物聯網技術在現代農業節水灌溉中的應用

王曉燕

（張家口市水文水資源勘測局，河北 張家口 075000）

物聯網技術在現代農業節水灌溉中的應用

王曉燕

（張家口市水文水資源勘測局，河北 張家口 075000）

為提高農田灌溉用水利用率、降低灌溉用水成本，提出一種新型的自動化灌溉技術，是其利用Internet技術以及無線傳感器來實現。重點分析了傳感器網絡節點路由協議、系統硬件與軟件設計，由各種傳感器構成智能化傳感器網絡，從而全面提升了系統的自動化與監測水平。最后分析了該網絡在Internet基礎上農田節水灌溉自控系統的實現方法。系統通過嵌入式控制技術完成智能化灌溉，有助于改善農業灌溉用水的利用率，可很好地實現節水。

物聯網技術；農業節水灌溉；應用

在農業灌溉中，對水資源進行管理極其重要。隨著科技的不斷發展，需要摒棄傳統的管理方法，將粗放式逐步改為集成式，并大力推廣自動化技術的應用。眾所周知，我國是農業大國，但是在灌溉方面，我國的自動化技術仍然處于落后狀態。因此，為了使我國的農業得到高效發展，要進行動態管理，通過使用傳感器等對農作物的生長情況進行實時監測。另外，由于我國的水資源匱乏，為了提高水資源的利用率，在對農作物進行灌溉時，可以充分利用雨水等進行供水，還可以使用噴灌、滴灌技術，在滿足農作物生長需求的同時，減少對水資源的浪費。

1 物聯網特征

1.1 互連性

物聯網中最關鍵的核心部分是互聯網，物聯網技術就是把無線、有線網絡和互聯網結合起來，并將所需的信息及時通過網絡傳輸出去。對于收集到的信息通過感知層的傳感器傳輸到傳輸層，一般來說，所收集的信息數據都是比較龐大的，這樣就變成了海量信息，因此，在傳輸的時候，要想確認數據的科學性和時效性，物聯網就必須適應各種網絡協議。

1.2 感知性

物聯網技術是各種感知技術的廣泛應用，因此物聯網離不開傳感設備，物聯網的感知層包括大量的多種類型的傳感器，全球定位系統（GPS）、射頻識別（RFID）、激光掃描器、紅外感應器等信息傳播設備，類似于人體的各個器官，同時發揮著不同的作用，是物聯網技術的重要組成部分。

1.3 智能性

物聯網不僅具備智能處理的能力，可以智能控制物體，還可以對傳感器與計算機進行連接。物聯網結合了智能控制技術和傳感器技術，同時還運用各種先進技術擴大了物聯網的應用范圍，如模糊識別技術和云計算技術等。物聯網可以在傳感器采集的大量信息中進行分析和處理，識別出對生產生活有用的數據，從而適應用戶的各種需求，同時發現新的應用模式，并在新的領域進行應用。

2 我國農業物聯網發展現狀

隨著科學技術的快速發展，為農業方面應用物聯網技術創造了條件。現階段，越來越多的國家開始在農業方面應用物聯網技術，而且在農業發展的各個方面都取得了較大成績，為新興農產品及產業做出了較大貢獻。2014年初，馬凱副總理在全國物聯網電視電話會議上指出要牢牢抓住物聯網發展的良好時機，促進物聯網的健康發展，切實提高物聯網體系的競爭水平。物聯網發展到現階段已從最初的概念階段過渡到應用階段，我國的各個有關部門也出臺了有關農業物聯網的發展策略，加快農業物聯網的建設水平，促進我國農業的健康、可持續發展。

3 物聯網技術在節水灌溉中的應用

3.1 系統網絡構架

被系統網絡構架控制的對象為多個區域農田的灌溉設備，系統是由監控室、無線通訊網絡、農用通訊設備的采集裝置和設置于水泵邊的執行機構控制系統組成。自動灌溉是由監控系統來實現的，主要是在灌溉水出口設置控制系統和信號收發裝置及傳感器反射信息。灌溉開始時，無線網絡會將灌溉信息傳送到遠程的監控室，監控系統會隨之打開灌溉調節閥進行供水灌溉工作且提示相應的報警信息，當預定的灌溉水量達到設定值時，調節閥會自動關閉。現場的環境變化由農用通訊設備利用傳感器進行檢測，數據傳向服務器送到使用GPRS無線網絡。控制信號輸出的方式是遠程監控室的PC機利用服務器分析和計算采集到的數據，在實時決策后發出控制指示，對執行機構予以控制。

