人工智能在農業自動灌溉中的應用

山東華宇工學院 程夢

隨著我國農業自動化的發展，傳統灌溉方式過于浪費水資源，農業本身就是用水大戶，用水量不斷增加，逐漸占據到社會用水的一半以上。大部分地區存在農業用水效率不高的問題，有著極大的節水潛力。通過大力發展農業節水技術，可以實現農業的節能化發展。因此，分析農業自動灌溉中應用人工智能技術具有現實意義。

1 農業灌溉中自動灌溉技術的重要性

農業灌溉中自動灌溉技術起著重要作用，可以增加水資源利用率、推進灌溉技術創新、合理規劃農業生產，現將其總結歸納如下。

1.1 增加水資源利用率

農業灌溉建設，既可以保證農作物灌溉順利進行，又能保證農作物的健康生長。農業生產時要依據水利工程灌溉特點及區域優勢，實現節水灌溉技術的高效應用，形成良好的水利循環系統，避免水資源浪費，推進資源節約型社會建設。同時，在種植區域推廣自動灌溉技術，也可以優化農業灌溉設計，切實發揮其作用，提高種植效益。

1.2 推進灌溉技術創新

農業發展過程中灌溉技術發揮著重要作用。農田灌溉工作開展時，要在節水灌溉技術應用的基礎上，結合區域發展情況加大對節水灌溉技術的研究力度，提高節水灌溉技術的科學性，實現借助農業推進區域經濟發展的積極作用。改善區域種植戶的生活條件，落實鄉村振興戰略。

1.3 合理規劃農業生產

在當前的農業發展過程中節水灌溉技術起著重要作用，這也是黨和國家高度關注的問題。農業部門通過高效利用節水灌溉技術，既可以合理規劃耕地，又能在推進區域農業發展的基礎上及時調整農業結構，從而在推進國內農業現代化生產方面發揮著重要作用。

2 農業自動灌溉中人工智能技術應用的問題

農業自動灌溉中應用人工智能技術，受到各類因素影響，從而造成實際應用效果不理想，影響到自動灌溉發展。就當前情況來說，農業自動灌溉中人工智能技術應用存在以下問題。

2.1 農村地區基礎設施問題

雖然我國廣大農村地區經濟快速發展，基礎設施建設速度也在加快，但具體到網絡基礎設施建設層面則較為薄弱，網絡整體普及水平較低，這也是影響農業灌溉自動化發展的主要原因。當前我國農村地區側重推進農業發展，實際中對網絡需求不高，大部分農村居民并沒有將網絡與農業聯系起來的觀念，這也是限制農業自動灌溉發展的客觀因素。

2.2 智能化設備供應問題

就當前情況分析，我國農業設備智能化建設不理想，如設計專用芯片時沒有結合我國農業特點，忽視實踐環境對農業設備專用芯片的環境要求等，造成實際操作時經常出現芯片損壞情況。與此同時，我國農業地區范圍廣闊，不同地區有著不同的地形、環境及氣候，因而對智能化農業設備的需求側重點不同。但目前智能農業灌溉設備尚無法滿足我國復雜多樣的農業場景，需要進一步完善與提高。設備供應不足直接影響到人工智能應用，影響到行業健康發展。

2.3 農民實際應用存在問題

農業自動化灌溉設備應用人工智能技術，意味著設備成本增加，而且這類設備一年中的大多時間都處于閑置狀態，成本回收周期較長，農民資金數量有限，實際推廣難度較大。另外，智能化灌溉設備操作時需要一定的知識水平，大部分農民知識文化水平有限，無法熟練操作智能化設備，而且存在傳統農業設備操作觀念，這也阻礙了智能灌溉設備的應用。同時，實際操作時要求較高，農民不愿意使用這類設備，從而也影響到設備普及與使用。

3 農業自動化灌溉中人工智能技術的應用分析

農業灌溉中灌溉技術的種類較多，這里主要介紹高效灌溉技術，即噴灌技術、滴灌技術及微灌技術。通過分析這些技術的內容，總結其優缺點。

3.1 選擇合適的灌溉技術，發揮人工智能優勢

3.1.1 噴灌

農作物高效灌溉技術就是噴灌，噴灌技術應用時需要得到動力設備、管道及加壓設備等支持。其原理是通過合理運用地形高差壓力，通過管道實現水資源輸送，借助噴嘴，可以實現全方位噴灑，給農作物生長提供所需的水分。

就當前噴灌技術分析，其種類較多，主要為移動式、固定式及半固定式等。移動式噴灌技術，也就是可以移動任意部位；固定式噴灌技術，即除了噴頭外都不能移動；半固定式噴灌技術，即可以移動支管和噴頭，其他如水泵等無法移動。

