物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用研究

杜朋軒 曹夢川 伍丹 張婷 石志剛

摘要：為詳細分析物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用，推動我國數字農業生產力的提升，該文結合節水灌溉現狀，詳細分析智慧農業的發展現狀，對農業物聯網的基本架構展開深入分析。基于此，文中提出智慧農業中節水灌溉的基本流程、節水灌溉的物聯網實施方案等措施，以期為提高物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用水平提供參考。

關鍵詞：物聯網技術??智慧農業??節水灌溉??應用對策

中圖分類號：TP393??文獻標識碼：A

Research?on?the?Application?of?Internet?of?Things?Technology?in?Water-Saving?Irrigation?of?Smart?Agriculture

DU?Pengxuan1??CAO?Mengchuan1??WU?Dan1??ZHANG?Ting1??SHI?Zhigang2*

（1.Ningxia?Polytechnic，?Yinchuan，?Ningxia?Hui?Autonomous?Region，?750021?China;?2.Ningxia?Academy?of?Agricultural?and?Forestry?Sciences，?Yinchuan，?Ningxia?Hui?Autonomous?Region，?750002?China）

Abstract：?In?order?to?analyze?the?application?of?Internet?of?Things?technology?in?water-saving?irrigation?of?smart?agriculture?in?detail，?and?promote?the?improvement?of?digital?agriculture?productivity?in?China，?this?paper，?combined?with?the?current?situation?of?water-saving?irrigation，?analyzes?the?development?status?of?smart?agriculture?in?detail，?and?conducts?an?in-depth?analysis?of?the?basic?architecture?of?agricultural?Internet?of?Things.?Based?on?this，?the?paper?proposes?the?basic?process?of?water-saving?irrigation?in?smart?agriculture，?the?implementation?plan?of?Internet?of?Things?for?water-saving?irrigation?and?other?measures，?with?a?view?to?providing?reference?for?improving?the?application?level?of?Internet?of?Things?technology?in?water-saving?irrigation?of?smart?agriculture.

Key?Words：?Internet?of?Things?technology;?Smart?agriculture;?Water-saving?irrigation;?Application?countermeasures

我國一直以來都是擁有悠久農耕歷史的傳統農業大國，農業是國家發展中的重中之重，為了推動農業的信息化建設和發展，促使傳統農業逐漸朝著信息化智慧農業轉變和發展，推動我國數字農業生產力的提升，各級部門在時代發展背景下，積極推進物聯網系統的先進技術的應用，實現現代農業信息化的生產。物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用具有實質性意義，不僅能夠提高灌溉效率，而且能夠實現水資源的節約使用，對我國農業經濟發展具有非常重要的推動作用。

1?節水灌溉現狀

現如今，各地區對灌溉工程項目的重視程度較高，特別是在科學技術不斷進步和快速發展的形勢下，各種先進技術在農業灌溉中得到了廣泛應用。灌區已經相繼安排不同的農業機械化灌溉設備，根據相關數據統計結果，其用水總量在全國計劃總設備用水總量中的占比較高，占比已經達到了80%左右。我國農村水資源較為豐富，但是根據目前農業機械化灌溉工程項目在用水量方面相比，兩者之間存在的差距非常明顯，主要原因是目前我國農業水利灌溉設備的整體技術水平偏低。與此同時，在用水率方面，與世界先進技術的應用水平相比，仍然處于落后的狀態。久而久之，我國很多的農業水資源無法得到有效開發，利用率較低，農業基礎設施的灌溉效率也比較低，不斷限制和阻礙我國農業的現代化建設進程。節水施肥以及節水灌溉是目前我國在推動現代化農業發展時的重要組成部分，我國農業經濟發展速度較快，逐漸朝著智慧農業的趨勢轉變。智慧農業發展中，是以智能化、遠程控制等方式，結合先進的技術、設備，保證智能化技術的合理利用，提高農業的整體經濟水平。

