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本文通過對國內(nèi)外智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀分析,分析了我國智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其存在問題,并闡述了在我國發(fā)展智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的必要性,這將對節(jié)約用水、提高作物產(chǎn)量,促進(jìn)我國現(xiàn)代化節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
我國水資源總量豐富,但人均占有量不足世界人均值的1/4,作為農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)用水占據(jù)全國總用水量的70%以上,日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染和水資源浪費,更加劇了水資源的缺乏,使得用水矛盾更加凸顯。隨著水資源的日趨緊張,世界各國都在積極探索行之有效的節(jié)水措施[1]。
噴灌法、微灌法、滲灌法等,都是為解決水資源不足、提高灌溉水利用效率而發(fā)展起來的現(xiàn)代化的高效節(jié)水措施[2-3]。然而與節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比,我國的噴灌、滴灌占有效灌溉面積的比例極低,且自動化、智能化程度不高,這與我國水資源嚴(yán)重緊缺的形勢不相適應(yīng)。
1 國外智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的研究
智能化灌溉是為了能更加高效的利用水資源,達(dá)到最優(yōu)的節(jié)水增產(chǎn)目標(biāo),把生物學(xué)、人工智能、微電子等多種高新技術(shù)結(jié)合到節(jié)水灌溉技術(shù)中,按照不同作物對水的需求量不同進(jìn)行不同水量的灌溉。
其中智能化灌溉控制器是智能灌溉的核心,能根據(jù)降雨量、當(dāng)前溫度、歷史用水情況,以及土壤含水量等要素,自動調(diào)整灌溉運行時間[4]。
隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和微電子技術(shù)的應(yīng)用,國外的設(shè)施農(nóng)業(yè)也不斷地向智能化方向發(fā)展[5]。雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司在20世紀(jì)80年代成功研制了智能化中央計算機(jī)灌溉控制系統(tǒng),并且隨著計算機(jī)硬件、軟件的飛速發(fā)展,該系統(tǒng)也得到了越來越多的應(yīng)用。
國外節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展較早,已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,加上他們利用先進(jìn)的電子計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)了對灌溉控制的自動化管理。其中又以美國、以色列、澳大利亞等幾個國家最為突出。
美國瓦爾蒙特工業(yè)股份有限公司和ARS公司聯(lián)合開發(fā)的一種紅外濕度計能夠自動讀取作物葉面濕度,并將其反饋給中央控制器,然后通過電腦對灌溉系統(tǒng)發(fā)出灌水的指令;以色列極度缺水,通過全國鋪設(shè)管道輸水來降低輸水損失,并大量采用噴灌、滴灌技術(shù),通過家庭計算機(jī)和無線控制技術(shù)對灌溉實行自動化的管理使得其灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)0.9以上[6-7]。
2 國內(nèi)智能化節(jié)水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀
我國的節(jié)水農(nóng)業(yè)根據(jù)我國國情,在科技工作者不斷地推陳創(chuàng)新中形成了自己的特色和優(yōu)勢,但在現(xiàn)代化的信息技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)、人工智能的利用上與發(fā)達(dá)國家相比依舊存在差距。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)上缺乏競爭力。
自1990年起科技部通過863計劃,我國就開始實施農(nóng)業(yè)節(jié)水智能化示范區(qū)的工程建設(shè),近些年來智能化節(jié)水灌溉已有所發(fā)展。
北京市第1個農(nóng)村節(jié)水灌溉計量信息化管理的示范區(qū)通州區(qū),于2010年建成實現(xiàn)了村級農(nóng)業(yè)用水的智能化計量管理[8];云南省昭通市昭陽區(qū)的智能化灌溉蘋果園,利用電磁閥實現(xiàn)了對園內(nèi)滴管、微噴設(shè)施的遠(yuǎn)程控制[9];
唐山市豐南區(qū)的智能井房建設(shè)更是做到了計算機(jī)與遙感技術(shù)、傳感器等的結(jié)合,聯(lián)系農(nóng)業(yè)部土壤墑情、氣候預(yù)報,做到了更加精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)灌溉[10]。這些智能化的灌溉及管理措施給當(dāng)?shù)毓┧块T的工作帶來了便利的同時也極大地提高了農(nóng)業(yè)用水的效率,也實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收。
雖然智能化節(jié)水灌溉在我國已有所探索并在局部地區(qū)開始應(yīng)用,但這些只是局部小范圍的,而且靠大量的財政扶持,尚沒有形成一個完整的產(chǎn)業(yè)體系,也沒有做到大范圍的推廣。
3 智能化節(jié)水灌溉的必要性與趨勢
2012年國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要(2012-2020年)》[11]給出了到2020年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)0.55以上發(fā)展目標(biāo)。截止2013年底,我國高效節(jié)水灌溉面積為1.42×107hm2[12],根據(jù)相關(guān)部門預(yù)測,到2030年底我國缺水量將高達(dá)1300~2600億m3,其中農(nóng)業(yè)缺水量達(dá)500~700億m3。
而且我國水資源分布極不均勻,在地域上南多北少、東多西少,在時間上雨季旱季明顯,占耕地面積60%以上的北方水資源量只有20%左右。
