智慧農業灌溉系統國產化替代可行性研究

0 引言

當前，全球正面臨著水資源缺乏與生態環境惡化的嚴峻挑戰，解決這種生態危機是每個國家都應面對的難題。農業是水資源消耗的主要領域之一，傳統人工灌溉效率低下，其效率與可持續性已經成為全球關注的焦點。《“十四五”全國農業農村信息化發展規劃》（以下簡稱《規劃》）指出，到2025年，智慧農業技術、產品初步實現產業化應用，農業生產信息化率達到 27% 。《規劃》還明確推進了推進智能化育苗、生長環境和作物本體自動監測、環境遠程調控、水肥藥精準管理、智能植保、自動收獲等技術應用的具體措施。與此同時，物聯網、邊緣計算與人工智能技術的融合為農業智能化提供了新機遇。近年來，智能灌溉系統已成為提升農業發展水平的關鍵，智能灌溉系統通過科學的灌溉管理與差異化策略進行精準灌溉和節水增效，在全球范圍內得到了大規模的應用。然而，我國在高端傳感器、智能控制系統等關鍵技術領域，仍然受制于人，智慧農業無線通信方式也基本采用Zigbee、LoRa等國外技術。采用國外技術不但成本高，也可能帶來信息安全風險，國產化替代成為亟待解決的問題。因此，開展智慧農業灌溉系統國產化替代的可行性研究，探索具有自主知識產權的國產化替代方案，對于提升我國農業信息安全、促進農業技術的自主可控、推動農業的產業升級都具有重大意義。

1智慧農業灌溉系統的定義、關鍵技術及技術差異

1.1 定義

智慧農業灌溉系統是指利用新一代通信技術、物聯網技術與人工智能技術等技術手段，對農業灌溉過程進行智能化控制與科學管理的技術系統。智慧農業灌溉系統的核心是精準感知、智能決策和精準執行。該系統通過在田間布設不同類型的傳感器，實時監測土壤熵情和作物生長狀態，并結合當地氣象條件，通過邊緣智能控制系統進行大數據分析，利用人工智能算法得到智能化執行方案。邊緣智能控制是指將計算、存儲和應用服務等功能下沉到網絡邊緣的設備或節點上，實現數據的實時處理和分析。在智慧農業灌溉系統中，邊緣智能控制的應用可以提高系統的響應速度和數據處理能力，降低數據傳輸延遲和帶寬需求。自前，我國已經在邊緣智能控制方面取得了一些研究進展，為智慧農業灌溉系統的國產替代提供了有力支持。

1.2 關鍵技術

智慧農業灌溉系統的關鍵技術包含物聯網技術、信息通信技術、智能控制算法3大類。物聯網是智慧農業灌溉系統的基礎，它通過大量傳感器節點實現對農田的全面監測，監測數據包括王壤摘情、養分含量等作物生長參數，灌溉系統則根據實時作物生長數據和歷史趨勢，實現灌溉方案的持續優化，從而不斷提高灌溉效率。信息通信技術在智慧農業灌溉系統中發揮著至關重要的作用。其中，灌溉系統的科學決策依賴數據的收集和分析，而數據的收集、傳感器節點與灌溉系統的交互都離不開先進的通信技術。基于通信技術，用戶進行遠程監控和管理，大大提高了便捷性和靈活性。智能控制算法是該系統的核心技術，是智慧農業灌溉系統的關鍵組成部分。通過高精度的傳感器，智能控制算法在分析實時數據的基礎上，根據作物生長模型，自動調整灌溉策略，實現精準灌溉]

1.3技術差異

國內外智慧農業灌溉系統存在較大差距。國外智慧農業起步較早，尤其是美國和以色列等國家的智慧農業技術較為先進，其智慧農業裝備產品在全球的市場份額處于領先地位。美國通過研發精準灌溉技術，實現了灌溉水量的精準控制，大大提高了灌溉效率；以色列則是通過節水技術和智能灌溉系統，在干旱地區實現了農業的可持續發展。國內智慧農業起步較晚，但近年來在國家的大力支持下取得了長足的發展。目前，我國智慧農業灌溉系統研發側重在精準灌溉、高效節水和智能化控制等方面。我國還積極推進智能化控制系統的研發與探索，以提高灌溉效率和降低人工成本。

