王　健

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現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能灌溉技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望

王健

（荊楚理工學(xué)院 湖北荊門 448000）

文章分析智能灌溉的相關(guān)科技，利用相關(guān)案例分層次解析了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、模糊控制的技術(shù)等在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，對(duì)未來我國的農(nóng)業(yè)智能化灌溉技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；灌溉智能化；WSN

1 智能化灌溉中無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

無線傳感網(wǎng)絡(luò)也就是WSN技術(shù)，這種技術(shù)在智能化灌溉中的應(yīng)用，是把智能化的傳感器依照相關(guān)的規(guī)律安插在需要灌溉的農(nóng)田里，其后利用無線電的通訊方法進(jìn)行適時(shí)的監(jiān)控、感受和收集傳感器覆蓋地方內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和檢查農(nóng)田的問題，再依次輸送給信息綜合采集站點(diǎn)或智能灌溉網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)，這樣縮減了智能化農(nóng)田灌溉現(xiàn)場(chǎng)覆蓋引來的所有情況[1]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)大體上是網(wǎng)絡(luò)傳感的節(jié)點(diǎn)、智能路由器的節(jié)點(diǎn)、相關(guān)設(shè)備協(xié)調(diào)的節(jié)點(diǎn)組合而成，它們是各自負(fù)責(zé)智能化農(nóng)田灌溉地方中的灌溉信息的采集和農(nóng)田數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、設(shè)備交換控制的信息、管理和配置WSN的設(shè)備。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)擁有著大容量、整體的低耗能、設(shè)備的實(shí)用性強(qiáng)等特性，可以使用在有相對(duì)大規(guī)模的農(nóng)作物生產(chǎn)田地，進(jìn)一步加快智能化的農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)的開發(fā)。在從前有人在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上自主開發(fā)了一套關(guān)于自動(dòng)化灌溉的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備將傳感器放在農(nóng)田之間，利用ZigBee的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與鋪墊，利用智能化的算法來計(jì)算出灌溉水量的大小，整個(gè)系統(tǒng)的耗能低，系統(tǒng)擁有高智能化，在使用的實(shí)際過程中獲得了很好的灌溉效果，但不得不說的是，這種設(shè)備的研究?jī)H僅只是利用了一種ZigBee的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身是一個(gè)較短距離之間的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這種短距離的信息技術(shù)傳輸將不適合在大規(guī)模的農(nóng)作物種植天地中進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制協(xié)作。

通過以上的資料，我們將無線傳感網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)使用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能化灌溉農(nóng)田中，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的基本生長的狀況、田地的土壤酸堿程度、土壤中含水程度的監(jiān)控，進(jìn)行空間方面的突破，提升了共享性數(shù)據(jù)的傳輸，利用現(xiàn)在的各種環(huán)境參數(shù)充分運(yùn)算出需要澆灌的總量，這樣不光實(shí)現(xiàn)科學(xué)的灌溉又能節(jié)省水資源的利用。除此之外，為了保證無線傳感網(wǎng)絡(luò)更加適用于智能化的農(nóng)田灌溉工作，要合理的將其與其他的先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，例如：大數(shù)據(jù)技術(shù)等。從而達(dá)到掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，提升灌溉精準(zhǔn)性的目的，還能夠達(dá)到遠(yuǎn)程操控的目的。

2 智能灌溉當(dāng)中模糊控制技術(shù)的具體展現(xiàn)

2.1 模糊控制技術(shù)原理

模糊控制這項(xiàng)技術(shù)在智能化農(nóng)田灌溉中的使用，主要職能是把人們多年在農(nóng)田灌溉、種植等農(nóng)作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，再借助自然語言表達(dá)出來；或者是經(jīng)過對(duì)實(shí)際灌溉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整合得出的控制規(guī)律，再憑借計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化處理，叨叨智能化灌溉的目的。模糊控制技術(shù)與以往的灌溉控制方法相比較，更加的簡(jiǎn)單，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)構(gòu)建一個(gè)屬于灌溉農(nóng)田的數(shù)學(xué)模型。

土壤系統(tǒng)的特點(diǎn)十分明顯，就是慣性與非線性[2]，并且處于土壤中生長的作物的整個(gè)生長期會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的變化，產(chǎn)生不同程度的影響，很難統(tǒng)一創(chuàng)建一個(gè)具有精準(zhǔn)正確的數(shù)學(xué)化模型，非常適合將模糊控制技術(shù)應(yīng)用在澆灌農(nóng)田的整體計(jì)劃中，這樣灌溉的效果比較明顯。

2.2 模糊控制技術(shù)使用的原則

模糊控制技術(shù)的知識(shí)表達(dá)能力、數(shù)據(jù)推算能力要明顯高于傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)，并且模糊灌溉技術(shù)一系列的邏輯運(yùn)算的過程與人的決策過程十分相似。憑借模糊控制器的智能化功能，就能夠從根本上對(duì)農(nóng)業(yè)澆灌當(dāng)中變量控制不穩(wěn)定的問題進(jìn)行解決，因此現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究人員都對(duì)模糊控制進(jìn)行了重點(diǎn)研究。在使用了模糊算法的情況下，憑借灌溉農(nóng)田用水的規(guī)律，可以更準(zhǔn)確的控制農(nóng)作物在不同生長時(shí)期的土壤水勢(shì)情況，全自動(dòng)的形成澆灌數(shù)據(jù)并進(jìn)行澆灌，增加了方法的通用性和多變性，在縮減澆灌用水需求量的基礎(chǔ)之上，也使農(nóng)作物的質(zhì)量得到了提升。在研究當(dāng)中只使用一種模糊控制的計(jì)算方式所得出的結(jié)論是片面的，一般情況下，智能化灌溉系統(tǒng)中灌溉的任務(wù)具有多變性、時(shí)效性，這就要求使用更多種的智能化算法相互結(jié)合的方法來綜合完成任務(wù)采集的處置，這樣才能算是智能化灌溉。