“十三五”規(guī)劃中,我國要新增高效節(jié)水灌溉面積0.067億hm2,農(nóng)田有效灌溉面積達(dá)0.67億hm2以上。如何解決缺水與灌溉面積增加之間的矛盾,來緩解水資源緊缺的問題,實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),這就需要在灌溉系統(tǒng)中合理地推廣自動化控制,并逐步提高節(jié)水灌溉的智能化水平。
就目前而言,我國智能化節(jié)水灌溉技術(shù)還處于初級發(fā)展階段。與節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比,我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)有水平不高,在引進(jìn)的自動化控制器中大多不能適應(yīng)中國的實際情況,不僅如此,高昂的價格更是阻礙了在我國的推廣[14-16]。
在國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展要求和農(nóng)業(yè)用水緊缺的矛盾中,高效的、自動化、智能化的節(jié)水方式應(yīng)該成為我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展目標(biāo)。而發(fā)展的相對滯后也帶來了潛在的巨大市場。
4 結(jié)束語
水資源短缺與水污染嚴(yán)重是世界性問題,農(nóng)業(yè)是用水大戶,如何解決農(nóng)業(yè)用水浪費、提高灌溉水利用率是世界各國面臨的共同問題。在現(xiàn)代工業(yè)的支撐下,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)也在向著智能化方向發(fā)展。
隨著社會對農(nóng)業(yè)要求的不斷增高以及現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的不斷提升,結(jié)合人工智能、現(xiàn)代信息技術(shù)、3S技術(shù)的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)也將有更深層次的發(fā)展,從自動化的不斷普及開始,向更安全、高效、多功能控制的智能化節(jié)水灌溉方式邁進(jìn),這必將給中國的節(jié)水農(nóng)業(yè)帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械;智能化;應(yīng)用;發(fā)展
引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)、社會的不斷發(fā)展,我國對各種農(nóng)產(chǎn)品的需求量也在不斷增加,在這種情況下必須不斷采取措施提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量,滿足我國對農(nóng)產(chǎn)品日益增長的需求,推動我國經(jīng)濟(jì)、社會的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展。
1在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用智能化技術(shù)的意義
農(nóng)業(yè)是我國社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱型產(chǎn)業(yè),與我國人民的日常生活密切相關(guān)。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史十分悠久,距今已有數(shù)千年的歷史。我國最早期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是依靠人力進(jìn)行的,后來逐漸使用耕牛等牲畜進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn),這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的效率非常低,人和牲畜的勞動強(qiáng)度也非常大。隨著人類社會、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中逐漸出現(xiàn)收割機(jī)、播種機(jī)、脫粒機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械,取代了傳統(tǒng)的人工勞動,使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率得到了極大提高。隨著我國信息化技術(shù)、機(jī)械化技術(shù)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)無法滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求,迫切需要提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的機(jī)械化水平、智能化水平,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化生產(chǎn),解放傳統(tǒng)的勞動力,減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,提高農(nóng)作物產(chǎn)量。近年來,我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化得到了十分迅猛的發(fā)展,各種農(nóng)業(yè)機(jī)械逐漸走進(jìn)廣大農(nóng)民的生活,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展發(fā)揮著重要的推動作用。目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用率在飛速提高,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)具有較高的機(jī)械化水平。在這種背景下,我國政府大力推動智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展,不斷采取措施提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化水平、自動化水平,希望能夠依靠智能的農(nóng)業(yè)機(jī)械來解放農(nóng)村勞動力,提高農(nóng)民收入水平,推動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2018年國務(wù)院提出,應(yīng)當(dāng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中大力應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星定位等先進(jìn)技術(shù),順應(yīng)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢,推動我國農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展。