2智慧農業灌溉系統國產化替代的可行性分析

研究聚焦于智慧農業灌溉系統國產化替代問題，從技術基礎、市場需求、成本效益、風險挑戰等多個維度進行深入分析，結合國內智慧農業灌溉系統的發展現狀、技術特點、市場應用情況等方面，總結成功經驗與存在問題，對智慧農業灌溉系統國產化替代進行全面可行性分析。

2.1技術基礎與創新能力

通過加大研發投入、促進產學研用深度融合等措施，我國在智慧農業灌溉系統領域的自主創新能力不斷提升。隨著眾多的科研機構和企業引進與吸收國外智慧農業灌溉系統先進技術，并在此基礎上進行自主創新，不斷開展智慧農業灌溉系統的研發工作，我國在物聯網、大數據、傳感器等關鍵技術領域已經取得了一系列重要成果。在傳感器技術方面，我國已經研發出了多種精度高、抗干擾能力強、穩定性好的土壤熵情傳感器、溫度傳感器等設備；在物聯網技術方面，我國已經建立了較為完善的物聯網基礎設施體系，為智慧農業灌溉系統的應用提供了有力支持。

2.2市場需求與政策支持

在市場需求方面，國產替代市場廣闊。智慧農業灌溉系統因灌溉精準、高效節能等優點而廣受歡迎，特別是在干旱地區，智慧農業灌溉系統的應用效果更加顯著。隨著我國農業產業的不斷發展，水資源缺乏問題也日益嚴峻，農業生產對提升灌溉效率和水資源利用率的需求日益迫切。因此，智慧農業灌溉系統國產化替代市場前景廣闊，發展潛力巨大。

我國政府為了推動智慧農業發展，出臺了大量利好政策。《數字鄉村發展行動計劃（2022—2025年）》（以下簡稱《計劃》）明確提出實施“智慧農業創新發展行動”，要求加快推動智慧農業發展。《計劃》從基礎設施建設、技術推廣應用、人才培養等方面提出了具體措施，為智慧農業的發展提供了全面的政策支持。《農業現代化示范區數字化建設指南》為農業現代化示范區的數字化建設提供了詳盡的指導，包括智慧農業園區的建設內容、技術要求、實施步驟等方面。《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》也強調，要推進智能農機與智慧農業、云農場建設等融合發展。

市場需求與政策導向的協同作用，推動了智慧農業灌溉系統國產化替代的發展。當前，我國農業生產智能化的跨越式發展，為智慧農業灌溉系統國產化替代提供了廣闊的市場空間。同時，政府出臺的利好政策也為智慧農業灌溉系統國產化替代提供了大力支持。這將推動智慧農業灌溉系統國產化替代的快速發展。

2.3 成本效益分析

與國外進口系統相比，我國智慧農業灌溉系統存在建設成本與運維成本低的優勢。一方面，我國是制造業大國，在生產制造成本方面具有天然優勢，能夠提供更高性價比的智慧農業灌溉產品；另一方面，國內具有人力資源優勢，因此智慧農業灌溉系統運維成本也相對較低。此外，國內企業具有本土化優勢，更了解我國的市場需求和用戶使用習慣，能夠提供更加個性化的服務。因此，智慧農業灌溉系統國產化替代具有更高的性價比和競爭力，具有重大的經濟和社會價值。

2.4 風險與挑戰

2.4.1 技術成熟度與穩定性存在一定風險

盡管我國在智慧農業領域取得了一定的技術積累和創新成果，但與國外相比仍存在一定差距，具體體現在技術成熟度和穩定性方面。

2.4.2 品牌認知度相對較弱

我國智慧農業灌溉系統市場基本被國外大品牌占據，國內品牌的競爭力相對較弱，市場占有率也處于弱勢。

2.4.3人才培養方面存在不足

智慧農業灌溉系統相關技術存在多學科交叉融合，需要具備跨學科知識的專業人才進行研發與維護。然而，我國在相關領域的人才培養仍存在短板。因此，加強人才培養建設，是智慧農業灌溉系統國產化替代的必由之路

3 國內外典型案例

廣州技象科技基于TPUNB的水肥一體化系統是國內智慧農業灌溉系統的典型案例。TPUNB作為我國自主研發的超窄帶通信技術，具備超低功耗、覆蓋范圍廣與高安全性的優勢，能夠滿足智慧農業灌溉系統對通信技術的全部要求，為智能灌溉系統國產化替代提供了新路徑。基于TPUNB的水肥一體化系統具有安裝方便、后期維護成本低等特點。技象科技通過自主創新，成功研發出了一系列具有自主知識產權的智慧農業產品，在市場上獲得了良好反響。同時，技象科技還積極參與國際競爭與合作，在多個國家建立了產品應用示范點。

