現代化技術在農業智能灌溉系統中的應用

段麗芳

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400）

灌溉技術是農業生產中提高農產品的產量和質量的關鍵。農業灌溉智能化指的是將計算機技術、電子信息技術和物聯網遙感技術結合起來，從而達到對農作物的澆水進行實時監控的一種管理方式。農業智能灌溉系統可以實現作物的遠程控制，比如灌溉用水、澆水的時機等。與常規的大面積灌溉技術相比，農業智能灌溉系統的使用可以有效節省水資源，并可以進行遠程智能控制，有利于構建一個更加健全的現代農業灌溉管理體制。

1 現代化技術在農業智能灌溉系統中的重要性

在農業發展過程中，各種自然因素對農業發展都有著重要的作用，如氣候問題、土壤地質問題、自然災害問題等都會對國家的有關政策和人力資源的發展產生一定的作用。假如在農業建設時遇到了嚴重的極端氣候，這很可能會對農業發展產生阻礙，同時也會對農戶造成一定的經濟損失，若不能及時解決，還會引發一系列的問題。在這個過程中，使用現代化智能技術就可以避免很多問題，可以提前預報氣候問題，減少損失，保障作物健康生長，也可以為農戶提供前沿的農業信息，推動農業投資，增加農業利潤[1]。

2 農業智能灌溉系統的適用范圍

農業智能灌溉系統應用領域廣泛，可廣泛應用于糧食、蔬菜、果樹和中草藥等各種旱作物。就其所處地勢而言，適合于平原和丘陵地帶；就土體性質而言，高滲透和低滲透兩種都適宜。此外，農業智能灌溉系統不但可以用于農田灌溉，還可以用于園林草坪和花卉的灌溉，是實現農業和林業智能化生產和精細化灌溉的一個很好的“幫手”。

在農業生產中，雖然不同作物的澆水需求、澆水時間各不相同，但通過使用農業智能灌溉系統，都能夠實現科學的澆水。在農業智能灌溉系統中運用現代化技術，可以對土地墑情等數據進行監測、采集和計算分析，再按照作物的需要，對其進行科學高效的調控、及時適當的灌水。農業智能灌溉系統具有廣泛的適用性，對其進行推廣與運用，既可以節約水資源，提高水的利用率，又可以減輕水源日趨緊缺的狀況，提高農作物的產量與質量，還可以建立并完善節水管理制度體系，加深農戶對節約用水的認識，提高耕地抵御自然災害的能力，從而促進農業增效、農民增收[2]。

3 農業智能灌溉系統的優勢

在我國，農業用水大約占據了全國用水總量的80%，然而在農田灌區，其用水利用率不高，導致大量的水被消耗，而植物的用水需求卻無法獲得及時的補足，從而嚴重影響農業的產量和效益，限制現代農業的發展。所以，如果能將農田的用水問題處理好，對國家的未來發展也有很大的幫助。在使用農業智能灌溉系統后，不僅可以極大地減輕農民的勞動強度，還可以準確、定時、定量、高效地給作物進行自動灌溉與施肥，提高了土壤的質量，從而達到了增產增質、節水節能的目的[3]。

4 農業智能灌溉系統的發展趨勢

4.1 田間信息采集智能化

由于農業生產中的生態系統錯綜復雜，所以在農業生產中，有很多的要素會對農業生產產生一定的作用。農業智能灌溉系統是將現代農業作為一個基本的發展方向，通過與最先進的現代化技術進行融合，在智能裝置和現代化技術的幫助下，可以對作物的生長環境進行遠程監控。該系統能夠改善廣大農民群眾生產和生活的各個方面，從而使農業生產更加地智慧化。在農業智能灌溉系統的應用中，通過無線傳感網絡、人工神經網絡等技術的融合，可以構建一種集信息監測、無線傳輸、智能決策和管理于一身的現代化智能系統，以更好地為農業現代化提供支持。

4.2 灌溉設施智能化

在實際應用中，由于農業智能灌溉系統自身的復雜性和多樣性，使得單純使用一種技術并不能滿足整個系統的要求。因此，將各種現代化智能技術結合起來，可以讓農田的精確灌溉變得更加方便。但任何一種技術都有其各自的優勢和劣勢，為了保證該技術的劣勢得到解決，可以將各種現代化技術的優勢組合起來，用于理論和實際的應用。所以，可以通過對影響作物灌溉因素的研究，將其與作物種植環境和灌溉調度的眾多要素相聯系，對其進行科學高效地預報，進而保證按照作物的成長需要進行灌溉[4]。此外，與傳統的噴灌方式比較，采用精準可變的灌溉方式可以節省更多的水資源。例如，噴灌機在運行時，可以通過計算機調整噴頭的數量、噴頭的速度、噴口的大小和噴水的壓力來對農業灌溉進行有效調控和智能化管理[5]。

