人工智能在农业自动灌溉中的应用

山东华宇工学院 程梦

随着我国农业自动化的发展，传统灌溉方式过于浪费水资源，农业本身就是用水大户，用水量不断增加，逐渐占据到社会用水的一半以上。大部分地区存在农业用水效率不高的问题，有着极大的节水潜力。通过大力发展农业节水技术，可以实现农业的节能化发展。因此，分析农业自动灌溉中应用人工智能技术具有现实意义。

1 农业灌溉中自动灌溉技术的重要性

农业灌溉中自动灌溉技术起着重要作用，可以增加水资源利用率、推进灌溉技术创新、合理规划农业生产，现将其总结归纳如下。

1.1 增加水资源利用率

农业灌溉建设，既可以保证农作物灌溉顺利进行，又能保证农作物的健康生长。农业生产时要依据水利工程灌溉特点及区域优势，实现节水灌溉技术的高效应用，形成良好的水利循环系统，避免水资源浪费，推进资源节约型社会建设。同时，在种植区域推广自动灌溉技术，也可以优化农业灌溉设计，切实发挥其作用，提高种植效益。

1.2 推进灌溉技术创新

农业发展过程中灌溉技术发挥着重要作用。农田灌溉工作开展时，要在节水灌溉技术应用的基础上，结合区域发展情况加大对节水灌溉技术的研究力度，提高节水灌溉技术的科学性，实现借助农业推进区域经济发展的积极作用。改善区域种植户的生活条件，落实乡村振兴战略。

1.3 合理规划农业生产

在当前的农业发展过程中节水灌溉技术起着重要作用，这也是党和国家高度关注的问题。农业部门通过高效利用节水灌溉技术，既可以合理规划耕地，又能在推进区域农业发展的基础上及时调整农业结构，从而在推进国内农业现代化生产方面发挥着重要作用。

2 农业自动灌溉中人工智能技术应用的问题

农业自动灌溉中应用人工智能技术，受到各类因素影响，从而造成实际应用效果不理想，影响到自动灌溉发展。就当前情况来说，农业自动灌溉中人工智能技术应用存在以下问题。

2.1 农村地区基础设施问题

虽然我国广大农村地区经济快速发展，基础设施建设速度也在加快，但具体到网络基础设施建设层面则较为薄弱，网络整体普及水平较低，这也是影响农业灌溉自动化发展的主要原因。当前我国农村地区侧重推进农业发展，实际中对网络需求不高，大部分农村居民并没有将网络与农业联系起来的观念，这也是限制农业自动灌溉发展的客观因素。

2.2 智能化设备供应问题

就当前情况分析，我国农业设备智能化建设不理想，如设计专用芯片时没有结合我国农业特点，忽视实践环境对农业设备专用芯片的环境要求等，造成实际操作时经常出现芯片损坏情况。与此同时，我国农业地区范围广阔，不同地区有着不同的地形、环境及气候，因而对智能化农业设备的需求侧重点不同。但目前智能农业灌溉设备尚无法满足我国复杂多样的农业场景，需要进一步完善与提高。设备供应不足直接影响到人工智能应用，影响到行业健康发展。

2.3 农民实际应用存在问题

农业自动化灌溉设备应用人工智能技术，意味着设备成本增加，而且这类设备一年中的大多时间都处于闲置状态，成本回收周期较长，农民资金数量有限，实际推广难度较大。另外，智能化灌溉设备操作时需要一定的知识水平，大部分农民知识文化水平有限，无法熟练操作智能化设备，而且存在传统农业设备操作观念，这也阻碍了智能灌溉设备的应用。同时，实际操作时要求较高，农民不愿意使用这类设备，从而也影响到设备普及与使用。

3 农业自动化灌溉中人工智能技术的应用分析

农业灌溉中灌溉技术的种类较多，这里主要介绍高效灌溉技术，即喷灌技术、滴灌技术及微灌技术。通过分析这些技术的内容，总结其优缺点。

3.1 选择合适的灌溉技术，发挥人工智能优势

3.1.1 喷灌

农作物高效灌溉技术就是喷灌，喷灌技术应用时需要得到动力设备、管道及加压设备等支持。其原理是通过合理运用地形高差压力，通过管道实现水资源输送，借助喷嘴，可以实现全方位喷洒，给农作物生长提供所需的水分。

就当前喷灌技术分析，其种类较多，主要为移动式、固定式及半固定式等。移动式喷灌技术，也就是可以移动任意部位；固定式喷灌技术，即除了喷头外都不能移动；半固定式喷灌技术，即可以移动支管和喷头，其他如水泵等无法移动。

