我國人均淡水資源為2300立方米，僅為世界平均水平的1/4，而農(nóng)業(yè)灌溉消耗了其中的62.3%。充分利用好有限的水資源，關(guān)系到國家的糧食安全和農(nóng)業(yè)從業(yè)者的效益，也關(guān)系到全民的生活品質(zhì)。在保收增收的前提下實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉、合理利用水資源成為當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。

智能灌溉系統(tǒng)是為保證農(nóng)作物需水量的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水而提出的一種新型灌溉技術(shù)，它通過各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的部署，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田和作物狀況的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、分析決策和集約化控制。它可以根據(jù)植物和土壤種類，光照數(shù)量來優(yōu)化用水量，還可以在雨后監(jiān)控土壤的濕度。和傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)相比，智慧灌溉系統(tǒng)在成本相當(dāng)?shù)那闆r下可以節(jié)約用水16%~30%，同時(shí)還能保證作物的成長因素更加優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增收的效果。

從傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)到智慧灌溉系統(tǒng)

傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)主要由管路和機(jī)電控制的閥門系統(tǒng)組成，通常缺乏傳感器部署，即便有傳感器存在，也不能和灌溉系統(tǒng)聯(lián)通，形成只能由人解讀的信息孤島。現(xiàn)場人員憑經(jīng)驗(yàn)或者操作規(guī)程進(jìn)行操作，很難根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際墑情、氣候情況和作物實(shí)際狀況部署最優(yōu)灌溉策略。 因此，其效率和效益兩方面都存在較大的改進(jìn)空間。通常智慧灌溉系統(tǒng)，主要由無線自動(dòng)控制器、物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點(diǎn)和電磁閥、傳感器等組成。

灌溉控制器為創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)無線智慧灌溉控制器，在控制器方圓約五平方公里范圍內(nèi)可以通過物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點(diǎn)接入不同規(guī)格的電磁閥、水泵、水壓計(jì)、傳感器等，所有傳感器和電磁閥不需要使用外部電源。灌溉控制器也可以用于霜凍監(jiān)測、預(yù)警和灌排實(shí)時(shí)控制。

無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分賦能灌溉系統(tǒng)升級(jí)

農(nóng)戶以其灌溉面積和成本策略不同，采用不同的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。這一領(lǐng)域較為常有的技術(shù)有低功耗藍(lán)牙、LoRa、NB-IoT等。低功耗藍(lán)牙、LoRa和NB-IoT這三種技術(shù)都是有源技術(shù)，都需要電池供電，均能主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。以上三種技術(shù)中，低功耗藍(lán)牙屬于短距離技術(shù)，在無視距障礙的情況下通常可以以最遠(yuǎn)距離250米來規(guī)劃部署節(jié)點(diǎn)，有視距障礙的情況下，可以酌減為50-150米之間。NB-IoT和LoRa 這兩種技術(shù)都是低功耗的廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，視距傳輸距離可以長達(dá)15~20千米，方便于大規(guī)模遠(yuǎn)程場景。NB-IoT服務(wù)由電信運(yùn)營商提供，電信運(yùn)營商的NB-IOT服務(wù)基站覆蓋的地區(qū)均可以使用。但反過來講，如果電信運(yùn)營商的信號(hào)沒有覆蓋或覆蓋不完備，除了等電信運(yùn)營商部署，就只能考慮做自組網(wǎng)了。LoRa技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是方便客戶搭建自組網(wǎng)的。它的好處是，自建網(wǎng)絡(luò)，想覆蓋到什么范圍就可以覆蓋到什么范圍。劣勢(shì)就是自建網(wǎng)絡(luò)需要自己進(jìn)行運(yùn)維。

工作原理

系統(tǒng)通過分析自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的前端采集的土壤、氣候、植物相關(guān)數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)結(jié)果并作出灌排決策，由灌溉控制器發(fā)射無線控制信號(hào)控制電磁閥的開關(guān)和持續(xù)時(shí)間，并實(shí)時(shí)監(jiān)測管道壓力及流量等信息，對(duì)農(nóng)田作物進(jìn)行精準(zhǔn)水肥灌溉。