4.3 農業機械智能化

農業機械主要有農用拖拉機、大型自走式拖拉機等，利用各類汽車、航天技術可以提高農業機械的機動性。在智能農業機械的駕駛室內，電腦具有一個統一的、通用的、可用于操作各種機械的界面，同時電子監控儀器也越來越人性化，智能信息的顯示也更加簡單、便利。農業機械智能化作業可以減少費用，達到提升效率和節省資源的目的，同時還可以有效減少對土壤、水質等的污染。

4.4 農機具管理智能化

農機具的管理是一項系統工程，需要建立一個高效智能的管理網絡，進行全方位、多層次的信息采集、存儲、傳遞和狀態分析，從而使農業機械的價值和效能得到充分發揮。例如，通過農機具智能化管理，計算機可以與在農田工作的機器進行數據傳輸，然后將農業機械上的作業數據進行匯總、綜合、整理并保存到數據庫[6]。

5 現代化技術在農業智能灌溉系統中的應用

5.1 神經網絡技術的應用

將神經網絡技術運用于農業智能灌溉系統，就是利用計算機的編程語言模仿人類大腦的行為模式，從而對灌溉系統進行準確控制。因為人工神經網絡對復雜環境有較強的適應性，還可以同時對多個對象進行有效調控，所以神經網絡技術在實際中的運用中有著非常明顯的優越性，而且將神經網絡技術與其他的控制方法進行有機融合，可以構造出更為優秀的灌溉控制體系，將會使智能灌溉的質量和效率得到進一步提高[7]。

目前，我國農業生產中的灌溉調控面臨兩個主要問題：一是土壤具有非線性和不確定特性；二是多因素的交互作用。利用人工神經網絡技術可以很好地克服上述兩個問題，為此，人工神經網絡技術受到了廣泛的關注。例如，運用神經網絡的控制方式建立灌溉水滲入深度預測模型，可以對灌溉水滲入深度進行有效控制，從而減少深層滲漏，大大地節省水資源。然而，神經網絡技術的運用也有其限制，因為不同耕地的情況不同，不可避免地會產生一些偏差，不能確保預測的精度。為了克服這個困難，把灰色預測法和人工神經網絡聯合起來建立預測模式，大大提高了預測精度。近年來，隨著神經網絡技術的研究越來越多，現在將其與模糊控制技術相結合，可以讓它擁有模仿人腦感知和推理等行為的能力，從而有效地提高了智能灌溉技術的水準與灌溉效果[8]。

5.2 模糊控制技術的應用

與常規的控制方法相比，模糊控制技術的一個顯著特征是無需了解被控目標的數學模型。由于土壤中存在很多不確定因素，因此很難構建出一種準確的數學模型，而現階段采用最多的是通過模糊控制技術來構建數學模型。由于模糊控制技術具有強大的推斷能力和知識的表示能力，所以可以在一定程度上完成與人類相似的決策，從而大大提高了農業灌溉的準確性。這也是提高灌溉效果和水資源利用效率的一種關鍵手段，所以關于模糊控制技術的研究受到了廣泛的關注[9]。例如，結合模糊控制技術對寒冷地區的稻田進行智能化灌溉，調整虧損的灌水量可以達20.5%，從這個角度來看，該方法的優點和功能是非常明顯的。將該方法用于農業智能灌溉系統，不需要建立被控目標的數學建模，不僅可以有效地克服系統的非線性，而且可以極大地提高灌溉系統的準確性。然而，由于模糊控制技術本身的限制，其對控制規律的修改變得困難。

5.3 無線傳感網絡技術的應用

無線傳感網絡技術的運用就是在灌溉田地中，利用無線通信的方法對田地里的情況進行實時監控，并收集田地中的各種數據信息，然后再將收集的數據傳送到農業智能灌溉系統的集控中心。在此基礎上，通過協調器、測感節點和路由器，可以實現對灌溉區域中信息的收集，并進行數據的轉化和信息的交換。由于無線傳感網絡技術具有可靠性高、容量大、能耗小等優點，其在大型農業生產基地得到了廣泛的應用。將無線傳感網絡技術運用于農業智能灌溉系統，可以建立一個完整的自動化灌溉器，即由傳感器對灌水器內的水情進行監控。但無線傳感網絡技術也有一些缺點，必須采用GPRS技術對農業生態系統進行監測，該方法既可以解決大規模農業生產過程中的觀測問題，又可以提高農業生產過程中的信息分享率，較好地達到節約水資源的目的。此外，通過對無線傳感器網絡技術的運用，將大數據技術和智能控制技術等現代化技術方式相融合，可以更好地進行數據挖掘，也可以更準確地計算出灌區的需水量，從而實現自動化的智慧灌溉。該方法具有較高的精度和較好的適用性，不僅能夠保證農田用水，而且能夠極大地提高農田用水效率，所以在將來無線傳感網絡技術將會得到非常廣闊的發展[10]。

6 結論

目前，我國現代農業發展目標是在精確化灌溉的基礎上促進農業的有效發展，將現代化技術應用于農業智能灌溉系統，能夠對田間的灌溉資料進行實時監測，并按照田間的具體狀況進行灌溉，從而減輕農民的勞動強度，提高水資源的利用效率和灌溉效果，促進農業的可持續發展。