3.1.2 滴灌

滴灌技术需要运用管网、滴灌管及滴头等工具向农作物根部滴水，通过水滴形式慢慢渗透压力水，顺利实现灌溉的目的。

实际农业生产中运用滴灌技术，既可以省时省力，又能节省水资源，增加农作物的产量，有着较高的实际应用价值。但滴灌技术使用初期投资较大，因此普及时存在一定难度。

3.1.3 微灌

微灌技术是建立在滴灌技术的基础上，灌溉时方式较多，主要包括渗灌、滴灌、小管流灌。运用这项技术时，需要配备管网、灌水器等设备，相比于其他灌溉技术，具有周期短、时间长及流量小的特点，可实现对水利的合理控制，将水分直接灌向农作物根部，以提高水资源的利用率。

同时，微灌技术的应用，还能提高肥料利用率，进一步改善与优化土壤结构。微灌技术种类较多，可以根据实际情况选择合适的种类，切实发挥微灌技术优势，提高农作物产量。

3.2 引入智能机器人，发挥PLC 技术优势

随着智能制造技术的发展，智能机器人开始活跃在大众视野中，并在多个领域担任职能，发挥作用。智能机器人的引入，不仅能提升灌溉效率，保证农产品质量，而且技术人员可以根据需要对机器人进行程序设置，加强对机器人主脑的控制，提高灌溉质量，促进经济效益的提升。

结合智能制造技术，只需要设置好程序，机器人就能自行开展工作，特别是在一些高危行业中，智能机器人已经完全替代人工操作，不仅节约成本，而且失误率低，全面提升了生产安全性。传感技术在我国的多个领域中发挥的作用越来越明显，智能传感器技术的应用，可以充分发挥其智能化的优点，从而帮助农户及时分析情况，让农户能够提前了解田地的基本情况，提前做好相应的应对工作。

3.3 控制农田水分灌溉量，选择合适的节水灌溉方式

农户需要对农作物各生长阶段的水分需求量进行深入了解，并选择定值方式了解农作物不同阶段水分蒸腾及蒸发量，并以实际变化情况为着手点，对灌溉时间与灌溉数量进行合理调整，在保证满足农作物水分需求的基础上控制水资源浪费情况。同时，要高度重视水资源浪费问题，主要考虑灌溉时存在的土壤下渗水、蒸发量及渗透量等情况，通过准确计算两方面水量损失后，以损失情况选择合适的灌溉时间与灌溉量。获取相应的数据后利用计算机软件搭建模型，通过模型数据确定农作物不同生长阶段最佳的灌水时间与灌水量，从而实现对水资源的合理利用，有效控制水资源，避免出现浪费的情况。

农业灌溉要想高效利用节水灌溉技术，就需要全面理解节水灌溉技术的技术要点，整合已有的灌溉节水经验，依托农业实力工程的实际情况，选择及使用节水灌溉技术，提高灌溉技术的有效性。有鉴于此，可以在建设农业灌溉设施时引入网络监控系统，以实现对灌区的全面监管。同时，要落实因地制宜的基本原则，节水灌溉过程中合理应用各类资源，降低运行成本并提高灌溉效率。如节水灌溉时可以利用太阳能、风能等资源。

需准确把握农田灌溉需求及农作物类型，同时围绕水资源分配布局合理设计管网系统。布设管网的过程中，控制管道内部承压状况在0.6 MPa 以上，这样即可构建满足灌溉要求的滴灌体系。管道中如果出现压力不足的情况，补偿时可通过人工加压。其次，管网架设施工中，管网应间隔地面0.5～1m 的距离，同时以农作物根系实际生长状况为根据优化调整。需要注意的是，铺设的管网过高会导致水分散失效果加大，过低则会增加后续的维护成本。最后，管网设计施工中，连接不同方向的管道时建议选择三通等方式。同时，加大连接质量控制与优化力度，保障水压能与灌溉要求相符合。选择灌溉管网主材时，PE 管等材料应为首选。

4 农业自动灌溉技术中人工智能应用质量控制

农业灌溉中应用自动灌溉技术，要制定合适的方案，切实发挥自动灌溉技术的作用，需要完善节水灌溉管理机制、控制农田水分灌溉量、选择合适的节水灌溉方式及做好管道布设与施工，具体内容如下：

