智慧农业视角下无线通信技术在灌溉中的应用

武装

（山东农业大学信息科学与工程学院 山东省泰安市 271008）

目前中国的农业发展水平得到了前所未有的提升，现代化建设初步取得成果，播种设备等各种各样的现代生产设备发挥了重要作用，解决了传统农业生产模式中存在的一系列问题。而农田灌溉属于农业生产当中必不可少的重要组成部分，利用先进的无线通信技术实现智慧农业发展目标、提升农业灌溉有效性，是目前业内人士研究和探索的重中之重。为了让无线通信技术能够在灌溉当中发挥应有作用，必须要尽快对本课题进行深入探讨。

1 智慧农业、无线通信与农业灌溉

水资源是人类赖以生存的重要资源，水资源短缺所带来的社会问题越来越严重，而农业生产无疑需要充足的水资源支持，通过一系列节水举措的应用，2018年我国农业用水量得到了有效控制，但是仍然占据了全国总用水量的53%。与此同时，还有一部分地区的农业灌溉方式比较陈旧，无法达到作物灌溉标准的同时，还可能会导致严重的水资源浪费，农户只能根据自己的生产经验判断灌溉时间和灌溉用水量，显然与现代化农业发展目标背道而驰，在这种情况下，充分利用人工智能技术、无线通信技术等建设智慧农业灌溉技术体系，可谓是势在必行。所谓的智慧农业，实际上是农业中智慧经济的一种延伸和体现，在发展中国家，智慧农业甚至可以看作智慧经济的主要构成部分，能够助力发展中国家摆脱贫困、推动发展中国家经济发展，对智慧农业下的各种技术进行研究，都是国家经济发展的重要举措。智慧农业视角下的无线通信技术，能够在农业灌溉当中发挥重要作用，其主要可以分成中央控制系统、田间监测系统和控制终端、压力传感系统等，能够对土壤水分含量进行分析计算，确定缺水程度以后，根据不同作物对水份的需求量、不同季节作物的生长规律等，准确计算农业灌溉的水量。更重要的是，在人工智能技术的支持下，智慧节水灌溉系统还能够结合作物种类自动设定灌溉水量的上下阈值，在土壤含水量达到作物需水量下限值的时候进行灌溉、在含水量达到作物需水量上限值的时候自动停止灌溉，这样一来就达到了节水和保障植物生长的双重目标，相比于传统人工灌溉模式，其优越性不言而喻。

2 无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用

无线通信技术属于现代化技术发展的重要产物，能够对文字、图片、音频乃至于视频信息进行数字转码和传输，提升了各种信息的传播速度，能够避免大批量信息同时传输发生信息损毁、信息失真的问题，随着人们对无线通信技术研究的深入，它开始在各行各业发挥作用。我国的农业灌溉用水量非常大，不符合农业节水发展目标，而将无线通信技术应用到灌溉当中，则能够让这一问题迎刃而解。为保证无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用质量，需对以下几方面内容进行研究：

2.1 应用目的

利用无线电通信技术优化智慧农业灌溉系统，能够从根本上解决传统农业灌溉中水资源浪费的问题，使我国的农业生产朝着现代化、环保化方向发展，还能够让农户更好地了解农田的实时情况和数据，帮助农民更好地掌握智慧农业技术应用方法。更重要的是，无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用，有助于提升农田灌溉的效率和有效性，降低灌溉所需要的成本，促进我国农业生产的进一步发展。

2.2 应用问题

无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用，离不开大量资金和高素质人才的支持，然而普通的农户无法提供大量资金用于系统建设，他们对各种高新技术的了解程度也比较浅薄，很难在无线通信设备和灌溉设备出现故障的情况下，对设备进行故障维修和系统升级。这必然会影响到无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用效果，在了解这一问题的基础上探究系统设计，才能取得实质成果。

2.3 具体系统设计

回顾传统农业生产模式不难发现，农业灌溉当中一直存在水资源利用不合理的问题，必须对无线通信智慧灌溉系统的功能结构进行完善，根据农业智慧化发展模式的要求，做好无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用设计工作，才能从根本上提升农业智慧灌溉的有效性。

（1）要尽快对系统用户操作界面的功能页面进行调整，根据智慧灌溉过程中的操作需求，增设检测、数据传输、传感、控制等功能模块，为农户提供更加便利、更加流畅的使用体验，提升系统应用效果。

（2）要尽快加强无线灌溉系统的通信功能测试，确保系统的稳定性，解决周边环境可能带来的负面影响，规避因距离、信号、温度、湿度、噪声等导致的应用问题，提升该系统的应用价值。

（3）要进行设备内部系统的后台运算功能优化，结合农户实际使用操作情况更改运算模式，对系统的农田监测能力进行优化，降低农业灌溉所需的人力成本，实现农业现代化的发展目标。就目前来看，LoRa 技术的土壤墒情实时监测控制系统显然具有一定的应用价值，它能够根据农业灌溉的具体需求，通过节点、网关、服务器对农业种植场地环境参数进行实时采集，对农作物生长环境进行判断，并在自动灌溉系统的支持下，准确有效地为农业生产提供有力支持。在应用实验当中，LoRa 最高的接收灵敏度比传统技术高出20 dBm 以上，在这种情况下，系统之间的信号传输可靠性将成倍增长，能够有效规避网络干扰。最后，系统当中的集中器模块还能够同时对多个节点的数据进行处理和分析，降低了无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用成本。

