□ 宋衛(wèi)東

（東港市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 東港 118300）

近年來，世界各國都在大力推廣和應(yīng)用智能節(jié)水灌溉設(shè)備，以緩解農(nóng)業(yè)用水危機，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。我國也不斷加大先進節(jié)水灌溉技術(shù)的開發(fā)力度，特別是智慧節(jié)水灌溉的推廣和普及，積極學(xué)習(xí)先進國家的節(jié)能灌溉經(jīng)驗和技術(shù)，從而進一步提高我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉效果。由于先進的灌溉設(shè)備設(shè)施價格昂貴，操作復(fù)雜，使得這些設(shè)備無法在我國得到廣泛應(yīng)用。針對這一情況，必須加大物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中應(yīng)用的研究力度，充分發(fā)揮這些技術(shù)的優(yōu)勢和價值，實現(xiàn)科學(xué)、智慧的節(jié)水灌溉，從而有效緩解我國農(nóng)業(yè)用水緊張現(xiàn)狀。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的簡述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又可稱之為萬物的互聯(lián)網(wǎng)，英文名稱為Internet of things，該技術(shù)在本質(zhì)上就是借助互聯(lián)網(wǎng)將實際事物連通在一起，實現(xiàn)彼此信息的互通共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息化時代下的新興產(chǎn)物，能夠?qū)F(xiàn)實和虛擬加以有效統(tǒng)一和整合，以顯著提高事務(wù)管理的精度和強度，為各行各業(yè)良好發(fā)展提供新的方法和模式，也為全球經(jīng)濟建設(shè)提供無限的活力。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效利用，能夠解決過去以人力為中心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中存在的諸多不足，推動農(nóng)業(yè)向著現(xiàn)代化與機械化的方向發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化與智慧化［1］。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要包括了感知層、傳輸層與應(yīng)用層，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同階段應(yīng)用相應(yīng)的信息傳感器，建構(gòu)系統(tǒng)性、統(tǒng)一性的信息監(jiān)控中心平臺，然后對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤肥力、濕度、光照等各項參數(shù)數(shù)據(jù)加以實時監(jiān)控測量，結(jié)合測量結(jié)果來科學(xué)調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

對于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程的構(gòu)建，主要依靠針對農(nóng)作物生長過程的在線動態(tài)監(jiān)測獲取信息，也就是將不同類型的無線傳感器安裝到農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，實現(xiàn)對農(nóng)作物所處的土壤質(zhì)量、氣候環(huán)境等條件的全面監(jiān)控，以便農(nóng)業(yè)從業(yè)者隨時隨地獲取到準確地信息數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題，并采取有效的技術(shù)措施進行處理［3］。通過有效結(jié)合集約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠改變過去以人力為中心與依賴機械的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，轉(zhuǎn)變成以軟件和信息為中心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，進而有效應(yīng)用各種智能化、先進化、自動化的生產(chǎn)設(shè)備。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)主要包括：（1）遠程監(jiān)控層，可對各種對象進行檢測，實時采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，由專門的網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備和各種傳感器共同構(gòu)成，如：氣象站、溫濕度檢測設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等；（2）網(wǎng)絡(luò)層，可對遠程監(jiān)控層獲取的所有信息數(shù)據(jù)進行傳輸與處理，由不同的本地網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成；（3）應(yīng)用層，可有效連接起農(nóng)業(yè)從業(yè)者與物聯(lián)網(wǎng)，保證物聯(lián)網(wǎng)功能的順利實現(xiàn)。

三、智慧農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)類型

（一）RFID技術(shù)