通過以上的情況來看，在智能灌溉當(dāng)中加入模糊控制技術(shù)，能夠改善以往需要建立農(nóng)田數(shù)學(xué)模型的情況，可以化解在澆灌過程中存在的非線性問題，使得灌溉工作的精準(zhǔn)性得到了提升。但是對(duì)于一些作物來說，需要依靠更加豐富的種植經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)的理論基礎(chǔ)，才能夠找到其模糊控制技術(shù)的規(guī)律與隸屬函數(shù)的使用，如果對(duì)控制規(guī)則進(jìn)行了企鵝人，那么整個(gè)灌溉系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，也不能輕易對(duì)其進(jìn)行更改。所以，粒子群優(yōu)化算法、遺傳算法對(duì)模糊規(guī)則進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的應(yīng)用是十分重要的，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)在線完成模糊控制規(guī)則的修改工作，使整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)得到提升。

3 智能灌溉技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能灌溉與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合

物聯(lián)網(wǎng)指的是，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上在進(jìn)行“升級(jí)”，從而達(dá)到全面感知信息、提高信息算數(shù)穩(wěn)定性、提升智能化處理能力的網(wǎng)絡(luò)。目前國內(nèi)已經(jīng)開始推行“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，例如：“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”就是這項(xiàng)戰(zhàn)略的具體展現(xiàn)之一。

對(duì)于現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)來說，可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)灌溉相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“智慧農(nóng)業(yè)＂。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的不斷提升，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是必然趨勢(shì)，其可以按照用戶的需求，對(duì)農(nóng)田的土壤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握葉面濕度、空氣溫濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)。然后經(jīng)過無線信號(hào)收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)等相關(guān)設(shè)備，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存于整合，為農(nóng)田節(jié)水灌溉智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 智能灌溉與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的充分結(jié)合

大數(shù)據(jù)技術(shù)，相較于以往的數(shù)據(jù)庫軟件，具有更優(yōu)質(zhì)的信息處理能力，無論是信息的獲取能力，還是管理能力，都遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件。通常狀況下，需要灌溉的農(nóng)田中的環(huán)境都比較復(fù)雜，有很多不同種類的因素會(huì)對(duì)作物的需水量產(chǎn)生影響，因此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息也就更多。在這種情況下大數(shù)據(jù)技術(shù)就能夠充分的體現(xiàn)自身的優(yōu)點(diǎn)，更全面的對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行挖掘，提升灌溉決策的合理性。智能灌溉與大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的充分融合，能夠打造出功能齊全，邏輯緊密的智能化灌溉系統(tǒng)，從而使“智慧農(nóng)業(yè)”得到發(fā)展。

4 小結(jié)

本文主要對(duì)農(nóng)田澆灌水使用的地系數(shù)、落后的管理水平等情況進(jìn)行了分析。再以技術(shù)的角度，對(duì)WSN、模糊控制方法在智能灌溉中的使用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)對(duì)智能化澆灌技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。綜上所述，可以得出以下結(jié)論。

我國農(nóng)田的面積十分的廣闊，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來獲得農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)的參數(shù)，對(duì)農(nóng)作物的發(fā)育情況、土壤的酸堿程度、土壤含水量進(jìn)行監(jiān)控，從中突破了土地的限制，提升了共享性數(shù)據(jù)的發(fā)展，精準(zhǔn)計(jì)算澆灌用水的總量，保障農(nóng)作物發(fā)育一直在最好的情況下進(jìn)行。

土地具有非線性的特性，并且土壤系統(tǒng)也具有一定的滯后性，不能非常精準(zhǔn)的進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，所以有必要利用模糊控制的技術(shù)、根據(jù)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的改變做出適合性應(yīng)急反應(yīng)，給農(nóng)作物提供一個(gè)適合的發(fā)育環(huán)境變量，提升灌溉的準(zhǔn)確性，提升農(nóng)作物的質(zhì)量。

現(xiàn)如今規(guī)模化的農(nóng)作物生產(chǎn)越來越多，對(duì)農(nóng)業(yè)澆灌的多變性、精準(zhǔn)性和方便性的硬性要求也隨之提高，很多先進(jìn)領(lǐng)域的技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，技術(shù)也在不斷的發(fā)展下越來越成熟。各種智能化的算法相互結(jié)合，重點(diǎn)在大數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用和云計(jì)算方法的密切聯(lián)系。

農(nóng)業(yè)灌溉聯(lián)系了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)田大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)云計(jì)算、灌溉系統(tǒng)智能控制技術(shù)，就可達(dá)成農(nóng)業(yè)灌溉的信息化、智能化、科技化的目標(biāo)。

[1]李光榮.生產(chǎn)蔬菜(北方本)CMl[M].武漢:武漢大學(xué)出版社, 2013.

[2]秦貴,劉曉明,郭建業(yè),等.大棚蔬菜生產(chǎn)栽植機(jī)械化技術(shù)試驗(yàn)示范[J].農(nóng)業(yè)工程,2014(增刊2):41-44,48.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.14

王健（1996- ），男，漢，湖北黃岡人，本科在讀，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)。

S275

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2095-1205(2019)04-26-02