大田农业节水物联网技术的应用探讨_张煜晗

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在新时期下 ， 物联网技术作为一种先进的信息 技术 ， 其应用领域越来越广泛 ， 具有众多其特有的 优越性 。 在大田农业节水作业中应用物联网技术 ， 能够促进农业生产管理的智能化和数据化， 已然成 为现阶段农业产业发展的重要目标 。 将物联网技术 应用于大田农业节水作业中， 对现代农业发展有着 重要的意义和作用。

1 物联网技术及现代节水农业

1.1 物联网技术

物联网技术是一种综合性应用技术 。 它提倡 “ 万物互联 ” 的核心理念 ， 利用物以及物相互间构建 短距离网络数据 ， 同时通过射频识别技术 、 扫描技 术 、 智能传感技术及 GPS 等手段的结合 ， 完成互联 网与实物产品无缝连接 ， 改变传统纯粹互联网络或 是纯粹真实物体交互的理解 ， 从而实现人与人 、 人 与物之间的智能互联目的 。 应该说 ， 物联网技术的 不断发展意味着一种崭新网络数据时代的来临 ， 其 与农业发展相互间的结合 ， 将改变传统的农业生产 结构 ， 使农业发展向着智慧农业进发， 全面实现农 业产业化的技术演变。

1.2 现代节水农业理念

现代化农业节水方式的构建必须以包含现代制 造技术 、 新材料应用 、 现代信息技术 、 生物技术等 高新技术产业为核心 ， 现代信息技术与科学技术的 不断发展健全， 获得了农业节水运用和研究方向的 不断拓展，也是当代农业节水良好发展的重要方式， 为现代化农业节水方式的构建打下了坚实的基础。

现代化农业节水的前提条件为科技的高速发展， 由植株的本身特性入手， 最大程度提升水的循环利 用效果 ， 减少生态资源的无效损耗 ， 营造出一种全

作者简介 张煜晗（1990-）， 女 ， 吉林长春人， 助理研究员，研究方 向为科技信息。

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面性的高质量农业用水的理念 ， 其所涉及的基本技 术关键在于与植物的成长中供水和需水全环节的灌 溉技术 。 这样的现代化农业节水的理念与构思， 也 是对传统的农业节水的一个发展和传承 ， 但其与传 统的农业节水中间也存在着显著的差别， 现代化农 业节水更加重视从根源上节约用水 ， 由植物的生长 全过程入手 ， 依照不同的植株的用水量适当供水 ， 减少无效用水量， 这样可以在确保植物健康安全成 长的前提下 ， 取得最好的农业节水整体效益 ， 实现 现代化农业节水的区域数字化配水目的。

2 物联网技术在大田农业节水中的应用现状

物联网在大田农业节水的应用 ， 必须确保物联 网大数据内容的精确性与科学性 。 物联网无线通信 技术能够在很大程度上确保农业场地的信息的时效 性 。郊外是农业特别的制造环境 ， 已有的无线通信 技术有着费用高 、 走线繁杂等缺点 ， 早已难以适应 目前的发展方向 。 远程通信技术在大田农业节水的 应用 ， 合理填补了有线通信存在的问题 ， 在发展中 变成了农业领域目前的发展方向 。 因为农业环境比 较独特 ， 作物的所处环境 ， 节点布置还有生长情况 都会直接影响到无线数据的传送 ， 导致通信品质无 法得到提高， 明显影响了物联网的部署安排 ， 变成 了物联网在大田农业节水应用中的 “ 短板”。 ①在物 联网运用中付出的成本费用较低 ， 使传感器网络所 设定的相对密度减少了 ， 通信间距自然就随之扩大， 从而引起了节点布置相对密度与成本的经济难以平 衡的情况 。 ②粮食作物在种植的过程中， 高度变动 非常明显 ， 粮食作物的叶子与植物就可能会遮盖住 无线电波传送 ， 影响传送规则 ， 不同类型的粮食作 物所带来的影响也是不一样的 。 此外 ， 农业节水中

节点一般都是长期暴露于自然界中， 生态自然环境 是不确定因素 ， 会存在持续高温 、 雷击等各种极端

环境 。对物联网的应用有着巨大的挑战性 。 ③农业 节水中一般会使用蓄电池或光伏太阳能当作配电节 点设施 ， 能够有效提升传送数据的效率和稳定性 ， 确保物联网在有电环境下的连贯性运用。

