智能監(jiān)測技術在農業(yè)水利管理中的應用與創(chuàng)新

智能監(jiān)測融合傳感器、物聯(lián)網、大數(shù)據及人工智能等數(shù)字化技術，不僅能對監(jiān)測目標對象及環(huán)境進行實時、自動監(jiān)測，還能快速準確獲取監(jiān)測結果。該技術因具備實時性、自動化與高精度的特點，被廣泛應用于社會各領域，尤其是在農業(yè)水利管理中，智能監(jiān)測技術在水資源、農業(yè)水利設施及農作物生長狀況監(jiān)測方面的優(yōu)勢尤為顯著。基于此，相關部門工作人員重點圍繞智能監(jiān)測技術在農業(yè)水利管理中的具體應用范疇展開詳細闡述，并通過研究該技術的創(chuàng)新應用策略，強調農業(yè)水利管理中應用智能監(jiān)測技術的必要性。

一、農業(yè)水利管理中應用智能監(jiān)測技術的必要性

（一）助力精準灌溉，優(yōu)化水資源配置

傳統(tǒng)的農業(yè)灌溉多采用畦灌、溝灌、淹灌、漫灌等地面灌溉方式，這些方式不僅造成水資源浪費，還常因過量或灌溉不足影響農作物正常生長。應用智能監(jiān)測技術，可借助土壤濕度傳感器精準監(jiān)測土壤及農作物根系的含水量，通過通信傳輸技術將監(jiān)測數(shù)據直接傳送至智能終端。終端管理人員依據反饋數(shù)據，能準確判定不同農作物在各時期的需水量，并據此計算出適合農作物正常生長的灌溉量與灌溉持續(xù)時間。例如，某地區(qū)蔬菜種植基地安裝智能監(jiān)測系統(tǒng)后，田間灌溉水有效利用系數(shù)提升至0.75左右，節(jié)水率超30% ，蔬菜產量較過去提高近 15% 。

同時，農業(yè)灌溉用水多來自河流、水庫、蓄水池等區(qū)域。若利用智能監(jiān)測技術調配水資源，管理人員可根據監(jiān)測數(shù)據、農田面積及作物種類等信息，編制科學合理的水資源配置方案。這種做法不僅能大幅提升水資源利用率，還能讓不同區(qū)域、不同作物獲得更均衡的水資源分配，對提高農作物的產量與質量具有重要的現(xiàn)實意義。

（二）實時監(jiān)測水利設施，保障農業(yè)灌溉用水

農業(yè)水利工程涵蓋大壩、泵站、水閘、溝渠等基礎設施，這些設施在運行中常存在安全風險隱患，導致水利設施功能嚴重受損。利用智能監(jiān)測技術可對水利設施運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，監(jiān)測系統(tǒng)會自動發(fā)出預警信號，為搶修人員爭取寶貴時間，將損失降至最低。例如，在水利大壩安裝位移傳感器、滲壓計或應力應變計，可實時觀測大壩位移、滲漏及應力承受能力等信息，若監(jiān)測數(shù)據超標，會快速觸發(fā)警報，隨后根據現(xiàn)場損害程度制訂相應的解決方案。此外，智能監(jiān)測技術在水利設施故障預測與診斷領域也得到廣泛應用。借助人工智能技術中的機器學習算法可建立設備故障預測模型，通過分析模型數(shù)據變化預測故障類型與損害程度，為設備檢修與維護提供重要參考。例如，在監(jiān)測泵站電機的電流、電壓、溫度、振動等參數(shù)時，管理人員發(fā)現(xiàn)溫度數(shù)據持續(xù)上升、振動數(shù)據波動異常，獲取這些預測信息后，檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)電機軸承存在故障隱患。為保障農業(yè)灌溉正常進行，檢修人員提前制訂維修方案，大幅延長了泵站電機的使用壽命。