3.1.2 滴灌

滴灌技術需要運用管網、滴灌管及滴頭等工具向農作物根部滴水，通過水滴形式慢慢滲透壓力水，順利實現灌溉的目的。

實際農業生產中運用滴灌技術，既可以省時省力，又能節省水資源，增加農作物的產量，有著較高的實際應用價值。但滴灌技術使用初期投資較大，因此普及時存在一定難度。

3.1.3 微灌

微灌技術是建立在滴灌技術的基礎上，灌溉時方式較多，主要包括滲灌、滴灌、小管流灌。運用這項技術時，需要配備管網、灌水器等設備，相比于其他灌溉技術，具有周期短、時間長及流量小的特點，可實現對水利的合理控制，將水分直接灌向農作物根部，以提高水資源的利用率。

同時，微灌技術的應用，還能提高肥料利用率，進一步改善與優化土壤結構。微灌技術種類較多，可以根據實際情況選擇合適的種類，切實發揮微灌技術優勢，提高農作物產量。

3.2 引入智能機器人，發揮PLC 技術優勢

隨著智能制造技術的發展，智能機器人開始活躍在大眾視野中，并在多個領域擔任職能，發揮作用。智能機器人的引入，不僅能提升灌溉效率，保證農產品質量，而且技術人員可以根據需要對機器人進行程序設置，加強對機器人主腦的控制，提高灌溉質量，促進經濟效益的提升。

結合智能制造技術，只需要設置好程序，機器人就能自行開展工作，特別是在一些高危行業中，智能機器人已經完全替代人工操作，不僅節約成本，而且失誤率低，全面提升了生產安全性。傳感技術在我國的多個領域中發揮的作用越來越明顯，智能傳感器技術的應用，可以充分發揮其智能化的優點，從而幫助農戶及時分析情況，讓農戶能夠提前了解田地的基本情況，提前做好相應的應對工作。

3.3 控制農田水分灌溉量，選擇合適的節水灌溉方式

農戶需要對農作物各生長階段的水分需求量進行深入了解，并選擇定值方式了解農作物不同階段水分蒸騰及蒸發量，并以實際變化情況為著手點，對灌溉時間與灌溉數量進行合理調整，在保證滿足農作物水分需求的基礎上控制水資源浪費情況。同時，要高度重視水資源浪費問題，主要考慮灌溉時存在的土壤下滲水、蒸發量及滲透量等情況，通過準確計算兩方面水量損失后，以損失情況選擇合適的灌溉時間與灌溉量。獲取相應的數據后利用計算機軟件搭建模型，通過模型數據確定農作物不同生長階段最佳的灌水時間與灌水量，從而實現對水資源的合理利用，有效控制水資源，避免出現浪費的情況。

農業灌溉要想高效利用節水灌溉技術，就需要全面理解節水灌溉技術的技術要點，整合已有的灌溉節水經驗，依托農業實力工程的實際情況，選擇及使用節水灌溉技術，提高灌溉技術的有效性。有鑒于此，可以在建設農業灌溉設施時引入網絡監控系統，以實現對灌區的全面監管。同時，要落實因地制宜的基本原則，節水灌溉過程中合理應用各類資源，降低運行成本并提高灌溉效率。如節水灌溉時可以利用太陽能、風能等資源。

需準確把握農田灌溉需求及農作物類型，同時圍繞水資源分配布局合理設計管網系統。布設管網的過程中，控制管道內部承壓狀況在0.6 MPa 以上，這樣即可構建滿足灌溉要求的滴灌體系。管道中如果出現壓力不足的情況，補償時可通過人工加壓。其次，管網架設施工中，管網應間隔地面0.5～1m 的距離，同時以農作物根系實際生長狀況為根據優化調整。需要注意的是，鋪設的管網過高會導致水分散失效果加大，過低則會增加后續的維護成本。最后，管網設計施工中，連接不同方向的管道時建議選擇三通等方式。同時，加大連接質量控制與優化力度，保障水壓能與灌溉要求相符合。選擇灌溉管網主材時，PE 管等材料應為首選。

4 農業自動灌溉技術中人工智能應用質量控制

農業灌溉中應用自動灌溉技術，要制定合適的方案，切實發揮自動灌溉技術的作用，需要完善節水灌溉管理機制、控制農田水分灌溉量、選擇合適的節水灌溉方式及做好管道布設與施工，具體內容如下：

4.1 合理選擇人工智能，強化基礎設施建設

4.1.1 選擇合適的人工智能技術

農業發展過程中最為關鍵的就是灌溉，其直接影響到農作物的健康成長。農作物灌溉需要根據氣候、生長需求等條件，選擇合適的灌溉模式、灌溉用水量等，從而在保證土地產量的基礎上減少氣候對農作物的不良影響。