3 物联网技术在大田农业应用中存在的问题

物联网技术的高速发展促进了我国各个行业领 域的发展， RFID 、 EPC 、 各种传感系统 、 数据智能 化处理技术和移动通信技术等都有颠覆性发展， 科 技创新能力同样在大幅提升 。 但是， 由于中国农业 物联网的应用启动比较晚 、 信息技术产业基础瓶颈 问题和系统融合集成开发水平比较欠缺 ， 我国大田 农业物联网系统在新式 、 尖端技术上和国外发达地 区对比还有待加强 ， 一些行业领域仍饱受掣肘 ， 具 体存在以下问题。

3.1 大田农业物联网的核心技术有待完善

国家正积极推进农业物联网体系建设 ， 已逐渐 形成了相应的立法 、 行政监督 、 示范应用机构和服 务体系队伍等， 但对应技术仍不完善 ， 新型传感器 和较高级传感器的部分技术仍未掌握 ， 较高通量的 农村大数据技术还没有完善 ， 在感知 、 识别等技术 方面和微机操作系统的开发仍处于初步阶段 。 当前， 在中国大田农业物联网的实际运用中， 视频监管还 仅局限于监控端， 缺乏别的可视性渠道的开放式运 用 ； 在监控系统中， 农田的生长图像数据实时分析 处理作用尚未完成 ； 各种传感系统还缺乏简单易用 的计算模型和相关的推论性能， 无法对收集的数据 作更进一步运用 ， 在引导农田生产上比较落后 。 因 此 ， 我国农业传感器设备及控制端的技术实力不高， 容易受应用环境的限制 ， 会遭到降雨和尘土等影响， 减少数据监测幅度 ， 数据精确度无法得到有效保障， 所以设备在使用上首先要考虑设备稳定度 ， 另外 ， 对农业物联网终端的维护保养也是非常重要的。

3.2 大田农业物联网现代化发展幅度有待提升

目前， 我国的众多高校以及相关科研单位 、 企 业单位都已开始实施农业物联网方面的研究和试点， 但是普遍存在着学校 、 企业之间合作幅度不强 ， 理 论实践结合不全面等情况 。 同时 ， 由于农业物联网 具有较长的产业链 ， 同时具有技术集成性较强 、 应 用范围较大 、 落实成本较高 、 实施效果见效慢等特 点 ， 使得其发展受到了一定的约束 。 此外 ， 就我国 目前实际情况来看 ， 农村在农业物联网方面的投入 规模普遍较小 ， 市场效能不高， 因此其在农村的覆 盖度 、 通用性等方面还有较大的发展空间 。 综上 ，

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在较短时间内 ， 我国的大田农业物联网发展方向依 然将会是由地方政府主导， 大型企业园区投入 2 种 方式。

4 大田农业节水物联网技术运用

在现代集约化农业灌溉的环境下 ， 物联网已在 我国大田农业节水作业中获得了一定程度的应用 ， 建立了由传感系统 、 通讯系统 、 控制系统与计算机 系统等现代信息技术融合应用的新体系 ， 共包含有 3 个技术层面 ， 分别为基于计算机网络的感知控制 层 、 用来传送监测数据的传送层 、 用于对终端数据 实时处理的处理层 ， 以此实现对数据信息的采集和 控制。

4.1 感知控制层对大田农业水分情况进行获取

大田土地中的水分浓度会对植株的发展造成直 接的影响 ， 而农村土地中的水分和养分也是植物发 育中可以通过人力方式进行调控的最主要原因 。 因 此 ， 农村土地水分检测成为了粮食作物在节水灌溉 中的根本内容 。 网络观察和管控层利用信息数据对 土壤的含水量状况进行量化数据分析 ， 在监控的管 理区域内各个角度上均布置有感应器信号数据的节 点 ， 可以定期对监视区域内土地的含水率状况进行 检测 ， 并将所收集的信息数据进行初始数据处理 ， 进而向数据信息的传输层发送结果 。 而对农作物所 需含水率的信息数据了解与收集则可运用取样检测 方法 、 定位测定法以及遥感信息技术等方法进行。

4.2 数据传送层对获取的土壤信息进行传输

数据传送层把从节点聚集过来的大田土质信息 和数据 ， 利用无线通信技术向网关传送 ， 同时将路 由协议与网络信息安全协议实施融合 ， 把数据信息 安全地往信息控制中心传送 。 因为农业数据的获得 即时性标准并不是很高， 所以在传送中出现延迟通 常不会对农作物种植形成较大影响 。 农业物联网的 网络通信技术也有很多种， 主要包括 ZigBee 通信技 术 、 分类无线服务技术 （GPRS）、 无线网络和无线 连接等形式 。 在这当中， ZigBee 在农业物联网较短 距离及低传输率需求中运用比较多 ； 无线网络技术 可以拉长无线通信网络距离 ， 扩展其覆盖范围 ， 拥 有低成本和兼容强等优势 ； GPRS 具有便捷性登录、 实时同步和高速通信等优势 ； 无线连接技术主要通 过带蓝牙功能的设备实施无线连接 ， 随后传送数据， 拥有传输速率快 、抗外部干扰能力强等优势 。 例如， 无线网络技术应用是由建立相应的传输信号模型， 将大田水稻的种植密度 、 土壤含水量与互联网射频