通過在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用智能化技術(shù),可以促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源、勞動力利用率不斷提高,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境所造成的污染和破壞,在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的同時還可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境效益,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會三者的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用智能化技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械功能更加齊全,許多依靠人力難以解決的問題都能夠得到有效解決,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到了極大提高[1]。與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械相比,應(yīng)用智能化技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械運行的安全性、可靠性更高,在運行過程中可以自動監(jiān)控運行狀態(tài),實現(xiàn)對故障問題的自我診斷,當(dāng)出現(xiàn)故障問題時可以及時通過系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警,農(nóng)民可以及時明確農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障問題,并對故障問題進(jìn)行解決,避免故障問題進(jìn)一步擴(kuò)大而阻礙整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。此外,應(yīng)用智能化技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械還可以對氣候、環(huán)境信息進(jìn)行實時監(jiān)控,根據(jù)收集的氣候、環(huán)境信息以及目前的實際產(chǎn)量對接下來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動進(jìn)行預(yù)測,根據(jù)農(nóng)作物具體的生長情況、周邊的環(huán)境因素制定下一階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃,確保制定出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃有著極高的科學(xué)性、合理性。
2現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中對智能化技術(shù)的應(yīng)用
2.1新能源技術(shù)
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用新能源技術(shù),主要是加強(qiáng)對風(fēng)能、太陽能等的利用。太陽能作為環(huán)保、可再生的能源可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的運行提供動力,并可應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的病蟲害防治、農(nóng)作物的灌溉和種植等領(lǐng)域,可以推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的有效提高,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對環(huán)境所造成的污染。如,利用太陽能技術(shù)建立光電溫室大棚,為大棚中各種農(nóng)作物的生長提供電能、熱能;利用太陽能技術(shù)研發(fā)誘蟲燈等設(shè)備應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中,可以及時殺滅各種害蟲,避免農(nóng)作物出現(xiàn)病蟲害問題。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用農(nóng)藥、化肥所造成的農(nóng)藥殘留、土壤肥力降低等問題也可以得到有效解決。此外,還可以利用太陽能技術(shù)構(gòu)建太陽能制冷器、集熱器、真空平板等設(shè)備,將太陽能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能,為農(nóng)業(yè)機(jī)械運行提供動力,太陽能制冷器可以降低農(nóng)業(yè)機(jī)械運行溫度,避免農(nóng)業(yè)機(jī)械由于過熱而引發(fā)一系列的故障問題,確保在高溫天氣下農(nóng)業(yè)機(jī)械仍然可以穩(wěn)定運行。對于風(fēng)能的利用主要是構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電設(shè)備將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能,為農(nóng)業(yè)機(jī)械運行提供充足的電力,有效降低農(nóng)業(yè)機(jī)械的運行成本,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。
2.2自動控制技術(shù)
