物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用

石沖貌

（甘肅瑞盛·亞美特高科技農業有限公司，甘肅 蘭州 730300）

中國是一個具備悠久農耕歷史的傳統農業大國，農業一直以來都是一個國家重點發展問題。為了繼續加快甘肅省農業信息化科技的發展，加快傳統農業向信息化智慧農業的深刻轉型，進一步加快我國數字農業生產力的釋放，各級相關部門近年來一直積極地推動信息物聯網系統等先進的信息技術平臺在現代農業信息化生產經營中卓有成效的創新應用。

1 節水灌溉問題的社會背景

中國灌區每年安排的各類農業機械化灌溉設備用水總量約需占全國計劃總設備用水量比重的近80%。我國農村水資源相對豐富，但與農業機械化灌溉工程用水比例相比仍存在一些差距。這是由于我國的農業水利灌溉設備技術水平很低，用水率仍遠低于世界先進技術水平，導致我國大量農業水資源尚未得到充分開發。農業設施灌溉效率嚴重低下，嚴重制約和影響了我國農業現代化的全面發展。因此，節水施肥和灌溉是在促進我國現代農業全面發展的過程中不可或缺的重大戰略和基本措施。

目前，我國農業正在加快智慧農業的發展。通過智能監控、遠程控制等工具，實現農業智能化管理、檢測和生產，因地制宜，減少化肥、農藥和水資源的使用，節約人力物力，增加生產收入，實現從機械化到智慧化的農業革命。

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

隨著新一代網絡技術在我國農村的廣泛深入普及，農民也在現代農業科技生產經營環境中廣泛應用各種現代科技，影響和改變了傳統的農耕環境，以及傳統的農業生產方式。智慧農業還必須積極收集整理各類農業方面的現代化生產的技術知識和工作經驗，依靠移動物聯網系統實現各地不同類型生產經營信息系統的高度集成管理和知識共享，以進一步提高現代化農業機械化生產作業效率。

在中國，農業互聯網正在迅速發展。我國的一些地區和城市正積極地嘗試發展農業物聯網。目前，為了將互聯網技術應用于農業生產，促進物聯網與農業生產的全球一體化，我國已經實現了管理信息和農產品銷售的現代化管理。

2.2 農業物聯網的基本架構

農業物聯網工程的成功實施，主要依靠針對農產品的在線動態監測，獲取信息。監控農業網絡基礎設施中分布有很多在線傳感器節點。通過安裝這些無線傳感器，人們隨時可以獲取到土壤質量和土壤氣候信息，農民能夠更及時、準確地獲取檢查結果，并通過相關農業技術生產參考信息，發現并及時地解決相關生產問題。物聯網與集約農業生產方式的結合，將使農業逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備。

通過分析物聯網的技術結構，將物聯網分為3個層面：遠程監控層、網絡層和應用層。農業物聯網遠程監控層可以檢測各種對象和采集農場信息，包括各種傳感器和專業的網絡檢測設備傳感器，例如，碳濃度檢測、溫濕度檢測、監控攝像頭、氣象站等。農業物聯網網絡層負責傳輸和處理收集的任何信息。該體系結構由不同的本地網絡、通信網絡、互聯網和相關的網絡管理平臺組成，負責將農業用戶與物聯網連接起來，確保物聯網的功能得以實現，并確保其真正有助于農業發展。

3 物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的具體應用

3.1 智慧農業中的節水灌溉工作流程

灌溉設備和監測設備在不同地區的分布情況各異，因此，我們需要一個能夠互動和有效控制的網絡系統。在農業生產節水管理中，控制系統非常重要。應用對象是中央控制室和無線通信設備有限公司，系統從灌區采集信息和數據。然后，系統對收集的數據進行處理和分析，并制定相關決策。該系統檢查設備、土地灌溉和指定農業區的灌溉說明、灌溉管道和相應的控制閥。在農田自動灌溉過程中，傳感器實時收集記錄并分析傳輸出有關農田水情動態的各類數據圖像和相關信息，并及時將圖像傳輸回控制中央系統。如果控制器發現田間供水量已達到滿載或超過設計預定量值，中央控制系統即發出緊急警報，控制閥則自動緊急關閉農田最后一根水管?；緟祩鞲衅髋c控制系統之間的網絡數據傳輸通訊方式目前主要是用GPRS網絡，控制測量指令數據主要還是通過中心控制室內的計算機終端，通過流式以太網將數據轉發至中央控制服務器。

利用節水系統的節水功能，我們可以快速高效地收集農田的溫度、亮度、光密度、作物生長和其他功能，基于節水系統收集的備份信息，將通過非地面通信收集到的數據和信息整合并上傳到地面物聯網上，服務平臺為節水區域提供科學指導，幫助農民確定安全用水和用水方法，在水處理過程中自動分配安全用水和必要的水桶，安全的水控制系統能實時監測用水情況，并及時調整供水模式，改善水質?？筛鶕魑镄枰M行自動智能供水，有效防止傳統供水模式下缺水或水量過大的情況。

