摘要：现如今，我国的农业发展十分迅速，农业的快速发展带动我国经济在不断的进步，总结了农田智能灌溉在国内外的研究进展和发展现状，并根据不同的应用技术和方法进行分类，展现出在其应用中的优越性，为相关领域的研究和应用提供参考和建议。同时对智能灌溉在农田应用中存在的问题及解决对策、发展前景进行了讨论。
关键词：农田智能灌溉系统；精准灌溉；智能控制；智能灌溉
引言
我国传统农业灌溉面积中98%为地面灌溉，水源利用率极低，水污染问题突出，已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈，是影响到国家安全的重大战略问题。利用先进的信息技术实施精准灌溉，以农作物实际需水量为依据，以物联网技术为手段，提高灌溉精准度，实施合理的灌溉制度，提高水的利用率，即智能灌溉。美国在1984年已开发出节水灌溉控制器，通过土壤水分或湿度传感器把土壤信息反馈到控制系统，根据传感数据确定是否灌溉。1990年Fangmeier等人成功将红外线热电偶引入自动灌溉控制领域，最终形成了较完善的自动灌溉系统。1997年Riberiro和Yoder研发出实时模糊控制灌溉系统，能随气候和土壤湿度进行变化。1996年无线传感网络进入人们的视野，进一步推动了智能灌溉的发展。
1智能灌溉系统总体方案设计
智能灌溉系统是一种基于物联网并结合自动控制技术、数据分析处理技术、通信技术和计算机技术而形成的新型高科技灌溉系统形式。系统应具有较强的实时性、高效性和实用性等特点，能够提高农业灌溉的效率、减少水资源的浪费。系统主要由远程监控中心和无线传感网络两部分组成，利用了物联网的感知层、网络层和应用层等三层网络架构进行设计。感知层采用温湿度传感器与微型ZigBee智能化传感节点获取农田灌溉过程中所需原始数据信息，为保证智能灌溉精准度，提供科学、有效的基础。以局域网、广域网和互联网为基础建立的网络层是一种无线数据传输通道，主要用于实现感知层与应用层之间的数据传输功能。采用无线数据传输的网络通信形式同时也可避免农田、果林等不同农业种植环境下有线网络布线带来的各种问题。应用层可利用控制算法高效处理网络层传送来的大量农田环境数据信息，并做出合理的灌溉策略，控制电磁阀、水泵执行相应动作，实现智能化灌溉与远程监控管理。
2智能灌溉技术的应用
2.1无线传感网络技术
研发了一套分布式精确灌溉的闭环远程SCADA系统，该系统建立了一种地上、地下混合结构的无线传感器网络模型，较普通灌溉用水节约五分之一，实现了灌溉的在线实时监控和作物的精准灌溉。开发了基于ZigBee无线传输技术的农田智能化灌溉系统，该系统适用于广西地形复杂的山区农田，实现了农田灌溉的精准化、智能化。在其自动控制的90%的时间里，土壤含水率保持理论值的最佳状态，高出人工控制的30%，实现了较高的灌溉精度。为解决甜黄魁苹果坝上干旱地区水资源紧缺问题，以ZigBee无线传感网络技术为基础，结合迭代学习控制算法提高灌溉控制过程的精确度，开发了一种精准灌溉控制系统。试验结果表明，节水效果明显，应用良好。ZigBee技术具有低成本、低功耗、自组网和节点布置灵活，能适用于环境较为复杂场所的短距离通信的特点，而GPRS技术具有不限于通信网络的束缚，传输速度快、性能可靠等特点。以GPRS+ZigBee无线组网技术为核心进行智能灌溉监控。提出结合上述两种技术在无线组网策略下进行智能灌溉体系控制策略的设计，实现对作物的精准灌溉。
2.2软件设计
本系统软件设计包括传感器数据处理程序、阀门控制程序、无线传感网节点程序、网关节点程序和管理中心PC端专家系统程序设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆传感器数据处理程序主要是定时利用温湿度传感器进行数据采集、传输和A/D转换。阀门控制程序主要是随时接收来自无线节点的控制命令，并根据条件判断是否闭合或关断，同时还要定时向节点上传自己的当前网络状态，以保证系统的可靠性。无线传感网节点程序是各种数据和命令的汇集点，所需完成的任务也较多。对于各传感器和阀门传输的信息进行收集、处理并根据要求将数据传输至网关节点，同时还要对上级网关节点传达的命令进行处理，控制各阀门的工作。网关节点采用了GTM900无线模块，传输到模块的数据可通过内置的嵌入式处理器进行处理和协议封装后传送至GPRS网络，管理中心通过联网GPRS接收数据。GPRS模块工作时要进行初始化设置，主要包括工作模式、协议类型、接入网关和通信波特率。
2.3专家系统控制技术
专家系统是将不同专家在某一领域的经验整理存储到系统的知识库里，通过指导计算机进行演绎、判断，实现专家级的智能决策，继而指导、帮助人类解决遇到的难题。农田智能灌溉专家系统是根据现代控制理论，通过状态空间分析方法，利用气温、湿度、土壤墒情等数据和作物生长期所适宜的各种环境参数（水、肥等）建立专家系统知识库和规则库，由先进的推理机形成灌溉方案。运用智能灌溉专家系统，研发了一种农田灌溉自动化控制系统，该系统可以根据气象条件、土壤墒情、作物生长及环境变化，作出灌溉预报方案的决策，并主动执行，为农田灌溉提供了一种新的思路。为实现南通地区水稻的节水灌溉，研究了一套稻田自动灌溉系统，该系统根据相关节水、高产、水分利用等理论，运用专家系统与智能控制技术，对水稻各生长阶段实行自动灌溉。为实现对荔枝园灌溉的精准控制和远程监控，以农业物联网为基础，开发了一套智能灌溉专家决策系统，使用信息采集监测精度较高的终端模块进行多参数决策。结果表明，该灌溉决策系统实时性较强，且预测准确率达到75%。为改善传统农业专家系统依据单一的影响参数问题，开发了一种基于物联网的智能灌溉专家决策系统，综合多个参数作为影响预报决策的因素，实现了对决策方案的优化，提高了灌溉时间的精确度，也可作为作物灌溉定量管理的工具。
3国内研究进展
国内近些年已经开始研究基于MODFLOW和WebGIS的灌溉信息化系统整合研究。在国内，随着GIS技术的发展，地下水模型与GIS的集成开发处于起步阶段，主要体现在利用GIS软件进行图层信息的分层管理、自动绘制等值线图、控制点的添加、空间查询等方面，为地下水资源的合理开发和利用提供了科学依据。
结语
我国农业的快速发展造成了农业灌溉的用水量不断增加，传统灌溉方式已不能满足当前智慧农业的需求。为解决这一矛盾，本文将农业物联网技术应用于农田灌溉，建立一个智能灌溉远程监控系统。其主要由远程监控中心和无线传感网络两部分组成，采用了物联网的感知层、网络层和应用层等三层网络架构形式。结合农业灌溉的实际需求与智能灌溉系统总体设计方案设计了一套远程监控界面，并分析了远程监控平台软件功能。结果表明该系统能够利用智能分析与显示技术实现智能移动设备和PC设备对灌溉区的远程实时监控，达到智能灌溉的目的，具有一定的实用价值。
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论文作者:李勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
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