（三）提供精準數(shù)據，提高經濟效益

由于智能監(jiān)測融合了大數(shù)據技術，監(jiān)測系統(tǒng)能夠采集農作物生長數(shù)據、氣象數(shù)據及土壤數(shù)據，為農作物種植決策提供更精準的參數(shù)依據。其中，農作物生長數(shù)據包括植株高度、病蟲害情況、水分盈虧、葉面積指數(shù)等；氣象數(shù)據涵蓋氣溫、濕度、光照、風速和降雨量等；土壤數(shù)據則涉及pH、土壤肥力、微量元素含量等。農戶可依據數(shù)據分析結果，選擇科學的種植方法與時間，制訂精準施肥方案，以提高肥料利用率，最大限度地降低化學肥料對周邊環(huán)境的污染。此外，農作物生長過程中常受各類病蟲害侵襲，導致產量與質量受損。應用智能監(jiān)測技術后，管理人員可實時監(jiān)測病蟲害的發(fā)生與發(fā)展情況，一旦出現(xiàn)征兆，監(jiān)測系統(tǒng)立即發(fā)出預警信號，隨后通過人為干預進行防治。這種提前防范的方式不僅能提高作物的產量與質量，還能大幅增加農戶的經濟收益。

二、智能監(jiān)測技術在農業(yè)水利管理中的應用

（一）在水資源監(jiān)測領域的應用

1.水位監(jiān)測。管理人員可利用壓力式水位計、雷達水位計等智能感應設備，對河流、湖泊、水庫、灌溉渠道等農業(yè)水利工程取水源頭的水位變化進行監(jiān)測。監(jiān)測過程中，若水位超出警戒線或儲水量不足，監(jiān)測系統(tǒng)會立即發(fā)出預警信號，管理人員可及時采取開閘泄洪或蓄水等調控措施，有效避免洪澇或干旱災害。例如，某地區(qū)大型農業(yè)灌溉水庫安裝的壓力式水位計（監(jiān)測精度 ±0.01m ），在2024年汛期監(jiān)測到水位短時間內快速上升，終端管理人員接警后提前開閘泄洪，將水位控制在警戒線以下，保障了灌溉區(qū)農田的安全。

2.水質監(jiān)測。通過智能水質監(jiān)測設備，可對水體的pH、溶解氧、COD、氨氮等指標進行實時監(jiān)測，數(shù)據經水質傳感器傳輸至終端監(jiān)測平臺。若水質異常，管理人員可及時啟動水資源保護與污染治理預案，保障農業(yè)灌溉用水安全。某次監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)灌溉水pH偏低呈酸性，經查為上游冶金企業(yè)排放含酸性物質的廢水所致。管理人員立即切斷污染源并更換灌溉水源，避免了糧食作物受損，減少了直接經濟損失。

3.水量監(jiān)測。利用電磁流量計、超聲波流量計等智能設備，對渠道、管道內的水流量進行實時監(jiān)測，以便精準掌控農業(yè)灌溉用水量，提高水資源利用率。例如，某蔬菜種植基地安裝的電磁流量計，幫助種植戶通過監(jiān)測數(shù)據掌握蔬菜不同生長階段的需水量，精準調控灌溉量，避免水資源浪費。

（二）在水利設施監(jiān)測領域的應用

在農業(yè)水利工程中，比較重要的水利設施包括大壩、泵站及灌溉管網。

1.大壩安全監(jiān)測。在對大壩的安全性能進行監(jiān)測時，管理人員主要利用傳感器對大壩的位移、滲流、應力、溫度等參數(shù)進行實時監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據的細致分析，能夠及時獲取各項數(shù)據的細微變化情況，如果數(shù)據異常，監(jiān)測系統(tǒng)會及時發(fā)出預警信號，然后采取加固、修補等有效的維護措施來保障大壩的運行安全。以某地區(qū)的中型水庫為例，該水庫安裝了位移傳感器與滲壓計，二者的監(jiān)測精度分別為 ±0.1 mm和±0.05%F.S 。在一次日常監(jiān)測中，管理人員通過監(jiān)測數(shù)據發(fā)現(xiàn)壩體出現(xiàn)微小的位移變化，當?shù)厮块T經專家評估后實施壩體加固，保障了下游4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)約7萬人的生命財產安全。