RFID技術(shù)也就是頻率識別感知技術(shù)，該技術(shù)借助無線電對頻率的感知能力來記錄接收到的信息數(shù)據(jù)，但僅僅針對短距離的數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)主要涉及到閱讀器、應(yīng)答器及軟件處理系統(tǒng)三個部分，能夠迅速地掃描物體，運行時間較為持久，具備較強抗干擾能力，記憶大容量的數(shù)據(jù)。其中閱讀器設(shè)備能夠在較短時間內(nèi)檢測到相關(guān)信號，然后上傳到軟件系統(tǒng)進行分析整理，再由閱讀器全面呈現(xiàn)出被檢測到的信號，以便操作人員更加及時、直觀地看到數(shù)據(jù)分析內(nèi)容，從而更加科學(xué)地把控信息數(shù)據(jù)。

（二）傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具體由數(shù)據(jù)處理單位部件、傳感器部件、通信部件等構(gòu)成，其能夠在多個領(lǐng)域中對各類數(shù)據(jù)信息進行檢測，并將若干個不同點有效聯(lián)系在一起，從而構(gòu)建起一個完整的網(wǎng)絡(luò)體系。由于傳感器中遍布諸多的節(jié)點，且這些節(jié)點具備較強的適應(yīng)能力，所以能夠存儲一定的能量，保證傳感器設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)，其屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心部件，能夠強化文件數(shù)據(jù)和人之間的交流［4］。

四、智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用意義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面具備顯著的優(yōu)勢。通過對該技術(shù)進行有效應(yīng)用，將相關(guān)設(shè)備設(shè)施布設(shè)到田間，以對農(nóng)作物生長過程中的土壤質(zhì)量、溫濕度等數(shù)據(jù)信息進行實時采集與傳輸，并借助專業(yè)的軟件設(shè)備對這些數(shù)據(jù)信息進行接受與分析，然后結(jié)合分析結(jié)果明確出科學(xué)合理的決策，向田間設(shè)備發(fā)出合適的灌溉指令。如：借助先進的監(jiān)測軟件來分析田間的土壤水含量，明確土壤灌溉飽和點與補償點，再提出具體的灌溉方案，利用中央控制系統(tǒng)將相關(guān)指令發(fā)送至閥門控制系統(tǒng)，由該系統(tǒng)結(jié)合指令來開啟灌區(qū)閥門，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的智能化。

五、智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）節(jié)水灌溉工作流程

不同地區(qū)的灌溉設(shè)備與監(jiān)測設(shè)備分布狀況存在很大的差異，需要一個可以互動與有效控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理而言，控制系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用，應(yīng)用對象是無線通信設(shè)備與中央控制室，系統(tǒng)能夠?qū)喔葏^(qū)域的各項數(shù)據(jù)信息進行采集，然后對這些數(shù)據(jù)信息進行分析與處理，提出相應(yīng)的決策［5］。具體應(yīng)用中，可借助傳感器來對有關(guān)農(nóng)田水情動態(tài)的各類數(shù)據(jù)圖像與信息進行實時收集、記錄與分析，并將圖像上傳到控制中央系統(tǒng)，若控制器發(fā)現(xiàn)農(nóng)田供水量已經(jīng)滿載或是大于預(yù)先設(shè)定的量值時，中央控制系統(tǒng)會馬上發(fā)出警報，這時控制閥會自動緊急關(guān)閉田間的最后一根水管。同時，依靠于GPRS網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)和基本參數(shù)傳感器之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通訊，利用中心控制平臺的計算機終端，將控制測量指令數(shù)據(jù)傳輸至中央控制服務(wù)器，以便相關(guān)工作人員及時獲取到田間的光密度、亮度、溫度、作物生長狀態(tài)等；并利用系統(tǒng)收集的備份系統(tǒng)，把通過非地面通信獲取到的數(shù)據(jù)信息整合并傳輸至地面物聯(lián)網(wǎng)上，農(nóng)田節(jié)水灌溉作業(yè)提供科學(xué)指導(dǎo)，以提高節(jié)水灌溉效果，如：通過分析各項數(shù)據(jù)信息，明確目前作物生產(chǎn)過程中所需的水量，然后進行自動智能供水，有效避免缺水或是灌溉水量過大等問題的發(fā)生。另外，可利用專門的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺與智能移動設(shè)備，對農(nóng)田灌溉進行遠程控制，還可通過智能移動設(shè)備來實時獲取關(guān)于農(nóng)田土壤、本地氣候狀況、作物生長等信息，然后結(jié)合自身具體情況，進行自動、半自動的水資源存儲工作；該平臺還支持對本地水域條件的多層面分析與論證，以便管理者實施掌握水域條件數(shù)據(jù)，提出更加科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉策略。