在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用自動控制技術(shù),可以有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械運行的自動化、智能化水平,構(gòu)建完善的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動運行監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)??梢詫⒆詣涌刂葡到y(tǒng)、電子監(jiān)視系統(tǒng)安裝到各種農(nóng)業(yè)機(jī)械內(nèi)部,在主要農(nóng)業(yè)機(jī)械的駕駛室中安裝智能顯示屏并與其它農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動控制系統(tǒng)、電子監(jiān)視系統(tǒng)相連接,實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械運行的實時監(jiān)控。澳大利亞等國家依靠傳感器技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)作物自動監(jiān)測與管控系統(tǒng),能夠及時收集光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境數(shù)據(jù),并將收集到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中,經(jīng)過計算機(jī)的分析處理后傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)裝置,調(diào)節(jié)裝置根據(jù)計算機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)指令實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境的自動調(diào)節(jié)。
2.3計算機(jī)視覺技術(shù)
在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用計算機(jī)視覺技術(shù),主要是依靠攝像機(jī)、計算機(jī)等設(shè)備對人的視覺功能進(jìn)行模擬,代替人去識別、監(jiān)控、測量不同的農(nóng)業(yè)目標(biāo)。田間作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜,環(huán)境因素眾多,并且依靠人的視覺對農(nóng)作物生長方向、位置等進(jìn)行確定十分困難。而依靠計算機(jī)視覺技術(shù)可以無視復(fù)雜的田間作業(yè)環(huán)境,全面收集田間的各種環(huán)境因素,對農(nóng)作物生長方向、位置進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確地識別,后續(xù)還可以根據(jù)識別到的農(nóng)作物生長方向、位置來對農(nóng)業(yè)機(jī)械的運行路線進(jìn)行規(guī)劃,切實提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。計算機(jī)視覺技術(shù)還可以應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品的檢測工作中,只需要采集農(nóng)產(chǎn)品的圖像就可以對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行精準(zhǔn)檢測,不需要和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生接觸,不會對農(nóng)產(chǎn)品造成損壞。
2.4電子智能化技術(shù)
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用電子智能化技術(shù),可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化、精準(zhǔn)化水平,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)進(jìn)行。西方發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用先進(jìn)的智能技術(shù),并結(jié)合各種電子信息技術(shù)構(gòu)建了智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng),研發(fā)出各種能夠智能采摘、收獲、播種的機(jī)械設(shè)備。以色列利用電子智能化技術(shù)、自動控制技術(shù)研發(fā)出自動灌溉系統(tǒng),能夠自動進(jìn)行灌溉,并自動對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控,灌溉的精準(zhǔn)度得到了極大提升。德國研發(fā)出可以與智能手機(jī)相連接的電動小型拖拉機(jī),大型農(nóng)場主可以通過智能手機(jī)對電動小型拖拉機(jī)進(jìn)行控制,對其駕駛室事先進(jìn)行預(yù)熱或制冷。
2.5GPS導(dǎo)航技術(shù)
GPS導(dǎo)航技術(shù)有著操作簡單、成本低、效率高的優(yōu)點,在農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到了極為廣泛地應(yīng)用。日本依靠GPS導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)出無人駕駛的拖拉機(jī),能夠自動從倉庫中駛?cè)朕r(nóng)場,并且這種無人駕駛拖拉機(jī)還應(yīng)用了GPS測量技術(shù),定位的精確度非常高,能夠嚴(yán)格按照規(guī)定的路線運行。美國等國家在小型無人機(jī)等機(jī)械中應(yīng)用了GPS導(dǎo)航技術(shù),事先在導(dǎo)航系統(tǒng)中設(shè)置好小型無人機(jī)的飛行路線、速度、高度,通過小型無人機(jī)來進(jìn)行農(nóng)藥的噴灑,農(nóng)藥噴灑的效率得到了極大提高,農(nóng)藥對農(nóng)作物的穿透性也變得更強(qiáng),效果得到了極大提升。
3推動農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展的措施
