物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用

石冲貌

（甘肃瑞盛·亚美特高科技农业有限公司，甘肃 兰州 730300）

中国是一个具备悠久农耕历史的传统农业大国，农业一直以来都是一个国家重点发展问题。为了继续加快甘肃省农业信息化科技的发展，加快传统农业向信息化智慧农业的深刻转型，进一步加快我国数字农业生产力的释放，各级相关部门近年来一直积极地推动信息物联网系统等先进的信息技术平台在现代农业信息化生产经营中卓有成效的创新应用。

1 节水灌溉问题的社会背景

中国灌区每年安排的各类农业机械化灌溉设备用水总量约需占全国计划总设备用水量比重的近80%。我国农村水资源相对丰富，但与农业机械化灌溉工程用水比例相比仍存在一些差距。这是由于我国的农业水利灌溉设备技术水平很低，用水率仍远低于世界先进技术水平，导致我国大量农业水资源尚未得到充分开发。农业设施灌溉效率严重低下，严重制约和影响了我国农业现代化的全面发展。因此，节水施肥和灌溉是在促进我国现代农业全面发展的过程中不可或缺的重大战略和基本措施。

目前，我国农业正在加快智慧农业的发展。通过智能监控、远程控制等工具，实现农业智能化管理、检测和生产，因地制宜，减少化肥、农药和水资源的使用，节约人力物力，增加生产收入，实现从机械化到智慧化的农业革命。

2 智慧农业的现状和农业物联网的基本架构

2.1 智慧农业的现状

随着新一代网络技术在我国农村的广泛深入普及，农民也在现代农业科技生产经营环境中广泛应用各种现代科技，影响和改变了传统的农耕环境，以及传统的农业生产方式。智慧农业还必须积极收集整理各类农业方面的现代化生产的技术知识和工作经验，依靠移动物联网系统实现各地不同类型生产经营信息系统的高度集成管理和知识共享，以进一步提高现代化农业机械化生产作业效率。

在中国，农业互联网正在迅速发展。我国的一些地区和城市正积极地尝试发展农业物联网。目前，为了将互联网技术应用于农业生产，促进物联网与农业生产的全球一体化，我国已经实现了管理信息和农产品销售的现代化管理。

2.2 农业物联网的基本架构

农业物联网工程的成功实施，主要依靠针对农产品的在线动态监测，获取信息。监控农业网络基础设施中分布有很多在线传感器节点。通过安装这些无线传感器，人们随时可以获取到土壤质量和土壤气候信息，农民能够更及时、准确地获取检查结果，并通过相关农业技术生产参考信息，发现并及时地解决相关生产问题。物联网与集约农业生产方式的结合，将使农业逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

通过分析物联网的技术结构，将物联网分为3个层面：远程监控层、网络层和应用层。农业物联网远程监控层可以检测各种对象和采集农场信息，包括各种传感器和专业的网络检测设备传感器，例如，碳浓度检测、温湿度检测、监控摄像头、气象站等。农业物联网网络层负责传输和处理收集的任何信息。该体系结构由不同的本地网络、通信网络、互联网和相关的网络管理平台组成，负责将农业用户与物联网连接起来，确保物联网的功能得以实现，并确保其真正有助于农业发展。

3 物联网技术在智慧农业节水灌溉中的具体应用

3.1 智慧农业中的节水灌溉工作流程

灌溉设备和监测设备在不同地区的分布情况各异，因此，我们需要一个能够互动和有效控制的网络系统。在农业生产节水管理中，控制系统非常重要。应用对象是中央控制室和无线通信设备有限公司，系统从灌区采集信息和数据。然后，系统对收集的数据进行处理和分析，并制定相关决策。该系统检查设备、土地灌溉和指定农业区的灌溉说明、灌溉管道和相应的控制阀。在农田自动灌溉过程中，传感器实时收集记录并分析传输出有关农田水情动态的各类数据图像和相关信息，并及时将图像传输回控制中央系统。如果控制器发现田间供水量已达到满载或超过设计预定量值，中央控制系统即发出紧急警报，控制阀则自动紧急关闭农田最后一根水管。基本参数传感器与控制系统之间的网络数据传输通讯方式目前主要是用GPRS网络，控制测量指令数据主要还是通过中心控制室内的计算机终端，通过流式以太网将数据转发至中央控制服务器。

利用节水系统的节水功能，我们可以快速高效地收集农田的温度、亮度、光密度、作物生长和其他功能，基于节水系统收集的备份信息，将通过非地面通信收集到的数据和信息整合并上传到地面物联网上，服务平台为节水区域提供科学指导，帮助农民确定安全用水和用水方法，在水处理过程中自动分配安全用水和必要的水桶，安全的水控制系统能实时监测用水情况，并及时调整供水模式，改善水质。可根据作物需要进行自动智能供水，有效防止传统供水模式下缺水或水量过大的情况。