3.2 無線傳感器網絡

在節水的過程中，可以運用無線傳感技術。無線傳感技術主要是運用ZigBee自組網技術。ZigBee自組網技術是一種龐雜度低、功能消耗低、數據重復率低、成本低、具有較高的可信度、容量較大的網絡雙向無線通訊技術。主要由使用層、網絡層、控制層和物理層組成。有線傳輸網絡存在著高成本、網絡布線復雜、出現問題時維護繁瑣、靈活性較差、擴展性不強等問題，而ZigBee無線傳感網絡系統無此弊端。ZigBee無線傳感網絡系統在農業領域中主要負責控制蔬菜大棚的室內溫度、空氣的濕度、土壤的酸堿度。

3.3 系統供電策略

在農業節水灌溉中物聯網系統是利用無線電磁閥和無線傳感信息節點來實現監控網中最關鍵的部分，由于該系統分布廣泛，更換電池的頻率很高，所以，在建設網絡系統時，應該選用太陽能電池板，并選用適合的節能措施。在節能方面一般有兩種方式：使用能耗低的無線通信模塊；選擇動態電壓調節技術和功率管理技術。舉例來說，在農田灌溉后，關閉這一區域的電磁閥電源和傳感器，就可以達到節能目的。

3.4 系統功能特點

3.4.1 系統管理

物聯網系統主要功能是對系統內部數據進行管理，同時對數據表的結構進行定義，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，保護用戶的賬號、權限、文件、信息的完整。物聯網系統還可以對待定領域的知識進行規范化的管理。

3.4.2 調控噴灌機

將土壤的墑情等數據收集起來，同時將灌溉的計劃非常科學地制定出來，在調控噴灌機的時候利用GPRS網絡遠程，從而使灌溉實現全自動化。

3.4.3 關于查詢和收集及搜索性能

利用不同的方法進行搜索信息，然后將結果利用圖表和其他的不同形式表達出來。搜索的方法主要有點位查找、空間查找、邏輯形式結合的形式。

3.4.4 收集數據自動確定

終端的數據收集工作主要是根據不同的地點自動進行，通過把精準的經緯度數據收集好發送到進行監控行為的計算機，中心計算機將標示數據收集單元精確的定位布設地點。

3.4.5 數據分析功能

針對不同屬性進行不同區段的分析，結果以專題圖形式提供，可供打印輸出。

4 結語

在政府對農業物聯網技術的大力支持下，通過科研單位深入研究，已獲得了不錯的效果。然而作為新生現代信息技術的物聯網，尚未在農業領域中得到廣泛的應用，還處在初級階段，有許多不足之處。所以，對于出現的問題要積極解決，促進其在農業領域應用，使其達到產業化、標準化、規模化，使農業物聯網的重要作用得到充分發揮。人們的生活質量與農業息息相關，國家的發展水平也受其直接影響，農業物聯網的廣泛應用，將對我國農業有很好的促進作用。

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［3］畢慶生，頓文濤，王棟，等.面向智能灌溉的物聯網應用研究［J］.農業網絡信息，2014（5）：40-43，47.

［4］宋增芳.精準遠程灌溉物聯網墑情監測控制系統研制［D］.蘭州：甘肅農業大學，2013.

［5］王連勝，夏冬艷，汪源，等.基于物聯網的現代農業節水灌溉研究［J］.科學技術與工程，2011，30：7393-7396，7407.

［6］安進強，魏凱，王立乾，等.基于物聯網的精確灌溉控制技術研究［J］.西北農林科技大學學報（自然科學版），2013（12）：220-226.

Application of Internet of things technology in the modern agricultural water-saving irrigation

WANG Xiao-yan
（Zhangjiakou Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province,Zhangjiakou 075000,China）

to improve the farmland irrigation water use efficiency,reduce the cost of irrigation water,puts forward a new type of automatic irrigation technology,is the use of Internet technology and wireless sensors to achieve.Sensor network node routing protocols were analyzed,the system hardware and software design,intelligent sensor network composed by various sensors,so as to improve the level of automation and monitoring system.Finally analysis of the network implementation method of automatic control system of farmland water-saving irrigation based on Internet.System through the embedded control technology to complete intelligent irrigation,contribute to the improvement of the utilization of agricultural irrigation water,can well realize water saving

internet of things technology;agricultural water-saving irrigation;application

S274

B

1672-9900（2015）06-0045-03

2015-10-10

王曉燕（1981-），女（漢族），河北張家口人，工程師，主要從事水文水資源方面工作，（Tel）15830166992。