農(nóng)業(yè)智能化的實現(xiàn)必須以農(nóng)業(yè)機(jī)械化為基礎(chǔ),因此我國需要不斷提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及率、利用率,不斷提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化水平。各級部門需要意識到農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化發(fā)展的重要性,落實我國的和農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展相關(guān)的政策,加大對農(nóng)業(yè)機(jī)械普及的資金投入,加大對農(nóng)民的扶持力度,確保農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平能夠得到有效提高。在農(nóng)業(yè)機(jī)械普及率不斷提高的基礎(chǔ)上,各級部門需要加大對智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的推廣力度,讓廣大農(nóng)民意識到智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要作用,不斷提高智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的利用率[3]。針對現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械,相關(guān)部門可以利用各種智能化技術(shù)、自動控制技術(shù)對其進(jìn)行改造,確?,F(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能及智能水平得到有效提高。相關(guān)部門還可以構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化生產(chǎn)示范基地,加大對農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的宣傳力度,讓廣大農(nóng)民對農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化有深入地了解,并為后續(xù)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的實際應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】自動控制技術(shù);農(nóng)業(yè)自動化
由于歷史、觀念和技術(shù)等方面的原因, 我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)的科技進(jìn)步。近些年來, 自動化的研究逐漸被人們所認(rèn)識, 自動控制在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越受到重視。例如,把計算機(jī)技術(shù)、微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)結(jié)合起來, 應(yīng)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械, 極大地促進(jìn)了產(chǎn)品性能的提高。我國農(nóng)業(yè)部門總結(jié)了一些地區(qū)的農(nóng)業(yè)自動化先進(jìn)經(jīng)驗(如臺灣地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、漁業(yè)生產(chǎn)自動化、畜牧業(yè)生產(chǎn)自動化及農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易自動化)的開發(fā)與應(yīng)用情況, 同時也汲取了國外一些國家的先進(jìn)經(jīng)驗、技術(shù),如日本的四行半喂人聯(lián)合收割機(jī)是計算機(jī)控制的自動化裝置在半喂人聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用,英國通過對施肥機(jī)散播肥料的動力測量來控制肥料的精確使用量。這些技術(shù)和方法是我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化裝置得到了補(bǔ)充和新的發(fā)展,從而形成了一系列適合我國農(nóng)業(yè)特點的自動化控制技術(shù)。
1.已有的農(nóng)業(yè)機(jī)械及裝置的部分自動化控制
自動化技術(shù)提高了已有農(nóng)業(yè)機(jī)械及裝置的作業(yè)性能和操作性能。浙江省把自動化技術(shù)應(yīng)用于茶葉機(jī)械上,成功研制出6CRK-55型可編程控制加壓茶葉揉捻機(jī),它利用計算機(jī)控制電功加壓機(jī)構(gòu),能根據(jù)茶葉的具體情況編制最佳揉捻程序?qū)崿F(xiàn)揉捻過程的自動控制,是機(jī)電一體化技術(shù)在茶葉機(jī)械上的首次成功應(yīng)用。
1.1應(yīng)用于拖拉機(jī)
在農(nóng)用拖拉機(jī)上已廣泛使用了機(jī)械油壓式三點聯(lián)結(jié)的位調(diào)節(jié)和力調(diào)節(jié)系統(tǒng)裝置, 現(xiàn)又在開發(fā)和采用性能更完善的電子油壓式三點聯(lián)結(jié)裝置。
1.2應(yīng)用于施肥播種機(jī)
根據(jù)行駛速度和檢測種子粒數(shù)來確定播種量是否符合要求的裝置, 以及將馬鈴薯種子割成瓣后播種的裝置等。
1.3應(yīng)用于谷物干燥機(jī)
不受外界條件干擾, 能自動維持熱風(fēng)溫度的裝置停電或干燥機(jī)過熱引起火災(zāi)時,自動掐斷燃料供給的裝置。
2.微灌自動控制技術(shù)
我國從20世紀(jì)年50代就開始進(jìn)行節(jié)水灌溉的研究與推廣據(jù)統(tǒng)計。到1992年,全國共有節(jié)水灌溉工程面積0.133億m2,其中噴灌面積80萬m2, 農(nóng)業(yè)節(jié)水工程取得了巨大的進(jìn)展。灌溉管理自動化是發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的重要手段,高效農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)要求必須實現(xiàn)水資源的高效利用。采用遙感遙測等新技術(shù)監(jiān)測土壤墑性和作物生長情況,對灌溉用水進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測預(yù)報,實現(xiàn)灌溉用水管理的自動化和動態(tài)管理。在微灌技術(shù)領(lǐng)域,我國先后研制和改進(jìn)了等流量滴灌設(shè)備、微噴灌設(shè)備、微灌帶、孔口滴頭、壓力補(bǔ)償式滴頭、折射式和旋轉(zhuǎn)式微噴頭、過濾器和進(jìn)排氣閥等設(shè)備,總結(jié)出了一套基本適合我國國情的微灌設(shè)計參數(shù)和計算方法,建立了一批新的試驗示范基地。在一些地區(qū)實現(xiàn)了自動化灌溉系統(tǒng),可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。這種系統(tǒng)中應(yīng)用了灌水器、土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器、電線等。
