现代化技术在农业智能灌溉系统中的应用

段丽芳

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

灌溉技术是农业生产中提高农产品的产量和质量的关键。农业灌溉智能化指的是将计算机技术、电子信息技术和物联网遥感技术结合起来，从而达到对农作物的浇水进行实时监控的一种管理方式。农业智能灌溉系统可以实现作物的远程控制，比如灌溉用水、浇水的时机等。与常规的大面积灌溉技术相比，农业智能灌溉系统的使用可以有效节省水资源，并可以进行远程智能控制，有利于构建一个更加健全的现代农业灌溉管理体制。

1 现代化技术在农业智能灌溉系统中的重要性

在农业发展过程中，各种自然因素对农业发展都有着重要的作用，如气候问题、土壤地质问题、自然灾害问题等都会对国家的有关政策和人力资源的发展产生一定的作用。假如在农业建设时遇到了严重的极端气候，这很可能会对农业发展产生阻碍，同时也会对农户造成一定的经济损失，若不能及时解决，还会引发一系列的问题。在这个过程中，使用现代化智能技术就可以避免很多问题，可以提前预报气候问题，减少损失，保障作物健康生长，也可以为农户提供前沿的农业信息，推动农业投资，增加农业利润[1]。

2 农业智能灌溉系统的适用范围

农业智能灌溉系统应用领域广泛，可广泛应用于粮食、蔬菜、果树和中草药等各种旱作物。就其所处地势而言，适合于平原和丘陵地带；就土体性质而言，高渗透和低渗透两种都适宜。此外，农业智能灌溉系统不但可以用于农田灌溉，还可以用于园林草坪和花卉的灌溉，是实现农业和林业智能化生产和精细化灌溉的一个很好的“帮手”。

在农业生产中，虽然不同作物的浇水需求、浇水时间各不相同，但通过使用农业智能灌溉系统，都能够实现科学的浇水。在农业智能灌溉系统中运用现代化技术，可以对土地墒情等数据进行监测、采集和计算分析，再按照作物的需要，对其进行科学高效的调控、及时适当的灌水。农业智能灌溉系统具有广泛的适用性，对其进行推广与运用，既可以节约水资源，提高水的利用率，又可以减轻水源日趋紧缺的状况，提高农作物的产量与质量，还可以建立并完善节水管理制度体系，加深农户对节约用水的认识，提高耕地抵御自然灾害的能力，从而促进农业增效、农民增收[2]。

3 农业智能灌溉系统的优势

在我国，农业用水大约占据了全国用水总量的80%，然而在农田灌区，其用水利用率不高，导致大量的水被消耗，而植物的用水需求却无法获得及时的补足，从而严重影响农业的产量和效益，限制现代农业的发展。所以，如果能将农田的用水问题处理好，对国家的未来发展也有很大的帮助。在使用农业智能灌溉系统后，不仅可以极大地减轻农民的劳动强度，还可以准确、定时、定量、高效地给作物进行自动灌溉与施肥，提高了土壤的质量，从而达到了增产增质、节水节能的目的[3]。

4 农业智能灌溉系统的发展趋势

4.1 田间信息采集智能化

由于农业生产中的生态系统错综复杂，所以在农业生产中，有很多的要素会对农业生产产生一定的作用。农业智能灌溉系统是将现代农业作为一个基本的发展方向，通过与最先进的现代化技术进行融合，在智能装置和现代化技术的帮助下，可以对作物的生长环境进行远程监控。该系统能够改善广大农民群众生产和生活的各个方面，从而使农业生产更加地智慧化。在农业智能灌溉系统的应用中，通过无线传感网络、人工神经网络等技术的融合，可以构建一种集信息监测、无线传输、智能决策和管理于一身的现代化智能系统，以更好地为农业现代化提供支持。

4.2 灌溉设施智能化

在实际应用中，由于农业智能灌溉系统自身的复杂性和多样性，使得单纯使用一种技术并不能满足整个系统的要求。因此，将各种现代化智能技术结合起来，可以让农田的精确灌溉变得更加方便。但任何一种技术都有其各自的优势和劣势，为了保证该技术的劣势得到解决，可以将各种现代化技术的优势组合起来，用于理论和实际的应用。所以，可以通过对影响作物灌溉因素的研究，将其与作物种植环境和灌溉调度的众多要素相联系，对其进行科学高效地预报，进而保证按照作物的成长需要进行灌溉[4]。此外，与传统的喷灌方式比较，采用精准可变的灌溉方式可以节省更多的水资源。例如，喷灌机在运行时，可以通过计算机调整喷头的数量、喷头的速度、喷口的大小和喷水的压力来对农业灌溉进行有效调控和智能化管理[5]。

