基于物聯網的區域農田土壤墑情監測系統探討

董巖 劉云清 曾一 張華鑫

摘 要 針對以物聯網為基礎的農田土壤墑情監測系統進行了系統分析，先簡單介紹了系統組成，隨后介紹了我國農田土壤墑情現狀，最后介紹了農田土壤墑情監測系統的實際操作應用。

關鍵詞 物聯網;農田;土壤墑情;監測系統

中圖分類號：S152.7 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.20.089

在物聯網技術持續發展背景下，農田土壤墑情的監測技術水平持續提升，初步實現了土壤墑情的信息管理。在農田灌溉區中應用農田土壤墑情監測技術，能夠進一步提高農田管理的合理性與科學性，保障農田生產質量。

1 系統概況

在現代化社會中，精準化農業是新型農業的發展主流方向。以物聯網為基礎，針對農田土壤墑情相關監測系統進行科學設計，促進技術路線的有效實現，相關應用開發也不斷深入，并提出一種無線傳感網絡，能夠針對農田中的土壤濕度和溫度等信息實施動態化自動采集、處理和存儲。通過對該種信息系統進行全面的應用和推廣，能夠為新時期農業生產提供信息支持，為采集準確的植物生長環境信息提供可靠的技術支持，促進當下精準化農業的全面發展[1]。

無線傳感器在物聯網中具有重要作用，是信息傳輸和感知的基礎載體，在農田土壤墑情控制中應用無線傳感網絡，能夠有效解決傳統模式下有線傳輸中的設備布置以及安裝成本高、電力供應不足等問題。結合自動化控制、物聯網和無線感知等技術，能夠提高農業生產智慧性，對于環境保護以及農業持續發展來說是一種重要保障。土壤墑情相關監測系統設計中，針對農田小氣候，可以利用傳感器、無線傳輸技術以及數據采集卡MODBUS等模塊，動態監控農田中的土壤墑情，采集各種環境參數，而所采集到的數據信息能夠在相同時間內傳送到計算機終端和云平臺中，實現自動化存儲，以FDR管式監測裝置的創新，實現對土壤墑情的動態監控。對于無線節水灌溉方面，主要是通過灌溉控制器、無線中繼器以及手持終端實現操作，同時將農田環境監測系統中提供的數據信息作為基礎指導，實現精準化的農田灌溉。

監測系統中的農田環境監測模塊由傳感器、擴頻傳輸LORA、數據采集卡、在線傳輸NB-IOT以及數據傳輸模塊等部分構成。針對土壤墑情信息進行采集操作中，數據采集卡能夠利用基礎協議和多個傳感器之間實現數據交互，單一站點主要優勢是能夠對32路傳感裝置相關數據信息實施高效采集，同時結合多參數融合算法和兩極信息校準，進一步提升農田監測精確性和可靠性。

管式的土壤墑情監測裝置主要是以介電常數原理為基礎，通過高頻探測方式，實施土壤墑情監控。相關監測系統還擁有高度集成的特征，在某一PVC管中，包括核心傳感器、電池、輸出存儲以及終端通信物聯網等部分。在農田監測中，只需要對設備頂端二維碼進行掃描，便可以對數據進行快速查詢和瀏覽。

2 我國農田土壤墑情現狀

我國經濟發展速度較快，在現代化社會中依然需要把農業放在首要發展地位。我國農業生產中在農田灌溉方面還存在各種急需解決的問題，其中較為突出的便是灌溉水源浪費的問題，為此需要重視節約用水。我國人均水資源十分緊張，灌溉水源相關利用率甚至尚未達到一般標準，該種條件下，需要充分發揮土壤墑情監測功能，準確反映土壤中的水分狀況，判斷農田土壤是否達到種植標準，隨后結合監測信息，科學決定灌溉時間，提升水資源利用效率。該種節水灌溉方案需要多種工程措施和先進技術支持，將多樣構思充分結合起來，實現灌溉水充分利用目標。土壤墑情相關監測系統能夠幫助合理開發水資源，提高灌溉效益[2]。

3 農田灌溉中土壤墑情監測系統的有效應用

土壤墑情相關監測控制系統能夠對農田中的作物生長產生直接影響，同時相關監測系統還可以準確判斷農田中的土壤水分含量，科學判斷灌溉時間和灌溉數量。同時還可以聯系各個區域的土壤類型選擇不同的灌溉方法，針對多樣作物進行合理劃分，找準灌溉水源，在不同區域中選擇出具有代表性的區域，創建監測點，對降水量、地下水位以及農田土層含水量等土壤墑情實施動態化采集，隨后將相關信息傳送出去。灌溉預測軟件憑借相關環境信息開展實時監測，從而掌握相應的灌溉時間，采取有效的節水手段，可以科學控制灌溉水量，實現農田種植中的節水目標。我國當下主要是通過GSM網絡載體對農田土壤中的營養成分和水分含量實施全面采集。在計算機終端平臺中能夠將GSM信息直接顯示出來，提高土壤墑情的直觀性。通過計算機終端針對相關信息實施處理分析，明確不同區域灌水量，控制深井泵和噴灌機相關設備開展灌溉操作。土壤墑情監測分析技術具有較高的準確性，不但可以對農田環境中的空氣濕度和土壤水分含量進行科學監控，還可以把監測到的各種信息實施科學處理，并展現出來，聯合灌溉系統，互相促進，實現灌溉節水目標。按照相關調查分析，結合該種技術進行灌溉操作，能夠使灌溉水利用率提升20%左右，而農作物的增產比例也達到15%～20%。

4 農田土壤墑情監測系統具體操作應用

針對農田中的土壤墑情實施控制監測的主要目標是不斷擴大監測范圍，提升監測精度，同時可以將其應用到實踐當中。只有進一步擴展系統的覆蓋范圍，才能夠監測到各個區域的水分差異和土壤條件差異。以物聯網為基礎的土壤墑情監控系統能夠自動化采集農田中的土壤水分比例信息，并利用傳感器將所采集的信息實施科學處理，傳輸到平臺中，其中需要注意，應該同時針對多樣內容進行檢測，保障信息安全性除了農田相關信息之外，同時還需要對電源、防雷裝置等進行檢測，避免因為其他不良因素影響信息接收，從而中斷整個監測活動。農田灌溉系統盡管可以針對土壤墑情實施準確監測，而灌溉系統也可以自動實施灌溉操作，但用戶也可以通過自己選擇的方式開展相關作業，并按照自身需求，設計操作順序，如先從水稻農田開始進行灌溉，隨后針對棉花地實施灌溉，形成標準化的操作流程。后期作業順序也可以根據相關設定實施操作，無需重復設置，減少操作步驟，符合農田真實狀況，確保農田植物生長擁有充足水分和養分，實現增產目標。同時還可以進行實時監控，減少水資源浪費，提高灌溉的合理性，如此也能夠將物聯網在土壤墑情監測中的作用全面發揮出來，促進我國節水灌溉策略的順利實施，實現可持續發展。

5 結語

土壤墑情相關智能監測系統可以準確反映農田土壤中的水分狀況，判斷是否滿足作物生長的條件。利用土壤墑情信息，還可以組織科學灌溉，從而提高節水效率，有效解決我國灌溉用水短缺的問題，提升水資源利用率。

參考文獻：

[1] 王銘銘，徐浩.基于物聯網的安徽省農田灌溉實時監測及自動灌溉系統研究[J].節水灌溉，2017（1）：68-70，75.

[2] 李淑華.農田土壤墑情監測與智能灌溉云服務平臺構建關鍵技術研究[D].北京：中國農業科學院，2016.

（責任編輯：劉昀）