是當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的潮流。智能灌溉系統(tǒng)整合先進(jìn)的傳感器技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)，提高灌溉的精準(zhǔn)度，提高水的利用率，提高灌溉管理水平，改變?nèi)藶椴僮鞯碾S意性和盲目性，同時(shí)減少灌溉用工，降低管理成本，顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

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