傳統(tǒng)水肥灌溉設(shè)備在田間不同區(qū)域分別灌溉控制時(shí),需要將每個(gè)電磁閥以有線方式分別連接到控制器上，這種布線方式受田間日常耕作影響大，一旦線纜破損則影響整套灌溉系統(tǒng)工作且檢查維修比較麻煩，大田布線施工及材料成本也較高。最新研發(fā)的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)將改變這一傳統(tǒng)方式，實(shí)現(xiàn)灌溉控制器和電磁閥之間的無線連接。這一創(chuàng)新能夠解決傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)有線控制的弊端，為農(nóng)業(yè)灌溉提供更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和高效的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，給農(nóng)業(yè)精細(xì)化灌溉提供完整解決方案。

土壤墑情監(jiān)測

土壤水分是土壤肥力的重要組成部分，是植物生長發(fā)育的重要影響因素，土壤水分也是研究農(nóng)業(yè)干旱及作物干旱的重要參數(shù)，是節(jié)水農(nóng)業(yè)中的重要指標(biāo)。傳感器采集土壤溫濕度情況，對(duì)土壤溫度、濕度、PH值、水溫電導(dǎo)率、墑情監(jiān)測、并可對(duì)各農(nóng)田不同區(qū)域的土壤的狀態(tài)，趨勢(shì)變化等信息進(jìn)行監(jiān)測。為優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，監(jiān)測優(yōu)化效果提供決策依據(jù)，確保農(nóng)田增產(chǎn)增收。

用水量監(jiān)測

針對(duì)各灌溉、監(jiān)測區(qū)域安裝水表，自動(dòng)抄表，顯示用水量，可根據(jù)不同作物，不同區(qū)域，不同時(shí)間對(duì)灌溉的水量進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)判定是否開始灌溉。系統(tǒng)判定土壤溫濕度達(dá)到閾值，電子閥自動(dòng)打開，開始自動(dòng)灌溉，當(dāng)溫濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，灌溉停止。

無線智能灌溉系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1.傳輸信號(hào)穩(wěn)定，實(shí)時(shí)監(jiān)測，遠(yuǎn)程控制失誤率低，準(zhǔn)確率高

2.防水，耐熱，耐寒，可長期穩(wěn)定運(yùn)行，安全節(jié)能

3.根據(jù)農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)場情況，可靈活設(shè)置灌溉電磁閥，合理用水

4.多點(diǎn)數(shù)據(jù)組網(wǎng)傳輸，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)耗用少，智能澆灌

5.氣象站配備傳感器，可根據(jù)實(shí)際需求自由組合

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)形勢(shì)下趨勢(shì)分析與展望

在互聯(lián)網(wǎng)＋時(shí)代，無線智能灌溉成為未來智能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的核心，農(nóng)民可以不用完全掌握有關(guān)農(nóng)業(yè)灌溉的技術(shù)，而通過信息的推送和專業(yè)的服務(wù)直接獲得決策信息，實(shí)現(xiàn)真正的硬件操作“傻瓜化”向軟件決策服務(wù)“傻瓜化”過渡。 在政府對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力支持下，無線智能灌溉技術(shù)已是大勢(shì)所趨。由于無線智能灌溉技術(shù)尚未在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，所以，對(duì)于出現(xiàn)的問題要積極解決，促進(jìn)其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，使其達(dá)到產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化，使農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要作用得到充分發(fā)揮。

總結(jié)

基于無線傳感技術(shù)的無線節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的智慧灌溉，全面推進(jìn)灌區(qū)灌溉管理的現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來更多的效益。

作為國內(nèi)知名的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案商，深圳信馳達(dá)科技以其先進(jìn)的射頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)，其藍(lán)牙、LoRa、NB-IoT產(chǎn)品為多家海內(nèi)外客戶打造智慧灌溉農(nóng)業(yè)解決方案提供了賦能，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

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審核編輯黃宇