4.1 合理选择人工智能，强化基础设施建设

4.1.1 选择合适的人工智能技术

农业发展过程中最为关键的就是灌溉，其直接影响到农作物的健康成长。农作物灌溉需要根据气候、生长需求等条件，选择合适的灌溉模式、灌溉用水量等，从而在保证土地产量的基础上减少气候对农作物的不良影响。

当前应用最广泛的灌溉系统是ANN 系统，该系统可以准确识别气候、水文情况等数据，并合理分析这些数据形成实时监测的整体数据，以达成高效、科学灌溉的目的。同时，这一系统还可以灵活选择运行模式，提高灌溉的实效性，促进农作物的产量提升，尽可能减少不科学灌溉造成的不良后果，奠定农作物高质与高产的基础。

4.1.2 做好网络基础设施建设

强化农村地区网络基础设施建设，也是大数据背景下推进人工智能灌溉发展的前提与决定性条件。通过完善农业信息服务平台建设，可以给农民提供更为全面的市场信息。

如，可以在农村地区引入宽带竞争机制，促进农村网络服务水平的提升，强化农村地区网络基础设施建设工作。同时，需要提高农村网络基础设施的搭建力度，推进网络系统与通讯系统的融合，从而给农民提供更便捷的网络服务。此外，还需要搭建与农村实际情况结合的信息服务平台，包括天气、市场供需、常见病虫害防治等，切实发挥网络推进农村生产发展的积极作用。

4.2 做好灌溉管道布设，奠定技术应用基础

首先，需准确把握农田灌溉需求及农作物类型，同时围绕水资源分配布局合理设计管网系统。布设管网的过程中，控制管道内部承压状况在0.6 MPa 以上，这样即可构建满足灌溉要求的滴灌体系。管道中如果出现压力不足的情况，补偿时可通过人工加压。

其次，在管网架设施工中，管网应间隔地面0.5～1m 的距离，同时以农作物根系实际生长状况为根据优化调整。需要注意的是，铺设的管网过高会导致水分散失效果加大，过低则会增加后续的维护成本。最后，在管网设计施工中，连接不同方向的管道时建议选择三通等方式。同时，加大连接质量控制与优化力度，保障水压能与灌溉要求相符合。选择灌溉管网主材时，PE管等材料应为首选。

4.3 提高技术供给水平，强化农民操作培训

农作物生长过程中对灌溉有着较强的依赖性，灌溉中引入人工智能技术，可以提升农民对人工智能技术的观感，提高农作物产量。需要根据农业生产特点选择合适的人工智能技术，如智能温度检测等，另外，还需要结合农业特点选择人工智能技术，有效解决农业灌溉过程中存在的问题，推进人工智能与农业灌溉设备的结合。

与此同时，需要做好技术推广与培训工作，提高农民运用人工智能灌溉技术的能力。同时，可以提前建立试验田，通过技术运用让农民意识到科学灌溉的优势，改变农民的传统意识，实现提高农民运用人工智能灌溉技术的意愿。地方部门要提高财政补贴力度，做好相关普及教育，实现提高农民应用意愿。另外，还需要定期开展智能灌溉技术培训工作，让更多的农民了解与掌握技术操作方法，实现推进农村地区灌溉智能化发展的目的。

5 人工智能技术在农业自动灌溉中的应用趋势

作为工业制造的助力技术以及重要发展和研究对象，农业自动灌溉技术在人工智能等技术的推动下，智能化水平不断提升。在智能制造中，借助专用程序实现对人行为的模仿，由此发展而来的无人机驾驶、自动驾驶、自动操作技术等，都是借助人机交互功能的研发。

作为未来机械生产制造的主要研究方向，网络化发展备受关注。借助网络科技，在进行远程监控的基础上，实现对电力设备、机械运行以及运营管理等方面的高效管控，从而进行有效的沟通和数据交换，这对于优化资源配置，提升运营效率，改善运行的安全性都具有重要意义。

在未来发展中，微型化将是农业自动灌溉技术研发的一种重要领域。在半导体技术快速发展的今天，新的工艺和材料不断问世，促使各设备元器件朝着微型化、轻量化方向发展，农业自动灌溉技术通过对各零部件的组装，拓展系统功能，实现对相应设备及软硬件的精准控制。

总之，农业建设过程中节水灌溉技术起着积极作用，可以在节约水资源，推进农业绿色化、可持续发展。农业水利要综合考虑各方面情况，选择合适的节水灌溉技术，并依据实际情况制定合适的使用方案，提高节水灌溉技术的应用效率，做好节水灌溉技术的应用推广，切实发挥节水灌溉技术的作用，通过融入人工智能，实现自动化控制灌溉的目的。