此外，農業管理者還可以通過智能手機和農業綜合企業互聯網服務平臺，通過手機遠程控制農田灌溉。同時通過手機屏幕接收關于農田土壤、作物生長和當地天氣狀況的實時信息。

實用的農業服務平臺是基于互聯網的節水服務平臺，提供不同的服務功能。用戶可以在線瀏覽。在瀏覽時，用戶可以根據自己的情況自動、半自動或立即儲存水。同時，該平臺還支持對水域條件的多邊論證和分析，用戶可以及時了解和獲取水域條件的數據。

3.2 智慧農業中節水灌溉的物聯網方案

控制系統包括控制室、安裝在水泵旁邊的無線通信網絡、專有設備、農業通信設備、控制系統和驅動器。控制系統、信號發射器和信息反射等傳感器可以實現全自動化。灌溉過程開始進行時，無線通信網絡可將實時灌溉控制信息及時發送到遠程的監控系統室。監控系統可打開自動灌溉水控制閥，為農業灌溉供水，并請求相應的報警信息。當灌溉水達到預設值時，控制閥自動關閉。農業環境的變化由GPRS傳感器網絡檢測并發送到農業設備。控制信號輸出的方法是：遠程控制室內的計算機利用服務器對采集到的數據進行分析計算，并在遠程決策時發送實時控制信號，控制發動機。

目前農業物聯網的網絡模式一般為Laura+4G網絡，物聯網服務平臺的網關采用4G網絡技術。由于Laura Gate的使用受到限制，該Gate無法提供一些農業服務，Laura Gate的用戶數量與功能數量的顯著減少有關。因此，有必要更新農業企業網絡計劃，并采用NB-loT物聯網計劃。該網絡系統將減少農業物聯網系統的建設，進一步降低農業物聯網平臺的運營成本，提高農業物聯網服務的功能性。服務平臺的每個模塊都使農業物聯網服務更加可靠。此外，還簡化了農業物聯網系統的網絡結構，便于農業物聯網系統的后續維護。

3.3 系統功能特點

3.3.1 系統管理

物聯網系統的主要功能是管理內部數據、確定數據表的結構并對其進行維護。同時，物聯網技術還可以維護系統的正常運行，保護用戶賬戶、權限、文件和信息的完整性。物聯網系統還可以規范特定領域的知識管理。在物聯網系統的建設和運行過程中，必須科學地管理內部數據，不僅要確定數據表的結構，還要做好數據的維護工作。另外，管理系統的運行和維護系統本身不能丟失，用戶賬戶、權限、信息等都需要保證安全。值得注意的是，具體領域的知識管理不應被忽視，還應確保其規范性。

3.3.2 查詢、信息收集和搜索性能

使用不同的方法查找信息，然后利用圖表和其他不同的形式來表達結果。研究方法主要包括點搜索、空間搜索和組合邏輯形式。在系統功能上，需要保證數據的查詢、采集和分析。信息搜索可以是點搜索、空間搜索等多種方法，并利用圖形等形式表達結果。在該系統中，數據采集是基于各個位置，長信息和寬度可以準確分類。中央計算機接收到監控計算機的數據后，可以準確地查找到信息。

3.3.3 數據收集的自動識別

數據采集終端根據不同的位置自動進行數據采集，通過精確采集經緯度數據并將其發送給計算機，進行行為數據監測。

3.3.4 數據分析職能

在系統的使用過程中，數據和信息的收集、處理和分析起著非常重要的作用。在信息收集過程中，可以通過圖形幫助和其他方法顯示在某個點或空間中。在系統中，必須分析在所有位置獲取的數據，以確定顯示的準確性。從監控計算機收集信息和數據后，必須使用中央計算機來正確安排位置。分析不同地段的不同特點，并將結果以專題圖的形式打印出來。

4 結束語

智慧農業在我國農業生產中具有廣泛的應用范圍和重要意義。物聯網被世界公認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。它是以感知為前提，實現人與人、人與物、物與物全面互聯的網絡。農業生產管理過程中，基于信息采集點感知數據，集成農業生產管理知識模型，開發大田生產智能決策系統，實現科學施肥、節水灌溉、病蟲害預警防治等生產措施的智能化管理。物聯網智能節水灌溉是農田節水灌溉的現代化農業新技術，它不僅能夠根據相應植物的需水特性、生育階段、氣候、土壤條件等做合理設計，制定相應的灌溉制度，適時、適量，合理灌溉，也可以做到局部灌溉。還可避免土壤鹽堿化，對已經出現鹽堿化的土壤，可利用灌溉沖洗土壤中的可溶鹽分，以改良土壤。此外科學灌溉方式還可起到預防果樹蔬菜霜凍和預防干熱風危害，以及防止土壤風蝕等作用。