试论农业节水灌溉中自动化技术的应用

李京鸿（河海大学，江苏 南京 210000）



试论农业节水灌溉中自动化技术的应用

李京鸿
（河海大学，江苏 南京 210000）

摘 要：随着信息通信技术和传感技术在农业生产中得以应用，为我国农业节水灌溉自动化技术的应用创造了良好的条件。当前我国水资源严重短缺，为了能够更好地实现农业灌溉过程中的动态控制和管理，可以充分地利用自动化数据监测技术，通过传感器来实时监测和统计分析灌溉区的用水量，从而实现农业灌溉的自动化。本文从农业节水自动灌溉系统概述入手，分析了目前国内外农业节水自动灌溉系统发展的现状，对我国农业节水自动灌溉系统的改进方案进行了具体的阐述，最后展望了农业节水灌溉中自动化技术的应用前景。

关键词：农业节水灌溉；自动化技术；自动灌溉系统；改进方案；应用前景

在具体的农业节水灌溉工作中，如果单一的凭借节水设备或是节水技术是无法实现灌溉水资源高效利用的，因此需要将灌溉水资源开发、灌溉技术装备、灌区自然环境及土质情况等诸多因素有效地结合在一起，并进行统筹安排，从而实现灌区水资源的动态使用，实现灌区灌溉的自动供水、配水和用水。这就需要加快节水灌溉自动化技术的应用，在这方面我国起步得相对较晚，目前农业节水灌溉自动化研究还处于初步阶段，灌溉自动化水平较低。当前我国一些农业节水灌溉自动化系统其技术还多依赖于外国技术，在动态水量调节及分配方面还存在着一些不足，而且设备成本普遍偏高，这给大面积推广带来一定的难度。

1 农业节水自动灌溉系统概述

1.1 农业节水自动灌溉系统的原理

农业节水自动灌溉系统组成大致包括中央控制计算机、传感器、数据采集系统、电磁阀及软件系统等，在具体操作过程中，需要人工来制定一套适合的灌溉数据，并将这些数据作为标准值，同时通过传感器来对土地中实际的各种数值进行感知，传感器会对所感知到的数据传输给中央处理系统，中央处理系统将两组数据进行比对，然后对是否需要灌溉进行确定。通常情况下实际数据低于标准数值时，则会执行灌溉任务，相反则灌溉系统开关会自动关闭。

1.2 农业节水自动灌溉系统的特点

农业节水自动灌溉系统主要是在农业灌溉中进行应用，这就决定了系统使用者知识水平不高，因此农业节水自动灌溉系统的组成需要尽可能地做到简单。对于农业节水自动灌溉系统，由于其组成部件不复杂，这也使其在使用过程中不需要过多地精洗就能够保持良好的洁净度。由于在灌溉过程中往往会加入各种化学性农药，会对农业节水自动灌溉系统带来不同程度的侵蚀，因此农业节水自动灌溉系统需要具有较好的抗腐蚀性特点。在具体灌溉过程中，农业节水自动灌溉系统能够有效地按照最佳比例来对水肥进行混合，不仅灌溉过程中能够充分地保证施肥的均匀性，而且能够根据植物不同生长时期对肥的需求进行自动化调节。农业节水自动灌溉系统还可以调整到手工模式。另外，农业节水自动灌溉系统在灌溉过程中能够有效地对精度进行控制，有效地避免了水资源浪费现象的发生。

2 目前国内外农业节水自动灌溉系统发展的现状

农业节水自动灌溉系统最早是由法国在第一次世界大战期间发明的，并在后电子技术和科学技术不断发展过程中得以不断完善，后来在其他一些国家也取得了非常显著的进步，控制模式已发展到遥测和遥控的集中控制模式。由于国外农业节水自动灌溉系统发展时间较长，技术已非常成熟，农业节水自动灌溉系统也十分完善，能够准确在灌溉过程中控制精度。相较于国外，我国农业节水自动灌溉系统处于起步阶段，系统在整体配合性方面还存在许多不足之处，而且自动化程度无法尽如人意，农业节水自动灌溉系统还没有完全实现自动化，多停留在半自动化和人工的程度。目前我国农业节水自动灌溉系统多采用外国的技术，但由于国外技术主要是针对欧美国家的气候温度来设计自动灌溉系统，这也导致在我国具体应用过程中存在许多不适宜的地方，我国还需要加大自主研发的力度，研制出与我国现有国情、气候温度等相适应的农业节水自动灌溉系统。