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的信号状况开展关联， 以此来实现信息处理和传送。

4.3 数据处理层对灌溉的方案进行制定

数据采集终端的处理层实际上就是传送数据信 息终端和控制端 。 物联网平台监测站加工处理收集 到的土质信息资料 ， 将数据信息向监控管理平台实 施传送 ， 这时使用者就依据得到的具体土壤含水量 的信息资料和决策依据调节灌溉系统启用指令 。 与 此同时 ， 相关控制端将收集 、 传送过来的信息资料 在数据库系统中开展贮存 ， 这时人们如要知晓农作 物生态条件和土质湿度数据 ， 完全可以通过数据库 系统提取信息 。 此外， 为了方便数据库的读取 ， 控 制端还需要开发出可视化的操作界面 ， 使人们可以 更直接地实施操控及管理 。 物联网技术农业节水体 系的数据管理层 ， 可以依据土壤墒情监测和浇灌决 策完成大田高效节水灌溉 ， 利用网络接口对大田农 业温度状况 、 环境的湿度和光照强度实施连续监控， 并在这个数据支撑下完成灌溉与施肥的管理。

5 增强大田农业节水物联网技术运用效果的策略

5.1 建立节水灌溉网络系统

首先 ， 地方政府必须运用现代化的物联网技术 与大数据技术手段与当地农田水利设施智能控制系 统进行关联， 运用远程连接 、 物联网连接技术 、 相 关自动化软件和供配电系统等构成完备的灌溉应用 系统 ， 然后由地方政府出面 ， 利用经费适当转移及 社会筹集资金等形式购入完备的辅助设备 ， 提高灌 溉系统能力的前提下利用互联网技术优化节水效果； 其次 ， 对系统网络实施精细化， 利用建立相应检查 区 、 数据采集区与管理区对农作物的生长情况进行 系统监测和控制 ， 利用监控系统对田地的墒情实施 及时性传送 ， 并通过智能化技术手段对灌溉农业节 水体系实施控制 ， 结合实际情况进行系统灌溉 。 最 后 ， 引入专业农田灌溉人才 ， 并对其实施互联网培 训 ， 需求全体工作人员一定要掌握物联网基础知识 和互联网技术 ， 确保全体工作人员可以灵活运用灌 溉节水监测控制终端及时加强农田灌溉作业 ， 并协 助地方农业农村工作， 进一步优化灌溉流程 ， 全面 加强节水作业 ， 确保该系统使用的高效化和全面性。 5.2 强化公共服务与定制服务的协调发展

在新形势下， 大田农作物种植方式成本和价格 的 “ 金箍 ” 还会在相应的时间内存在着 ， 而农业生 产者的收益局限及知识体系结构阻碍了其对数字信 息化 、 自动化技术的应用推动 。 因此 ， 在互联网信 息技术成熟和智能终端设施迅速普及化的大背景下，

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可以采取统筹兼顾 、 两步走的模式 ， 一方面 ， 加快 建设全国性土壤墒情综合服务平台构建 ， 针对栽植 范围不大 、 栽植种类多样化的个体用户为他们提供 公共资源个人定制和搜索服务，如种植业天气实况、 土壤墒情数据 、 积温信息和蒸发蒸腾量参考数据 ， 达到 “ 作为参照但是不为主导”， 另一方面 ， 针对种 田大户 、 行业龙头等标准化种植的人群 ， 其资金实 力雄厚 、 人员配备充裕 、 应用需求技术高， 就可以 进行全方位有目的性的数字信息化 、 自动化解决办 法构建 ， 从农资农事管控 、 生长过程管控 、 生产流 程水肥药自动化技术等层面实施全方位系统化技术 和设备搭配 ， 达到 “ 差异化服务”。

6 结束语

总而言之 ， 物联网技术是一类现代化的信息科 学技术 ， 有着众多优越性 ， 并广泛应用很多行业领 域 。 物联网技术在大田农业节水灌溉中的运用 ， 将 有助于农业生产科学化管理发展 。 为了促进其更高 效地运用 ， 仍然需要对该项技术持续实施探究及优 化。

参考文献

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