2.泵站運行監(jiān)測。利用電機電流計、電壓計及水泵流量計實時監(jiān)測電機運行狀態(tài)，若出現(xiàn)電機過熱或水泵堵塞，智能監(jiān)測設備會將信息反饋至終端管理平臺，通過調整運行參數(shù)延長電機、水泵等關鍵設備的使用壽命。以電機電流監(jiān)測為例，借助于傳感器采集電機運行狀態(tài)數(shù)據，并運用大數(shù)據與人工智能算法對數(shù)據進行深度分析，如果電機電流突然超出閾值的15% ，或者振動頻率偏離正常范圍，平臺將立即通過手機APP、短信等方式向運維人員推送預警信息，并同步顯示異常參數(shù)的變化曲線，終端操作人員通過對參數(shù)曲線的對比分析，能夠在短時間內鎖內故障點，進而為運維人員節(jié)省大量的故障查找時間。另外，也可以利用大數(shù)據技術構建電機設備的健康度評估模型，并根據電機的運行時長、環(huán)境溫度、濕度、負荷變化等信息，預測電機的剩余壽命，以提前制定維護計劃，這種事前快速響應的預防性維護模式大幅降低了故障的發(fā)生概率。

3.灌溉管網監(jiān)測。借助壓力傳感器、流量計、光纖傳感器等智能監(jiān)測裝置，對管網的壓力、流量、漏水情況進行有效監(jiān)測。如果管網某個區(qū)域存在漏水點或者管網壓力異常，監(jiān)測系統(tǒng)會立即發(fā)出預警信號，這給灌溉管網的安全運行提供了可靠保障。例如，某蔬菜種植基地的灌溉管網安裝了壓力傳感器，該監(jiān)測裝置的測量精度達到 ±0.25% ，在一次監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)管網壓力值偏低，經過現(xiàn)場排查，確認該管網出現(xiàn)破損導致漏水現(xiàn)象，在確定漏水點后及時采取維修補漏措施，進而避免了近 400m³ 的水資源損失。

（三）在農作物生長狀況監(jiān)測領域的應用

利用智能監(jiān)測技術對農作物生長狀況進行監(jiān)測時，主要監(jiān)測項目包括土壤熵情、氣象條件和作物生長態(tài)勢。

1.土壤情監(jiān)測。監(jiān)測土壤情時，主要利用土壤水分傳感器來獲取第一手數(shù)據，這種傳感器的測量精度多在 ±2% 左右，農戶可以根據監(jiān)測數(shù)據，精準控制灌溉水量與灌溉時間。

2.氣象條件監(jiān)測。在監(jiān)測氣象條件時，主要利用智能氣象站來獲取實時監(jiān)測數(shù)據，包括氣溫、濕度、光照、風速、降雨量等。通過對氣象數(shù)據的分析和預測，廣大農戶能夠提前防范，做好應對極端天氣的工作。例如，在高溫干旱期及時采取灌溉措施，在暴雨來臨前及時疏通排水渠道，以避免農作物受損。

3.作物生長態(tài)勢監(jiān)測。在對農作物的生長態(tài)勢進行監(jiān)測時，管理人員主要利用無人機、衛(wèi)星遙感等智能化監(jiān)測技術對作物的葉面積指數(shù)、植株高度、病蟲害情況進行實時監(jiān)測，如果監(jiān)測數(shù)據異常，農戶可以提前采取防范及治理措施。以某地區(qū)的玉米種植基地為例，該基地的管理人員利用無人機航拍技術監(jiān)測玉米植株的長勢情況，利用這種方法識別病蟲害，準確率在 90% 以上。某次監(jiān)測發(fā)現(xiàn)部分玉米病蟲害嚴重，及時采取防治措施，使 233.33hm² 玉米免受侵害。

三、智能監(jiān)測技術在農業(yè)水利管理中的創(chuàng)新應用

（一）融合物聯(lián)網技術的創(chuàng)新應用

在農業(yè)水利管理中，將智能監(jiān)測技術與物聯(lián)網技術深度融合，既能實時采集農業(yè)水利設施運行狀態(tài)、農田土壤情、外界氣象信息等各類數(shù)據，又能通過遠程控制與自動化管理方式，對農業(yè)灌溉設施進行智能化操控，從而實現(xiàn)節(jié)省人工成本、提高水資源利用率、保障農作物健康生長的目標。