3 我国农业节水自动灌溉系统的改进方案

由于我国农业节水自动灌溉系统起步较晚，相对研究较为滞后，在具体应用过程中还存在许多需要进一步完善的地方，只有在不断改进和完善过程中才能使其更适合我国农业生产的灌溉需求。

3.1 对农业节水自动灌溉系统设置硬件标准

要提高我国的农业节水自动灌溉系统，就需要提高相应硬件设施的标准，实现标准化与数字化。对于农业节水自动灌溉系统设置硬件标准化与数字化体现在以下几个方面：控制器的标准化、数字化。控制器是节水灌溉控制系统中的核心部件，完成控制器的标准化、数字化，才能信息实时采集、分时存储、准确地对环境因子参数进调控；传感器的标准化、数字化。传感器在整个农业节水自动灌溉系统中发挥的作用就是测量土地的相应的数据，并且将其传输给中央处理系统。传感器的标准化，数字化表现在使测量的数据精度控制在一定的范围之内。因此，必须从精度、可靠性方面综合考虑，制定统一的标准，选择合理的数字化的智能传感器；执行机构的标准化、数字化。执行机构主要是农田或设施内温度、湿度及土壤水分等因子进行调控的控制电路和设备，如电磁阀的开关等。以前我国应用的一般是开关，开关的应用会降低灌溉用水的精度，因此，开发标准化、数字化的执行装置也是提高控制质量的重要因素；控制装置的网络化。对各个控制装置开发标准的网络通信接口及相应的节点，实现各节点相互通信，实现信息的共享对于农业节水自动灌溉系统的发展将起到很大的促进作用。并且实现各个控制装置的标准化也可以实现远距离控制。

3.2 提高对植物生长需要信息的提取能力

农业灌溉科学节水目标的实现，需要以植物生长所需要的信息作为重要参考，以此来制定精确的节水方案。因此需要利用先进的技术来探测到植物生长所需要的信息，确保探测的科学性和精确性。在具体探测过程中，可以采用红外技术、植物电信号、多光谱反射技术等来对植物生过程中对营养需求情况、病虫害状况及生长状况等信息进行提取，并以此来制定科学的节水方案，确保农业灌溉节水目标的实现。

4 农业节水灌溉中自动化技术的应用前景

4.1 基于电话网络的有线拨号节水灌溉自动化系统

IMMS中央灌溉控制系统是由亨特公司研制的，其结构就是基于有线电话网络的现代农业节水灌溉自动化系统。IMMS中央灌溉自动化控制管理系统把当前已经很成熟的有线电话网络作为自身系统的主要数据通道，然后通过这个数据通道传输到灌区中央控制中心，从而实现对灌溉水资源的动态调度和分配。可以实现对灌区子系统的同步数据监测和控制，并通过控制中心计算机完成灌水时间、灌水顺序、灌水量等数据的编制。同时该管理系统开发了纠错报警功能，可以有效地防范人为原因造成的操作失误，有效地避免水资源的浪费。

4.2 基于无线传感器技术的农业节水灌溉自动化系统

无线传感器技术主要依托于电子技术、自动化技术和无线信息通信技术等，在农业节水灌溉自动化研究上，需要加实现信息信号的实时同步，无线传感器技术就能够很好地解决这一问题，利用无线传感器技术更容易实现对灌区各种动态信息的采集、数据传输和信息数据的动态处理等，为农业节水灌溉自动化的研究工作指明了方向。

4.3 基于3G技术的节水灌溉自动化系统

近年来，GIS、GPS、GPRS、卫星遥感等技术取得了较快的发展，而且在农业生产节水灌溉领域开始应用，有效地提高了农业灌溉用水决策支持系统的功能，加快了节水灌溉自动化管理的现代化、数据化和高效化的发展，为构建灌区综合自动化控制管理系统奠定了良好的基础。

结语

随着各种先进科学技术的迅猛发展，将其应用在各种节水灌溉设备上，这不仅有利于节水灌溉设备价格的降低，而且节水灌溉设备的可靠性也能够大幅度的提高。在当前我国水资源短缺越来越严重的新形势下，利用先进的信息技术来构建功能强大的节水灌溉自动化控制管理系统已成为当前我国农业灌溉领域发展的必然趋势，只有这样，才能更好的实现农业灌溉水资源的优化分配和调度，为农业的健康、持续发展奠定坚实的基础。尽管当前我国农业节水自动灌溉系统在具体应用中还存在许多不足之处，但随着我国自主研发力度的加大，我国农业节水自动灌溉系统将得到不断地完善，从而更好的在农业生产中应用，为农业的健康发展提供最重要的基础保障。

参考文献

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中图分类号：S275

文献标识码：A