2?智慧農業發展現狀

科學技術的不斷進步和快速發展，我國已經全面進入到網絡化時代，網絡技術在我國農村的應用范圍不斷擴大，農民在現代農業科學技術生產環境當中，逐漸擴大現代科學技術的應用范圍，對于傳統農耕環境也可以起到良好的轉變效果[1]。目前地球表面大概有70%的面積都已經被水覆蓋，其他30%左右的陸地上也存在部分水資源。但是根據相關調研結果，地球上的淡水資源儲備量較低，在總水資源量中的占比只有2.5%，由于受到自然、客觀因素等影響，海水、深層地下水等開發和利用受到嚴重限制，無法滿足農業日常灌溉的基本需求。在經過調研和分析后，發現部分地區現有的空間灌溉方式以及技術手段過于落后，導致灌溉水的實際利用率只有40%左右，勢必會消耗大量水源，也因此體現出發展智慧節水灌溉技術的必要性。根據不完全統計，智慧農業市場發展規模有明顯的上升趨勢，2016—2019年，我國智慧農業市場規模從155.2億元增長至231億元，2020年市場規模約為268億元。智慧農業發展中，已經相繼完成了較為完整的技術體系，各環節都有專業技術作為支持，尤其是在大田農業智能灌溉控制系統上，即便是上百畝的農田，待安裝好傳感器、土壤監測器后，配合智能啟停的裝置，在手機上就可以判斷是否需要開啟閥門進行灌溉，或者直接由智慧農業云平臺實現自動化的灌溉。

3?農業物聯網的基本架構

農業物聯網在應用時，主要是以信息化監控網絡為基礎，在監控網絡當中傳感器節點的數量較多，可以直接以傳感器為基礎，對土壤信息以及氣候條件等數據信息展開全方位的采集，可以對各種與農業生產相關的信息數據進行全方位的掌握和了解，這樣能夠及時發現隱藏在農業生產中的各類問題，提出有效對策進行妥善處理，避免造成更加嚴重的后果。互聯網技術與農業生產之間的有效結合，可以打破傳統形式下以人或者機械為中心的生產模式，促使農業生產的中心逐漸轉變成為信息軟件，將農業生產當中涉及到的各種自動化機械設備全部都聯合在一起，這樣做的目的是保證農業智能化以及自動化生產水平得到提升。從技術角度著手對農業物聯網架構展開深入分析時，其主要是由感知層、網絡層以及應用層這幾個部分組合而成[3]。農業物聯網在建設和應用時，其感知層主要是以科學技術設備為基礎，對各種不同類型物體展開有效識別，對農業生產信息進行全方位的采集，尤其是各種不同類型的專業檢測傳感器以及傳感器網絡等都是其中非常重要的組成部分。比如：在針對二氧化碳濃度進行檢測時，會從溫度以及濕度檢測角度著手，還會設置監控攝像頭等農業物聯網當中的網絡層，主要是針對各種不同類型信息進行傳遞或者處理。該層結構是由通信網互聯網等組合而成，應用層則是將農業用戶與物聯網之間形成有效連接，保證物聯網的各種不同類型應用功能作用可以落實到實處，這樣才能夠為農業發展提供可靠依據作為支持。

4物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用策略

4.1節水灌溉工作流程

根據智慧農業節水灌溉的要求，對網絡系統進行合理的構建，保證該網絡系統具有互動性以及可靠性的特征。在農業生產節水管理中，控制系統在其中具有非常重要的影響和作用。中央控制室以及無線通信設備有限公司都是其中非常重要的應用對象，在整個系統應用過程中要從過灌區內采集各種數據信息，對采集到的數據信息展開分類處理，結合數據分析結果，可以對相關決策進行編制和落實。該系統檢測設備及土地灌溉等都是其中非常重要的組成部分，結合目前農田自動灌溉系統的運行現狀，合理利用傳感器，提高各種不同類型數據信息的收集率，及時做好記錄，對數據信息進行分析，更為重要的是要對這些信息以及農田的水情展開動態化的監督和管理。與此同時，將現有的諸多圖像信息等全部都直接上傳到對應的中央系統當中，控制器在操作時，如果發現田間的供水量已經可以達到標準要求，甚至還會出現超出設計預定量值的現象，那么此時中央控制系統會發出預警。控制閥在接收到預警信號之后，會直接關閉農田當中的水管，基本參數傳感器在投入正式使用時，其與控制系統之間可以實現有效的連接，以此來不斷完善和優化網絡數據傳輸方式。基于此，通過對GPRS技術的合理利用，合理控制測量指令以及相關數據，結合控制室內的計算機終端操作系統，將信息數據全部都快速、有效的傳輸到中央控制服務器中，這樣能夠提高數據信息的利用率。

通過對節水系統當中節水功能的合理利用，能夠對農田的溫度以及作物生長等各項參數進行快速的收集，在節水系統收集信息的基礎上，對相關信息數據進行備份，同時將非地面通信收集到的數據信息全部都整合在一起。緊接著上傳到地面物聯網系統當中，服務平臺在構建和應用時，根本目的是保證為節水區域的各項工作提供可靠依據作為支持，盡量幫助農民對水源進行正確的使用。在水處理時，可以自動根據實際情況的不同分配安全用水以及必要的水桶安全水控制系統，在應用時可以對用水情況進行實時的監測，對供水模式進行適當調整和優化，同時要對水質進行改善。結合作物的實際情況，有利于實現自動化的智能供水，這樣能夠盡量避免傳統供水模式下出現缺水等問題。

