物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用

呂慶軍，鐘聞宇，由浩良

（吉林農業科技學院，吉林 吉林132101）

我國是傳統的農業大國，農業問題一直是國家高度重視的發展問題。為了加快我國的農業發展，有力地推動我國農業模式由傳統型農業轉變為智慧型農業，進一步解放我國農業的生產力，近年來我國正在大力推進物聯網等先進技術在農業生產過程中的應用。

在智慧農業的建設過程中，眾多現實問題極大地限制了智慧農業的發展。其中節水灌溉的問題是限制我國智慧農業發展的主要問題之一。農業灌溉是農業生產中的關鍵部分，不解決節水灌溉問題，智慧農業的生產模式便無法真正落實。

1 節水灌溉問題的社會背景

每年我國用于農業灌溉的水資源約占我國總用水量的80%。雖然我國的水資源總量較為豐富，但是用于農業灌溉的水資源卻依然存在較大的缺口。同時，我國農業在灌溉過程中還存在較為嚴重的浪費情況。這是由于我國農業的灌溉技術水平較低，對水資源的利用率也遠低于世界先進水平，進而導致大量的水資源在農業灌溉中無法得到充分的利用。低下的農業灌溉效率嚴重制約了我國農業的現代化發展。因此，實行節水灌溉是我國農業發展過程中一項勢在必行的工作任務。

2 智慧農業的現狀和農業物聯網的基本架構

2.1 智慧農業的現狀

隨著網絡技術在我國農村的普及，以物聯網技術為代表的現代科技正在大量應用于農業生產活動中，從而改變了傳統農業的生產方式，進而誕生了智慧農業。智慧農業需要采集整理傳統農業中的生產技術和經驗，并依靠物聯網實現各種生產信息的整合共享，從而提升了農業的生產效率。

在我國，農業物聯網正處于快速發展的階段，我國多個省市正在進行農業物聯網的試驗運行，以促進物聯網與農業生產的深度結合。目前，隨著農業物聯網的應用，我國農業生產中的種植、收獲及銷售活動已經基本實現了現代化信息管理，可以合理地配置生產過程中的各種農業資源。

2.2 農業物聯網的基本架構

農業物聯網的應用主要依靠信息化的監控網絡實現。在監控網絡中存在大量的傳感器節點，人們可以通過傳感器進行土壤信息、氣候信息的采集工作，確保農民可以及時準確地掌握各種與農業生產相關的重要信息，從而幫助農民及時發現并解決農業生產中的各種問題。物聯網技術與農業生產的結合，改變傳統的以人和機械為中心的農業生產模式，使得農業生產的中心變為了信息軟件。通過信息軟件，可以將農業生產中的各種自動化的機械設備聯合起來，初步實現農業智能化和自動化的生產。

從技術層面上分析農業物聯網的架構，可以將農業物聯網看作是由感知層、網絡層和應用層這三種結構層次所組成的。農業物聯網的感知層借助科技設備可以實現對各種物體的識別，采集農業生產信息，具體包括各種專業的檢測傳感器及其組成的傳感器網絡。例如，有檢測二氧化碳濃度的，有檢測溫度與濕度的，還有監控攝像頭等等。農業物聯網的網絡層則是負責各種已獲取信息的傳遞與處理。這層結構是由各種局域網、通信網、互聯網，以及相關的網絡管理平臺構成的。而應用層則是負責連接農業用戶與物聯網，確保物聯網的各種應用功能落到實處，真正為農業發展提供助力。

3 物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的具體應用

智慧農業的節水灌溉系統是一項較為復雜的應用系統，這項系統應用了當前社會的計算機網絡技術、農業物聯網技術、通信技術和自動化控制技術，構成了灌溉系統的自動化管理系統，通常還會使用太陽能技術為節水灌溉系統提供動力能源。

3.1 智慧農業中節水灌溉的工作流程

在智慧農業中，通過節水灌溉系統控制農田的灌溉工作，以實現大量節省用于灌溉的水資源。一套完整的節水灌溉系統通常包括控制泵房的自動化管理系統，監測土壤墑情的土地監測系統，監測氣象條件系統，管理視頻監控的系統，監測地下水位系統，太陽能節水系統等多個不同功能的子系統。節水灌溉系統通過自身的監控網絡，對系統的各個功能模塊進行統一管理。

在使用節水灌溉功能時，節水灌溉系統可以快速高效地收集關于農田和作物的詳細信息，如，土壤溫度與濕度，光照強度，作物的長勢等等，并將獲得的各種數據信息進行整合后，通過無線通訊上傳至物聯網服務平臺。而服務平臺則根據節水灌溉系統收集的反饋信息，對農田的灌溉作業進行科學的指導，幫助農民確定具體的灌溉方式和灌溉用水量，并自動調配當地的灌溉用水，對農田中需要灌溉的農作物進行精準的灌溉作業。在灌溉作業進行時，節水灌溉系統還在實時監控灌溉結果，以及時調整灌溉方式，提高土地灌溉質量。按照農作物的需求執行自動化的智能灌溉，可以有效避免傳統灌溉方式中統一灌溉的情況，在保障農作物用水需求的前提下，大幅度提升了農業生產中的水資源的利用效果。

此外，隨著智能手機與農業物聯網服務平臺的連接，農業生產管理人員還可以通過手機對土地的灌溉工作進行遠程控制。管理人員通過手機屏幕便可以實時了解農田的土壤情況，農作物的生長情況，以及當地的天氣情況。

目前的智慧農業物聯網服務平臺針對節水灌溉作業提供給多項服務功能，用戶可以通過網頁瀏覽訪問，并支持多個用戶同時瀏覽，用戶可以根據自身情況選擇自動化，半自動化，或人工手動的節水灌溉模式。同時，平臺還支持灌溉區域情況的多維度展示與分析，以便于用戶及時了解和掌控農田灌溉作業的詳細情況。

3.2 智慧農業中關于節水灌溉的物聯網方案

當前的農業物聯網的組網方式普遍是LORA+4G網絡，智能化網關使用是非授權的廣域網技術，而網關和物聯網服務平臺的連接則使用的是4G網絡技術。但是隨著國家針對LORA網關的使用做出了較多的限制，使得LORA網關在承載連接用戶數量方面的功能有著大幅的下降，從而導致該網關無法再為農業物聯網提供一些基本的服務功能，使得農業物聯網服務平臺無法滿足用戶的使用需求。因此，農業物聯網必須對組網方案進行升級，將會使用NB-IOT方式的組網方案。該種形式的組網方案將會減少建設農業物聯網系統的施工量，從而進一步降低了農業物聯網服務平臺的運營成本，同時還會提升服務平臺各個模塊的服務功能，使該農業物聯網提供的各項服務變得更加可靠。此外，新型組網方式還會簡化農業物聯網系統的網絡結構，方便農業物聯網系統的后期維護。

4 結語

智慧農業及其節水灌溉功能在我國農業生產中具有非常廣闊的應用前景。農業物聯網技術應用到智慧農業節水灌溉中后，極大地突破了傳統農業的生產模式，使農民的農業生產不再完全依賴于天氣條件和種植經驗。在農田灌溉方面，通過精準化的灌溉方式，農業物聯網技術有效地提升了智慧農田節水灌溉的應用效率，充分保護了當地的水資源，促進當地農田生產的可持續性發展。這對于農業用水資源較為缺乏的地區有著極為重要的意義。