當前應用最廣泛的灌溉系統是ANN 系統，該系統可以準確識別氣候、水文情況等數據，并合理分析這些數據形成實時監測的整體數據，以達成高效、科學灌溉的目的。同時，這一系統還可以靈活選擇運行模式，提高灌溉的實效性，促進農作物的產量提升，盡可能減少不科學灌溉造成的不良后果，奠定農作物高質與高產的基礎。

4.1.2 做好網絡基礎設施建設

強化農村地區網絡基礎設施建設，也是大數據背景下推進人工智能灌溉發展的前提與決定性條件。通過完善農業信息服務平臺建設，可以給農民提供更為全面的市場信息。

如，可以在農村地區引入寬帶競爭機制，促進農村網絡服務水平的提升，強化農村地區網絡基礎設施建設工作。同時，需要提高農村網絡基礎設施的搭建力度，推進網絡系統與通訊系統的融合，從而給農民提供更便捷的網絡服務。此外，還需要搭建與農村實際情況結合的信息服務平臺，包括天氣、市場供需、常見病蟲害防治等，切實發揮網絡推進農村生產發展的積極作用。

4.2 做好灌溉管道布設，奠定技術應用基礎

首先，需準確把握農田灌溉需求及農作物類型，同時圍繞水資源分配布局合理設計管網系統。布設管網的過程中，控制管道內部承壓狀況在0.6 MPa 以上，這樣即可構建滿足灌溉要求的滴灌體系。管道中如果出現壓力不足的情況，補償時可通過人工加壓。

其次，在管網架設施工中，管網應間隔地面0.5～1m 的距離，同時以農作物根系實際生長狀況為根據優化調整。需要注意的是，鋪設的管網過高會導致水分散失效果加大，過低則會增加后續的維護成本。最后，在管網設計施工中，連接不同方向的管道時建議選擇三通等方式。同時，加大連接質量控制與優化力度，保障水壓能與灌溉要求相符合。選擇灌溉管網主材時，PE管等材料應為首選。

4.3 提高技術供給水平，強化農民操作培訓

農作物生長過程中對灌溉有著較強的依賴性，灌溉中引入人工智能技術，可以提升農民對人工智能技術的觀感，提高農作物產量。需要根據農業生產特點選擇合適的人工智能技術，如智能溫度檢測等，另外，還需要結合農業特點選擇人工智能技術，有效解決農業灌溉過程中存在的問題，推進人工智能與農業灌溉設備的結合。

與此同時，需要做好技術推廣與培訓工作，提高農民運用人工智能灌溉技術的能力。同時，可以提前建立試驗田，通過技術運用讓農民意識到科學灌溉的優勢，改變農民的傳統意識，實現提高農民運用人工智能灌溉技術的意愿。地方部門要提高財政補貼力度，做好相關普及教育，實現提高農民應用意愿。另外，還需要定期開展智能灌溉技術培訓工作，讓更多的農民了解與掌握技術操作方法，實現推進農村地區灌溉智能化發展的目的。

5 人工智能技術在農業自動灌溉中的應用趨勢

作為工業制造的助力技術以及重要發展和研究對象，農業自動灌溉技術在人工智能等技術的推動下，智能化水平不斷提升。在智能制造中，借助專用程序實現對人行為的模仿，由此發展而來的無人機駕駛、自動駕駛、自動操作技術等，都是借助人機交互功能的研發。

作為未來機械生產制造的主要研究方向，網絡化發展備受關注。借助網絡科技，在進行遠程監控的基礎上，實現對電力設備、機械運行以及運營管理等方面的高效管控，從而進行有效的溝通和數據交換，這對于優化資源配置，提升運營效率，改善運行的安全性都具有重要意義。

在未來發展中，微型化將是農業自動灌溉技術研發的一種重要領域。在半導體技術快速發展的今天，新的工藝和材料不斷問世，促使各設備元器件朝著微型化、輕量化方向發展，農業自動灌溉技術通過對各零部件的組裝，拓展系統功能，實現對相應設備及軟硬件的精準控制。

總之，農業建設過程中節水灌溉技術起著積極作用，可以在節約水資源，推進農業綠色化、可持續發展。農業水利要綜合考慮各方面情況，選擇合適的節水灌溉技術，并依據實際情況制定合適的使用方案，提高節水灌溉技術的應用效率，做好節水灌溉技術的應用推廣，切實發揮節水灌溉技術的作用，通過融入人工智能，實現自動化控制灌溉的目的。