2.4 研究目标

（1）系统具有农作物土壤条件监测功能，能够让农业灌溉用水的利用率达到九成以上，有助于解决我国干旱缺水的问题，避免水资源的不必要浪费。

（2）对决策体系结构进行完善，在分析节点收集到的数据的基础上给出监测结果，并在控制系统的功能支持下，实现具体的灌溉操作，这样一来农作物的灌溉水平将得到根本性提升，单位农作物产量可提升20%左右。

（3）了解作物种植环境对无线信道传播效果的影响，为无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用提供数据支持，保证土壤墒情监测质量，推动我国智慧农业灌溉的发展进步。另外，设计多种传感器节点数据融合技术，从而达到分析农作物生长特征、优化农作物生长环境的效果，利用无线通信技术对传感器进行调试，并对数据采集设备进行完善，保证组网模型技术方案的合理性。

2.5 智慧农业灌溉中的无线通信技术

为了有效实现农作物土壤监测、灌溉决策体系建设等一系列研究目标，工作人员反复对无线通信技术和农作物灌溉需求进行探索，经过不断地尝试以后，得到了两种常见的无线通信灌溉控制技术。这两种技术各自具有较高的应用价值，能够在农业生产中切实发挥作用，因此有必要对这两种技术进行充分了解：

2.5.1 远程遥控开关技术

目前市面上已经出现了比较成熟的遥控智能开关，比如杭州某信息技术公司就开发出了Smart Plug Wi‐Fi 开关，能够通过手机APP 实现智能化遥控。农户可以利用智能手机当中安装的APP 控制智慧灌溉系统，这解决了过去农业灌溉需要控制时间、需要控制空间的问题，能够连接网络的智能手机，都可以成为灌溉设备的遥控开关，具有突出的应用价值。比如我国东北地区某农业生产大市就进行了无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用尝试，实验楼和农田之间距离比较远，在过去的生产当中，实验人员往往需要不断地往返于实验楼和农田之间，查看土壤含水量、明确农作物生长情况、进行农田灌溉，整体的工作效率比较低、同时实验人员的工作量也无端地增长几倍，在应用远程遥控开关技术的情况下，这一问题得到了妥善地解决。实验人员可直接利用无线通信技术——即Smart Plug Wi‐Fi 开关——进行上述工作，在附近有网络的情况下连接无线网络、在没有网络的情况下打开手机的4G/5G 信号，都可以实现远程遥控开关目标，特别需要提到的是，这一开关过程所消耗的网络数据可以说是微乎其微，并不会产生大量手机流量，因此农户在应用的时候也不必考虑网络费用，从根本上提升了无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用效果。

2.5.2 远程画面控制技术

利用无线Wi‐Fi 摄像机实现远程监控、高清拍照，就能够收集到农田内的实际信息，再加上无线通信技术的信息传输功能，农户又可以借助远程画面技术接收实时画面，并据此确定是否主动进行农田灌溉，这解决了自动灌溉系统可能存在的一些风险，保证了智慧农业的生产效率。在各种高新技术不断去的新发展的今天，远程画面传输已经不再是新鲜事，交通道路监控摄像系统就是比较具有代表性的远程画面系统，它能够在拍摄到违规车辆的时候第一时间把信息传输到交通部门的电脑系统当中，而无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用原理与之类似，都是以无线通信技术为基础对某位置情况进行监控。无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用，是无线通信技术应用的一种创新，为未来智慧化农业发展指明了新方向，技术人员可在远程画面技术的基础上进一步开发，构建数字化技术控制、无线通信技术传输的高科技智慧农业灌溉系统。目前，远程画面技术已经得到了广泛应用，比如在水稻种植业当中，农户需要根据水稻抽穗情况确定灌溉水量、灌溉频率等，频繁地到农田当中进行查看，显然不利于农户的高效生产，而利用无线Wi‐Fi 摄像机就可以24 小时不间断地拍摄水稻生长情况，农户在有需要的时候，打开手机上安装的APP 即可实时观察水稻抽穗情况，并了解稻田的水份存留情况、病虫害严重程度等，在此基础上进行合理灌溉和田间管理，往往能有效提升农田灌溉的准确性和有效性。在今后的发展中，必须要尽可能推广这种远程画面技术，让无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用质量得到根本性提升。

2.6 无线灌溉系统在农业中的应用展望

中国自古以来就是农业大国，即使是在工业化高度发展的今天，农业也仍然是保障人民群众正常生活的根本性产业，经过几十年的技术研究，我国的粮食产量已经完全能够满足人民需求，但是其中仍然存在水资源浪费等环保问题，特别是在农业灌溉的过程中，受到灌溉水量控制不合理、灌溉时间不科学等原因的影响，往往存在严重的水资源浪费风险，这显然与可持续发展战略目标背道而驰。在这种情况下，推动无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用十分有必要。在未来的工作中，技术人员需进一步提升对人工智能技术、无线通信技术的研究力度，根据农业灌溉的实际流程，完善现有智慧灌溉系统的功能，使我国农业朝着自动化、信息化、产业化方向发展，同时利用好电子通信技术、传感器技术等一系列新技术，尽可能降低无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用成本，让农业生产的综合效益得到保障。

3 结语

无线通信技术能够实现图片、音频、视频等信息的无损传输，在智慧农业建设目标下应用无线通信技术，可以从根本上提升农田灌溉的科学性和合理性。现阶段，我国无线通信技术在智慧农业灌溉中的应用还不够成熟，存在控制效果比较单一等一系列问题。在今后的工作中，技术人员需根据无线通信技术、智慧农业发展目标、农田灌溉实际需求，进行进一步地深入探索，从根源上完善我国的现代化农业生产模式。