除此之外，對于農業管理人員來說，要積極轉變思想觀念，學會如何操作先進的技術和設備，比如可以借助智能手機在其中的合理利用，拉近與農業綜合企業互聯網平臺之間的聯系，促使兩者之間可以形成有效的溝通和交流。通過這種方式在其中的應用，可以直接利用手機遠程的方式，深入了解農田灌溉的具體情況。結合農田灌溉的現狀，對灌溉水進行適當的調整和優化，借助手機屏幕直接獲取有關農田土壤以及農作物的生長等信息數據。在構建和推進農業服務平臺時，需要將其與互聯網節水服務平臺連接在一起，這樣有利于實現多樣化的服務。另外，在平臺應用時，還可以從多個角度論證和分析水域條件，用戶根據實際情況，對水域條件當中涉及到的數據信息進行調取和利用。

4.2節水灌溉的物聯網實施方案

控制系統在投入正式使用時，其中涉及的內容較多，包括控制室以及無線通信網絡等。控制系統以及信號發射器等各種不同類型的傳感器在應用時，都可以實現自動化操作，在整個智慧農業節水灌溉操作過程中，通過無線通信網絡的合理利用，可以對灌溉控制信息進行實時的觀察和分析。根據信息中呈現出的內容，將其輸送到遠程監控系統室內，根據實際情況的不同，及時做好調整[5]。監控系統在投入正式使用時，將灌溉水控制閥開啟，這樣做的目的是給農業灌溉提供較為可靠的水源，滿足農田灌溉用水的基本要求。在灌溉過程中，需要根據實際情況的不同，提前設置好預定值，在達到預定值的時候，控制閥會自動關閉，避免帶來不良影響。農業環境持續性的變化，特別是在受到GPRS傳感器的影響后，會直接將相關信息發送到農業設備中。整個過程中需要意識到信號輸出時，通過遠程控制室可以對其進行合理管控，利用服務器對已經采集到的數據信息進行計算。緊接著在后續的遠程決策時，可以根據數據計算和分析結果，對發動機的運行狀態進行合理管控。

結合目前農業物聯網發展現狀，網絡模式在投入正式使用時，一般是使用laura+4G的網絡，也就是在針對物聯網服務平臺進行操作時，需要將4G網絡技術作為其中的主要網關。在實踐操作過程中，Laura?Gate的使用，很容易受到外部因素的限制影響，所以無法提供最基礎的服務，此時用戶數量以及功能數量等都有明顯的下降趨勢。針對該問題進行處理時，要結合實際情況，不斷更新和優化企業網絡計劃，借助NB-loT物聯網計劃，來實現農業發展的目標。

4.3物聯網系統在智慧農業節水灌溉中的應用

4.3.1系統管理

物聯網系統在智慧農業節水灌溉中的應用具有非常重要的影響和作用，其主要功能是將內部數據進行全方位的收集和管理，對數據表的結構進行維護。以物聯網技術為基礎，加強對系統運行狀態的維護和管理，促使用戶的使用權限以及基本信息較為完整和可靠。物聯網系統在投入正式使用時，可以在特定的范圍內操作，加強對物聯網系統運行內部的管理力度，對數據表的基本結構進行確定，同時加強對數據的維護管理力度，這樣不僅能夠保證智慧農業節水灌溉工作的全面有序開展，而且能夠為其提供可靠的數據信息作為支持。

4.3.2信息的查詢和收集

通過對各種不同的方法的合理利用可以對相關數據信息進行準確查找，通過圖表或者其他的方式，可以將最終的表達結果以一種更加真實的方式呈現出來。通過空間搜索、組合邏輯等各種功能操作方法，可以提高互聯網技術在智慧農業技術灌溉中的應用水平[6]。在物聯網系統的應用背景下，可以針對智慧農業的數據信息進行全方位采集，同時對信息進行分類處理，這樣才能夠精準地查到相關信息。

4.3.3數據分析

在智慧農業建設灌溉中的應用，數據信息的收集和處理具有至關重要的影響和作用，所以在物聯網系統中可以對各種位置信息以及數據展開深入分析，這樣能夠保證數據信息的準確性。從監控計算機當中獲取數據后，可以利用中央計算機來對其位置進行合理的安排，對不同時段的特點展開深入分析，這樣能夠根據智慧農業技術灌溉的要求，保證節水灌溉效率的提升。