此外，农业管理者还可以通过智能手机和农业综合企业互联网服务平台，通过手机远程控制农田灌溉。同时通过手机屏幕接收关于农田土壤、作物生长和当地天气状况的实时信息。

实用的农业服务平台是基于互联网的节水服务平台，提供不同的服务功能。用户可以在线浏览。在浏览时，用户可以根据自己的情况自动、半自动或立即储存水。同时，该平台还支持对水域条件的多边论证和分析，用户可以及时了解和获取水域条件的数据。

3.2 智慧农业中节水灌溉的物联网方案

控制系统包括控制室、安装在水泵旁边的无线通信网络、专有设备、农业通信设备、控制系统和驱动器。控制系统、信号发射器和信息反射等传感器可以实现全自动化。灌溉过程开始进行时，无线通信网络可将实时灌溉控制信息及时发送到远程的监控系统室。监控系统可打开自动灌溉水控制阀，为农业灌溉供水，并请求相应的报警信息。当灌溉水达到预设值时，控制阀自动关闭。农业环境的变化由GPRS传感器网络检测并发送到农业设备。控制信号输出的方法是：远程控制室内的计算机利用服务器对采集到的数据进行分析计算，并在远程决策时发送实时控制信号，控制发动机。

目前农业物联网的网络模式一般为Laura+4G网络，物联网服务平台的网关采用4G网络技术。由于Laura Gate的使用受到限制，该Gate无法提供一些农业服务，Laura Gate的用户数量与功能数量的显著减少有关。因此，有必要更新农业企业网络计划，并采用NB-loT物联网计划。该网络系统将减少农业物联网系统的建设，进一步降低农业物联网平台的运营成本，提高农业物联网服务的功能性。服务平台的每个模块都使农业物联网服务更加可靠。此外，还简化了农业物联网系统的网络结构，便于农业物联网系统的后续维护。

3.3 系统功能特点

3.3.1 系统管理

物联网系统的主要功能是管理内部数据、确定数据表的结构并对其进行维护。同时，物联网技术还可以维护系统的正常运行，保护用户账户、权限、文件和信息的完整性。物联网系统还可以规范特定领域的知识管理。在物联网系统的建设和运行过程中，必须科学地管理内部数据，不仅要确定数据表的结构，还要做好数据的维护工作。另外，管理系统的运行和维护系统本身不能丢失，用户账户、权限、信息等都需要保证安全。值得注意的是，具体领域的知识管理不应被忽视，还应确保其规范性。

3.3.2 查询、信息收集和搜索性能

使用不同的方法查找信息，然后利用图表和其他不同的形式来表达结果。研究方法主要包括点搜索、空间搜索和组合逻辑形式。在系统功能上，需要保证数据的查询、采集和分析。信息搜索可以是点搜索、空间搜索等多种方法，并利用图形等形式表达结果。在该系统中，数据采集是基于各个位置，长信息和宽度可以准确分类。中央计算机接收到监控计算机的数据后，可以准确地查找到信息。

3.3.3 数据收集的自动识别

数据采集终端根据不同的位置自动进行数据采集，通过精确采集经纬度数据并将其发送给计算机，进行行为数据监测。

3.3.4 数据分析职能

在系统的使用过程中，数据和信息的收集、处理和分析起着非常重要的作用。在信息收集过程中，可以通过图形帮助和其他方法显示在某个点或空间中。在系统中，必须分析在所有位置获取的数据，以确定显示的准确性。从监控计算机收集信息和数据后，必须使用中央计算机来正确安排位置。分析不同地段的不同特点，并将结果以专题图的形式打印出来。

4 结束语

智慧农业在我国农业生产中具有广泛的应用范围和重要意义。物联网被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。它是以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。农业生产管理过程中，基于信息采集点感知数据，集成农业生产管理知识模型，开发大田生产智能决策系统，实现科学施肥、节水灌溉、病虫害预警防治等生产措施的智能化管理。物联网智能节水灌溉是农田节水灌溉的现代化农业新技术，它不仅能够根据相应植物的需水特性、生育阶段、气候、土壤条件等做合理设计，制定相应的灌溉制度，适时、适量，合理灌溉，也可以做到局部灌溉。还可避免土壤盐碱化，对已经出现盐碱化的土壤，可利用灌溉冲洗土壤中的可溶盐分，以改良土壤。此外科学灌溉方式还可起到预防果树蔬菜霜冻和预防干热风危害，以及防止土壤风蚀等作用。