在農業(yè)水利設施中，可將水位、水質、流量傳感裝置與物聯(lián)網連接，借助物聯(lián)網技術精準獲取水利設施的實時運行狀態(tài)數(shù)據，為水利設施后期維護提供權威參考。此外，應用物聯(lián)網技術可對農業(yè)灌溉設施中的水泵、閥門等設備進行遠程一鍵式操作。管理人員只需在智能手機端下載APP或相關應用程序，即可隨時獲取各智能傳感器傳輸?shù)臄?shù)據信息，并通過對信息的準確識別選擇一鍵操作模式。

以某地區(qū)蔬菜大棚為例，該大棚安裝了智能物聯(lián)網灌溉系統(tǒng)。在蔬菜種植前期，技術人員在大棚內安裝了350個濕度傳感器與電動灌溉閥門。當傳感器顯示監(jiān)測數(shù)據低于 60% 時，監(jiān)測系統(tǒng)自動向灌溉閥門發(fā)送指令開啟灌溉系統(tǒng)；當大棚內濕度超過 70% 時，閥門自動關閉。統(tǒng)計數(shù)據顯示，該蔬菜種植基地應用智能物聯(lián)網灌溉系統(tǒng)后，人工成本降低近 55% ，水資源利用率提高 30% ，設施蔬菜產量創(chuàng)歷史新高。

（二）融合大數(shù)據技術的創(chuàng)新應用

將智能監(jiān)測技術與大數(shù)據技術深度融合，廣大農戶可收集農業(yè)水利管理中產生的海量數(shù)據，包括溫度、光照、風速等氣象數(shù)據，以及土壤情數(shù)據、灌溉用水量及農業(yè)水利設施的水位、水質數(shù)據。基于這些數(shù)據，可對水資源變化趨勢、水利設施運行狀態(tài)、農作物需水規(guī)律進行大數(shù)據建模，并依據數(shù)據模型預測農作物在不同生長階段的需水情況。同時，運用大數(shù)據技術能為農業(yè)水利管理決策提供科學的參考依據，管理人員通過分析、預測各類運行參數(shù)，可制訂科學合理的農業(yè)水利管理方案，進而對農業(yè)水利設施修繕、農作物灌溉用水量及灌溉時間作出精準決策。

以某地區(qū)大型農作物種植基地為例，該基地依托近3年采集積累的氣象數(shù)據、土壤熵情數(shù)據、農作物產量數(shù)據及灌溉用水量數(shù)據，建立了大數(shù)據預測模型。通過模型數(shù)據分析發(fā)現(xiàn)，小麥拔節(jié)期土壤濕度保持在65%～75% ，配合適量氮肥施用，可使小麥產量達到最高值。例如，2023年該基地依據大數(shù)據分析結果實施精準灌溉與施肥，當年小麥平均產量為 8400kg?hm^-2 較2022年增產 9% ，節(jié)水 20% ，節(jié)肥 15% 。由此可見，智能監(jiān)測技術與大數(shù)據技術結合后，大幅提升了農作物種植與管理決策的準確率。

（三）融合人工智能技術的創(chuàng)新應用

人工智能技術與智能監(jiān)測技術的融合，不僅為農業(yè)水利管理工作帶來諸多便利，還能借助人工智能算法對農業(yè)水利設施、農作物灌溉用水量進行智能決策，進而實現(xiàn)用水量及施肥量的精準控制。例如，某地區(qū)的灌溉泵站，管理人員運用機器學習算法對電機的電流、電壓、振幅及水泵流量等運行數(shù)據進行深度分析，發(fā)現(xiàn)電機出現(xiàn)異常。在確定故障位置后，檢修人員及時排除了故障隱患，避免了灌溉中斷，同時節(jié)省了大量設備檢修成本。近3年，該地區(qū)在應用智能診斷與故障預警技術成功提前預警設備故障超15次，預測準確率達 96% 。由此可見，智能監(jiān)測技術與人工智能技術的融合創(chuàng)新，對提升農業(yè)水利管理績效和農業(yè)產業(yè)蓬勃發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。此外，在農業(yè)水利管理領域，管理人員可利用人工智能語音交互技術隨時查詢水利灌溉設施的運行狀態(tài)，通過智能語音助手獲取水利設施管理相關信息。輸入查詢問題后，智能語音助手能快速給出相關建議，并提供有效的技術指導與操作提示，為農業(yè)水利管理工作提供便捷服務。