以色列耐特菲姆公司的節水滴灌技術是國外智慧農業創新驅動的典型案例。滴灌技術通過滴頭將水直接輸送到植物根部實現精準灌溉，大幅提高了水資源的利用率[2]。節水滴灌技術的核心優勢是對灌溉量的精準控制，并實現水肥一體化的智能化管理。與傳統灌溉方式相比，耐特菲姆公司的灌溉系統可以節約 的用水量，效果顯著。與此同時，灌溉量的精準控制也大幅提高了肥料的利用率，從而降低了對環境的污染[3]

技象科技的成功案例，說明我國相關企業在智慧農業領域關鍵技術方面具有良好基礎，與耐特菲姆等先進企業相比的差距主要是市場占有率和技術積累。

4結論與建議

研究通過對智慧農業灌溉系統國產化替代的可行性進行深入分析，得出了以下主要結論：一是國產化替代在技術基礎、市場需求、成本效益等方面具有可行性；二是國產化替代有助于促進我國農業可持續發展；三是國產化替代需要所有參與者的共同努力和支持。研究結合我國當前情況，提出以下建議。

4.1加強農業灌溉技術創新與研發

政府有關部門應加快農業農村大數據開發應用，推進智慧農業發展；企業應加大研發投入力度。政府應加大支持力度，完善農業科技創新體系，創新農技推廣服務方式，大力發展智慧農業。例如，鼓勵開展智慧農業灌溉系統關鍵核心技術攻關和相關產品研發，促進產學研用深度融合。

4.2完善政策支持體系

智慧農業的發展，需要政策先行。在自主可控的大趨勢下，政府更應積極支持國產化替代，出臺智慧農業灌溉系統國產化替代的激勵政策。這關系到我國智慧農業的發展大計，甚至關系到我國的糧食安全。

4.3 應用示范項目與市場推廣

智慧農業灌溉系統國產化替代示范項目是展示智慧農業突出優勢的窗口。實施小批量的國產化替代示范項目的建設和推廣，可以凸顯國產化替代方案的差異化優勢，同時可以提高國產化替代方案的知名度，進而推動灌溉系統國產化替代方案的大規模應用和快速發展。

4.4加強人才培養與技術支持

針對智慧農業灌溉領域專業人才缺乏問題，政府部門及相關機構應加大專業人才培養力度，培養一批具備智慧農業知識背景的專業人才，以滿足智慧農業發展需求；同時，鼓勵高校、科研機構與企業開展合作與交流，加速人才培養進程。相關部門應建立完善的人才培養體系，保障智慧農業灌溉系統國產化替代的穩定發展。

5智慧農業灌溉系統國產化替代的展望

隨著新一代信息通信技術的發展與物聯網技術的快速迭代，智慧農業灌溉系統相關技術與裝備發展迅速。一是邊緣智能計算技術得到廣泛應用，灌溉系統的系統響應速度大幅提高4，數據處理能力快速增長。二是人工智能算法不斷優化，硬件性能不斷提升，提高了智能灌溉系統的決策能力和執行效率。三是傳感器技術和智能控制算法持續優化，提高了智能灌溉系統的精度和穩定性5。這些技術的發展為智慧農業灌溉系統國產化替代提供了有力支持。

智慧農業灌溉系統國產化替代具有廣闊的市場前景，國內對智慧農業灌溉系統國產化替代的需求也在不斷增加。隨著市場需求的激發與激勵政策的逐步出臺，智慧農業灌溉系統國產化替代將迎來前所未有的發展機遇。

參考文獻：

[1]吳陽，陳曦，譚飛.設施農業精準水肥灌溉技術研究[J].無線互聯科技，2022，19（19）：127-129.

[2]陳媛媛，游炯，幸澤峰，等.世界主要國家精準農業發展概況及對中國的發展建議J.農業工程學報，2021，37（11）：315-324.

[3]黃昆.水肥一體化技術在荷蘭豆上的應用成效[J].農業與技術，2018，38（14）：19，21.

[4]慕蓉蓉.基于物聯網的智能節水灌溉系統研究與應用[J].農業與技術，2024，44（6）：12-14.

[5]廉文利.基于物聯網的智能節水灌溉系統設計[J].儀器儀表與分析監測，2023（1）：35-36.