（二）節(jié)水灌溉的物聯(lián)網(wǎng)方案

在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉過程中，可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建專門的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由控制室、農(nóng)業(yè)通信設(shè)備、傳感器、驅(qū)動器及無線通信網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成，其中無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要功能是：向遠程監(jiān)控系統(tǒng)室實時傳遞農(nóng)田灌溉控制信息，監(jiān)控系統(tǒng)室對這些信息進行分析和處理，明確是否需要啟動灌溉水控制閥，并在灌水達到預(yù)設(shè)值以后，自動關(guān)閉控制閥。GPRS傳感器能夠?qū)r(nóng)業(yè)環(huán)境的變化情況進行全過程監(jiān)測，然后將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息及時傳輸至農(nóng)業(yè)設(shè)備，在這一環(huán)節(jié)中，可利用遠程控制室內(nèi)的計算機系統(tǒng)通過服務(wù)器對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分析計算，且在遠程決策時輸出實時控制信號［6］。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模式主要是Laura+4G網(wǎng)絡(luò)，并將移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的網(wǎng)關(guān)中，但由于該網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用存在諸多的局限性，部分農(nóng)業(yè)服務(wù)不能提供，所以相關(guān)專業(yè)人士提出了更新農(nóng)業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)計劃——NBloT物聯(lián)網(wǎng)計劃，該計劃的實施能夠減少農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，節(jié)省農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的運營成本，提高服務(wù)平臺的可靠性與穩(wěn)定性，還能夠簡化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強其服務(wù)的功能性。

（三）系統(tǒng)主要組成部分

一是智慧平臺，即信息中心。可對多維信息數(shù)據(jù)進行存儲與維護處理，更加精準的呈現(xiàn)農(nóng)田的環(huán)境信息、作物水量信息、農(nóng)業(yè)氣候信息等，然后利用智能灌溉控制軟件來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

二是田間灌溉控制系統(tǒng)。通過解碼器來將農(nóng)田中布設(shè)的流量傳感器、壓力傳感器與電池閥連接起來，構(gòu)建出一個實時通信系統(tǒng)，確保能夠及時地獲取農(nóng)田灌溉數(shù)據(jù)，為灌溉方案的制定提供數(shù)據(jù)參考；農(nóng)業(yè)管理者可利用計算機設(shè)備輸入對應(yīng)的IP地址，然后進入到農(nóng)田灌溉控制頁面，完成灌溉參數(shù)的設(shè)置。

三是農(nóng)田氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。能夠?qū)崟r采集農(nóng)田所在區(qū)域的雨量與溫度、濕度等參數(shù)信息，然后傳輸至智慧平臺中，依據(jù)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫的需求來明確農(nóng)作物的水量需求，為節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運行提供精準的參數(shù)。

四是遠程土壤墑情測報系統(tǒng)。該系統(tǒng)可結(jié)合實時的氣象信息與農(nóng)田土壤含水量，自動評估土壤墑情，并對農(nóng)田灌溉水量的上限與下限值進行設(shè)定，并能夠?qū)r(nóng)田的各項信息數(shù)據(jù)進行實時請求。

五是遠程管道壓力與流量監(jiān)測系統(tǒng)。主要是借助低功耗傳感器，對農(nóng)田中各條管道的壓力與流量數(shù)據(jù)進行實時采集，然后傳輸至灌溉控制器、信息中心綜合管控平臺，為農(nóng)業(yè)管理者制定灌溉決策提供支持。