（四）融合區(qū)塊鏈技術的創(chuàng)新應用

區(qū)塊鏈技術具有去中心化、不可篡改、全程可追溯的特性，這些特性為農業(yè)水利管理數(shù)據的真實性與可信度提供強大的技術支撐。近年，隨著區(qū)塊鏈技術的日趨成熟，在農業(yè)水利管理場景中的實際應用效果也體現(xiàn)的越加明顯。農業(yè)水利系統(tǒng)數(shù)據呈現(xiàn)多樣化特點，涉及氣象、水文、土壤、灌溉設備等海量數(shù)據。過去，傳統(tǒng)的數(shù)據管理模式安全系數(shù)低、風險隱患多，導致數(shù)據利用率大幅下滑。而利用區(qū)塊鏈技術，能夠實現(xiàn)設備運行狀態(tài)、實時用水量、水質檢測結果等監(jiān)測數(shù)據的上鏈存儲，以形成不可篡改的分布式賬本，數(shù)據可信度顯著提升。例如，某城市的大型灌區(qū)，利用區(qū)塊鏈技術搭建了水利數(shù)據共享平臺，整合了超5000個傳感器節(jié)點的數(shù)據，這些數(shù)據涵蓋100多個村莊、50多家農業(yè)企業(yè)，以及當?shù)貧庀蟆⑺牡炔块T的數(shù)據信息，實現(xiàn)了全灌區(qū)數(shù)據的實時共享，數(shù)據利用率大幅提升。當?shù)剞r業(yè)部門根據農戶的土地面積、作物種類、歷史用水數(shù)據，對灌溉用水進行自動分配，農戶可以實時查看自家的用水情況與剩余額度，有效避免了人工統(tǒng)計失誤而出現(xiàn)的經濟糾紛。并且當?shù)氐乃块T也能夠獲得準確的數(shù)據，進而為水資源的統(tǒng)一調度提供了有力的參考依據。

而在水資源利用全流程溯源方面，利用區(qū)塊鏈技術能夠快速追溯到責任源頭，確保每一個環(huán)節(jié)的水質指標、用水量、排放達標情況等監(jiān)測數(shù)據被實時寫入區(qū)塊鏈，如果發(fā)現(xiàn)異常狀況，借助于該技術能夠準確追溯到具體的責任主體。例如，某區(qū)域水質突然惡化，利用區(qū)塊鏈技術能夠鎖定是農戶違規(guī)排放還是企業(yè)偷排污水的責任源頭，這對監(jiān)管效率的提升起到了關鍵性作用。例如，某農業(yè)產業(yè)園運用區(qū)塊鏈技術搭建了水資源溯源平臺，灌溉季對產業(yè)園內的 266.67hm² 農田用水情況進行實時監(jiān)測，結果發(fā)現(xiàn)某區(qū)域水質異常，從發(fā)現(xiàn)問題到鎖定目標，前后耗時不足1h，這就給水體污染問題的解決爭取了大量時間。

四、結語

在農業(yè)水利管理中應用智能監(jiān)測技術，一方面，可以對水資源、水利設施及農作物的生長狀況進行實時監(jiān)測，然后通過對監(jiān)測數(shù)據的深度分析作出科學、精準的決策，以此提高水資源利用率、保障水利設施安全穩(wěn)定運行，促進農業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。另一方面，各級管理人員應充分發(fā)揮智能監(jiān)測技術的功能優(yōu)勢，并通過與物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能技術的緊密融合，提高智能監(jiān)測水平，從而為凸顯農業(yè)水利管理工作成果奠定堅實穩(wěn)固的基礎。

作者簡介：韓玉宏（1974—），男，甘肅民樂人，本科，工程師，主要從事水利工程建設與灌溉管理工作。