4.4具體應用決策

智慧節水灌溉在應用時具有非常明顯的優越性特點，在諸多方面都具有直接性意義，智慧節水灌溉的推進和利用可以保證作用于灌溉用水的效率得到提升。智慧灌溉對于土壤濕度以及其他環境等各方面信息數據能夠實現實時的監督和管理，通過計算機程序對其展開深入探究，在設計和應用時，可以根據作物生長的特點對水發質進行合理的設計，這樣能夠實現精準灌溉的目的，保證作物灌溉用水的效率得到提升，同時可以節約水資源。在實踐中還可以展開精細化的灌溉，促使作物灌溉的科學性和合理性得到提升，同時強調灌溉的質量，更為重要的一點是可以保證作物生產管理水平得到提升。灌溉系統在構建時，通過顯示屏幕可以將土壤水費供應數值以更加直觀的方式呈現出來，以自動化的裝置對其展開科學合理的管控，保證灌水量以及灌水的時間都可以得到有效管控，以此來縮減勞動力的投入。對于施肥以及滴水精準度等各方面都可以實現合理的控制，更為重要的是可以增加作物的產量，在智慧灌溉中其涉及的智能化噴管以及滴灌模式，能夠提高作物的產量，比如小麥或者棉花等，其智能化的微灌模式，有利于提高各種不同類型的作物產量。

智能節水灌溉在實踐中的應用，不僅可以提高水源的利用率，而且能夠將物聯網技術在其中的應用作用和價值體現出來。目前相關部門在智慧技術灌溉方面的研發力度越來越大，必須要提高對接受灌溉項目的資金投入，同時對項目給予一定扶持。針對灌溉示范區以及示范試點進行推進，促使物聯網技術在智慧農業知識灌溉中得到合理利用。某地區是灌溉范圍以及面積發展較為突出的區域之一，將其作為水滴灌技術在應用時的樣板區域。某建設部門在大田棉花的研究上，將智能化滴灌技術應用其中，對該技術的應用過程展開實時的監測，以滴灌技術和土壤水分監測技術等結合使用，利用移動通信GSM網絡對其展開精準的農業灌溉，其不僅能夠節約水資源的使用，而且自動化水平較高，可以實現精準定位。

4.5智慧節水灌溉應用問題及解決策略

在智慧節水灌溉時，必須要保證灌水以及施肥等各環節的精準實施，提高效率以及質量，實現節能環保的根本目的，促使農業可以逐漸朝著資源化信息化的趨勢轉變和發展。但是目前仍然存在很多問題需要在實踐中得到及時處理，在針對智慧節水灌溉展開深入研究和推廣方面，我國與發達國家相比仍然存在較為明顯的差距，整體水平比較低，并沒有標志性的科研成果，所以很難支持更高層面的節水灌溉實踐操作，對智慧節水灌溉技術的應用和發展也會造成嚴重限制。智慧節水灌溉技術以及物聯網系統在其中的應用，需要投入的成本較高，對于經濟能力有限的區域來說，很難投入較高的經濟成本，所以很多部門以及單位逐漸放棄物聯網技術在智慧農業建設中的應用。對于智慧節水灌溉的發展也會造成嚴重限制，更為重要的一點是目前在智慧節水灌溉系統應用時，缺少專業人才作為支持，現有管理人員以及技術人員的綜合實力并不是很高，缺少系統化的培訓，導致系統在使用時，其性能和作用很難得到全方位的推進，無法滿足設備在操作以及維修時的基本要求，系統在運行時很容易出現運行效率低等問題。

針對上述問題進行處理時，可以適當借鑒國家的先進經驗，根據各地區農業發展現狀，保證智慧節水灌溉系統在其中的合理利用。各地區還要加大有關智慧節水灌溉技術的扶持力度，對相關財政制度以及管理體系進行完善和優化，將智慧農業節水管理技術合理應用在實踐中，對于部分經濟發展落后區域可以適當給予資金支持，投資重點項目，保證項目效益的穩定增長。將物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用作用和價值充分發揮出來，這樣才能夠提高農業經濟發展水平。

5結語

智慧農業的發展具有必要性，特別是在新時期背景下，物聯網技術在智慧農業節水灌溉中的應用范圍不斷擴大，受到了人們的廣泛關注和重視。物聯網技術在其中的合理利用，有利于打破傳統形勢下的農業生產以及灌溉模式，有利于提高水源的利用率，以智能化、自動化的滴灌、噴灌等方式，可以保證智慧農田節水灌溉應用效率和水平得到提升。這樣不僅有利于對當地水資源起到良好的保護效果，而且還可以提高農作物的質量和產量，以此來實現當地農田生產的可持續發展目標。

參考文獻

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