3.自動控制技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
引言
我國當(dāng)前最基本的民生產(chǎn)業(yè),會受到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的直接性影響。在我國農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展的過程中首先要保障農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量,也應(yīng)該將農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量以及品質(zhì)進(jìn)行改善,并且將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的主要結(jié)構(gòu)調(diào)整好,這樣可以改善環(huán)境污染、資源嚴(yán)重不足、利用率低、生產(chǎn)效益低下等問題,才能促進(jìn)農(nóng)業(yè)長期健康發(fā)展。由此可知,研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有十分重要的意義。
1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
1.1 產(chǎn)生農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的背景分析
當(dāng)前,在我國農(nóng)業(yè)科技生產(chǎn)中,農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是其中十分重要的內(nèi)容,現(xiàn)在我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向,主要的就是實現(xiàn)“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化以及信息化融合”的目標(biāo),“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”實質(zhì)上就是借助相關(guān)的智能傳感設(shè)備對農(nóng)業(yè)種植環(huán)境及操作過程進(jìn)行實時監(jiān)控,同時借助相關(guān)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備中無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各個數(shù)據(jù)向信息控制中心傳送,這樣可以對農(nóng)作物在生長過程中所需要的各個環(huán)境條件(如:土壤溫度、含水量、濕度、光照、病蟲發(fā)生情況以及溫度等)進(jìn)行智能監(jiān)測控制,并且做到及時灌溉和技術(shù)防治,也有助于達(dá)到自動檢測生態(tài)新型農(nóng)業(yè)種植的效果。
1.2 在農(nóng)業(yè)種植環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
在農(nóng)業(yè)種植環(huán)境中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,主要是體現(xiàn)在以下兩個方面:(1)第一個方面,就是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)有效監(jiān)管農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。在應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過程中,常常會有效地應(yīng)用著很多其他技術(shù),例如:網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)中間件、傳感器網(wǎng)絡(luò)、條形碼、電子標(biāo)識等,這樣可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、交易信息、儲運的實時監(jiān)控以及透明化,這樣也更加有助于實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品全程的管控追溯,有效地保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。(2)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能化管理農(nóng)業(yè)種植,在種植過程中,安裝智能控制的系統(tǒng),這樣可以實時監(jiān)測整個農(nóng)作物種植環(huán)境中所需參數(shù),按照參數(shù)變化狀況總結(jié)最佳生產(chǎn)農(nóng)作物的環(huán)境條件,把握農(nóng)作物生產(chǎn)的環(huán)境要求,在無線傳感器節(jié)點應(yīng)用中獲取生物信息的方法,掌握更多有效地精準(zhǔn)調(diào)控溫室的科學(xué)依據(jù)[2]。
2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
2.1 監(jiān)控農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)種植環(huán)境系統(tǒng)的主要技術(shù)
在控制系統(tǒng)監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境的過程中,會有效地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),其中主要的技術(shù)有兩個方面:第一個方面,就是在感知層采集以及感知無線數(shù)據(jù);第二個方面,就是借助遠(yuǎn)程智能化控制網(wǎng)絡(luò)傳輸層的計算機(jī)來分析收集的數(shù)據(jù),對作物生長過程中必需的水分、溫度以及空氣等進(jìn)行有效的控制,這樣更加有助于創(chuàng)造更加精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)種植方式[3]。
2.2 構(gòu)建監(jiān)控農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)種植環(huán)境的系統(tǒng)