六是遠程作物長勢視頻監(jiān)測系統(tǒng)。主要是借助視頻設(shè)備來對農(nóng)作物的生長趨勢數(shù)據(jù)進行實時采集，然后存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便農(nóng)業(yè)管理者隨時隨地查詢農(nóng)作物的生長狀況，比較以往年限中灌溉與施肥方案。

七是能效監(jiān)測系統(tǒng)。通過全面分析農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)運行過程中的電能消耗狀況，來提出更加合理的灌溉用電量方案，從而實現(xiàn)電能的節(jié)約。

（四）技術(shù)控制策略

一是數(shù)據(jù)的傳輸層研究。針對農(nóng)作物的監(jiān)控信息傳輸，可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對農(nóng)作物的整個生長過程進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可馬上發(fā)出報警信息，以便相關(guān)人員及時采取措施補救。數(shù)據(jù)可通過移動數(shù)據(jù)、藍牙及無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，但為確保傳輸過程的高效率和安全性，必須結(jié)合不同傳輸方式的具體特征，采取相應(yīng)的技術(shù)手段進行維護，如：通常更傾向于采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，既能夠滿足不同農(nóng)業(yè)區(qū)域的信息傳輸需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)作物生長過程的有效監(jiān)控。

二是GPRS通信技術(shù)。主要是通過信息的傳輸來對農(nóng)作物的生產(chǎn)過程進行全過程監(jiān)控。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中應(yīng)用GPRS通信技術(shù)，其優(yōu)勢在于利用智能手機的相互聯(lián)結(jié)，即可完成信息的傳輸。

三是數(shù)據(jù)的終端處理。數(shù)據(jù)終端可對接收到的數(shù)據(jù)信息進行處理，然后將處理結(jié)果上傳到監(jiān)控平臺，可以結(jié)合這一處理結(jié)果來制定科學(xué)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方案，明確灌溉設(shè)備啟動的時間與灌溉時長。同時，終端數(shù)據(jù)處理可以對農(nóng)作物土壤的參數(shù)進行全面的分析，并將分析結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)工作開展的應(yīng)用。

六、強化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用效果

首先，注重傳感器技術(shù)的合理利用。在智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中合理布設(shè)傳感設(shè)備，利用無線網(wǎng)絡(luò)向中央處理器內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)信息，并通過嵌入式技術(shù)和無線射頻等先進科學(xué)技術(shù)的綜合運用，來自動識別農(nóng)業(yè)灌溉數(shù)據(jù)信息，讓該灌溉系統(tǒng)得以靈活制動，更好地滿足農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉實際需求。

其次，加大物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)投入力度。各地區(qū)政府部門應(yīng)遵循因地制宜的原則，適當(dāng)增加物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)投入力度，積極引入先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相關(guān)設(shè)備，盡快建構(gòu)出智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，

最后，基于智能灌溉的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。要立足于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，打造精準的灌溉監(jiān)控系統(tǒng)，對農(nóng)作物生長的各項數(shù)據(jù)進行準確測量與獲取，從而實施掌握農(nóng)作物對水的需求狀況，實現(xiàn)精準灌溉。設(shè)置專門的無線傳感器，打造智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，更加精準的監(jiān)測農(nóng)田水分含量和水層高度等，從而提出更加科學(xué)的灌溉決策，實現(xiàn)定量灌溉。

七、結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)下，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉模式已經(jīng)無法滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，所以我國提出了智慧農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的理念，通過有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對農(nóng)作物的生長情況、本地氣候環(huán)境等進行實時監(jiān)測，然后明確農(nóng)作物的土壤含水量等，提出更加科學(xué)合理的灌溉策略，實現(xiàn)適量與適時灌溉，也可實現(xiàn)局部灌溉，從而避免農(nóng)作物灌溉水不足或是過量，確保農(nóng)作物健康生長的同時，提高水資源的利用率。