4.3 农业机械智能化

农业机械主要有农用拖拉机、大型自走式拖拉机等，利用各类汽车、航天技术可以提高农业机械的机动性。在智能农业机械的驾驶室内，电脑具有一个统一的、通用的、可用于操作各种机械的界面，同时电子监控仪器也越来越人性化，智能信息的显示也更加简单、便利。农业机械智能化作业可以减少费用，达到提升效率和节省资源的目的，同时还可以有效减少对土壤、水质等的污染。

4.4 农机具管理智能化

农机具的管理是一项系统工程，需要建立一个高效智能的管理网络，进行全方位、多层次的信息采集、存储、传递和状态分析，从而使农业机械的价值和效能得到充分发挥。例如，通过农机具智能化管理，计算机可以与在农田工作的机器进行数据传输，然后将农业机械上的作业数据进行汇总、综合、整理并保存到数据库[6]。

5 现代化技术在农业智能灌溉系统中的应用

5.1 神经网络技术的应用

将神经网络技术运用于农业智能灌溉系统，就是利用计算机的编程语言模仿人类大脑的行为模式，从而对灌溉系统进行准确控制。因为人工神经网络对复杂环境有较强的适应性，还可以同时对多个对象进行有效调控，所以神经网络技术在实际中的运用中有着非常明显的优越性，而且将神经网络技术与其他的控制方法进行有机融合，可以构造出更为优秀的灌溉控制体系，将会使智能灌溉的质量和效率得到进一步提高[7]。

目前，我国农业生产中的灌溉调控面临两个主要问题：一是土壤具有非线性和不确定特性；二是多因素的交互作用。利用人工神经网络技术可以很好地克服上述两个问题，为此，人工神经网络技术受到了广泛的关注。例如，运用神经网络的控制方式建立灌溉水渗入深度预测模型，可以对灌溉水渗入深度进行有效控制，从而减少深层渗漏，大大地节省水资源。然而，神经网络技术的运用也有其限制，因为不同耕地的情况不同，不可避免地会产生一些偏差，不能确保预测的精度。为了克服这个困难，把灰色预测法和人工神经网络联合起来建立预测模式，大大提高了预测精度。近年来，随着神经网络技术的研究越来越多，现在将其与模糊控制技术相结合，可以让它拥有模仿人脑感知和推理等行为的能力，从而有效地提高了智能灌溉技术的水准与灌溉效果[8]。

5.2 模糊控制技术的应用

与常规的控制方法相比，模糊控制技术的一个显著特征是无需了解被控目标的数学模型。由于土壤中存在很多不确定因素，因此很难构建出一种准确的数学模型，而现阶段采用最多的是通过模糊控制技术来构建数学模型。由于模糊控制技术具有强大的推断能力和知识的表示能力，所以可以在一定程度上完成与人类相似的决策，从而大大提高了农业灌溉的准确性。这也是提高灌溉效果和水资源利用效率的一种关键手段，所以关于模糊控制技术的研究受到了广泛的关注[9]。例如，结合模糊控制技术对寒冷地区的稻田进行智能化灌溉，调整亏损的灌水量可以达20.5%，从这个角度来看，该方法的优点和功能是非常明显的。将该方法用于农业智能灌溉系统，不需要建立被控目标的数学建模，不仅可以有效地克服系统的非线性，而且可以极大地提高灌溉系统的准确性。然而，由于模糊控制技术本身的限制，其对控制规律的修改变得困难。

5.3 无线传感网络技术的应用

无线传感网络技术的运用就是在灌溉田地中，利用无线通信的方法对田地里的情况进行实时监控，并收集田地中的各种数据信息，然后再将收集的数据传送到农业智能灌溉系统的集控中心。在此基础上，通过协调器、测感节点和路由器，可以实现对灌溉区域中信息的收集，并进行数据的转化和信息的交换。由于无线传感网络技术具有可靠性高、容量大、能耗小等优点，其在大型农业生产基地得到了广泛的应用。将无线传感网络技术运用于农业智能灌溉系统，可以建立一个完整的自动化灌溉器，即由传感器对灌水器内的水情进行监控。但无线传感网络技术也有一些缺点，必须采用GPRS技术对农业生态系统进行监测，该方法既可以解决大规模农业生产过程中的观测问题，又可以提高农业生产过程中的信息分享率，较好地达到节约水资源的目的。此外，通过对无线传感器网络技术的运用，将大数据技术和智能控制技术等现代化技术方式相融合，可以更好地进行数据挖掘，也可以更准确地计算出灌区的需水量，从而实现自动化的智慧灌溉。该方法具有较高的精度和较好的适用性，不仅能够保证农田用水，而且能够极大地提高农田用水效率，所以在将来无线传感网络技术将会得到非常广阔的发展[10]。

6 结论

目前，我国现代农业发展目标是在精确化灌溉的基础上促进农业的有效发展，将现代化技术应用于农业智能灌溉系统，能够对田间的灌溉资料进行实时监测，并按照田间的具体状况进行灌溉，从而减轻农民的劳动强度，提高水资源的利用效率和灌溉效果，促进农业的可持续发展。