在我國農(nóng)業(yè)種植的環(huán)境中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這樣就能夠適時有效地監(jiān)控種植農(nóng)業(yè)作物的主要環(huán)境,其中比較重要的部分就是:感知層:采集以及感知相關(guān)的數(shù)據(jù),達(dá)到種植農(nóng)業(yè)作物環(huán)境中科學(xué)合理的光照、空氣濕度、空氣溫度、土壤濕度,以及將實時感知自動灌溉系統(tǒng)的數(shù)值向ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點上進(jìn)行傳輸;實時感知自動灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用主要是有效地將出現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)采集,并且進(jìn)行信息處理以及存儲,甚至是按照下達(dá)的控制指令,有效地為客戶提供的決策以及分析的主要依據(jù),這樣客戶就能夠隨時隨地借助電腦等終端進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的查詢[4]。
2.3 構(gòu)建監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境的系統(tǒng)
在構(gòu)建監(jiān)控農(nóng)業(yè)種植環(huán)境的系統(tǒng)中,最主要的兩部分構(gòu)建系統(tǒng)有構(gòu)建的系統(tǒng)軟件以及構(gòu)建的系統(tǒng)硬件:第一部分,就是構(gòu)建的系統(tǒng)軟件,設(shè)計系統(tǒng)軟件的主要工作就是設(shè)計ZigBee 協(xié)議棧的程序,以及設(shè)計傳感器節(jié)點的程序。第二部分,就是構(gòu)建的系統(tǒng)硬件,主要有(1)電源板,很好地連接著傳感控制模塊以及無線節(jié)點模塊并且還可以將電源提供給系統(tǒng)。(2)控制以及傳感模塊,要有光照強(qiáng)度、濕度傳感器,以及溫度傳感器。(3)無線節(jié)點模塊,ZigBee 主要是應(yīng)用在低功耗以及低成本的射頻中,其中有傳感節(jié)點以及網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器[5]。
關(guān)鍵詞:農(nóng)田水利工程;水利信息管理技術(shù);應(yīng)用;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率
中圖分類號: S274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A DOI編號: 10.14025/ki.jlny.2016.19.034
水利工程的開展關(guān)系到農(nóng)田的灌溉、蓄水以及抗洪等工作,而通過信息管理技術(shù)的引入,傳統(tǒng)的水利工程變得更智能化,以數(shù)據(jù)搜集、處理、應(yīng)用為載體的農(nóng)田水利信息不僅能夠為農(nóng)田作業(yè)提供自然條件變化數(shù)據(jù),更能夠精準(zhǔn)的測算水利工程的相關(guān)數(shù)據(jù),繼而以地區(qū)水資源的分布信息以及農(nóng)田灌溉作業(yè)的實際情況為依托,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的參考,隨時保障農(nóng)作物的灌溉和保護(hù),提高農(nóng)田與水資源的利用效率。因此,現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與研究人員應(yīng)當(dāng)從農(nóng)田水利工程的實際情況出發(fā),結(jié)合最新的信息管理技術(shù),來探究農(nóng)田水利信息,并結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)探究農(nóng)田水利信息管理技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)策略,保障農(nóng)田的高效實用以及資源的節(jié)約與保護(hù)。
1 農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的特點
本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗以及農(nóng)田水利信息管理工作開展的現(xiàn)狀,梳理農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的相關(guān)特點,以探究農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的本質(zhì)情況,繼而為其應(yīng)用提供有利的參考。
1.1智能化信息搜集與傳輸,保障農(nóng)田水利數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用
與傳統(tǒng)農(nóng)田水利工程不同,農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠?qū)r(nóng)田的水源、灌溉作業(yè)等進(jìn)行實時的監(jiān)控,還能夠及時的將相關(guān)信息進(jìn)行電子化處理,并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中。通過智能化的信息搜集與傳輸系統(tǒng),農(nóng)田內(nèi)實際水源的分布,灌溉工作的頻率以及農(nóng)作物的生長信息等都能被有效的存儲起來,并加以處理分析。通過信息的應(yīng)用,各個農(nóng)田的實際信息將能夠得到有效的反饋,水利工程施工作業(yè)以及后期的應(yīng)用等將根據(jù)農(nóng)田的實際情況來開展,工程作業(yè)更有針對性。
1.2良好的用戶體驗,提升農(nóng)田水利工程的作業(yè)效率
農(nóng)田水利信息分為采集層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層以及用戶層五個層次,前期往往通過相關(guān)的設(shè)備以及智能工具來完成,而用戶層則是在前期工作的基礎(chǔ)上直接服務(wù)于相關(guān)人員。通過信息的后臺處理與分析,農(nóng)田水利信息管理系統(tǒng)往往能夠呈現(xiàn)出直觀的參考內(nèi)容,使得用戶通過顯示屏瀏覽就能直觀的掌握各個農(nóng)田分布區(qū)的實際情況。在這良好的用戶體驗下,傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)水利工程變得更加的簡單化,農(nóng)田灌溉、抗洪、水資源調(diào)配等工作的效率得到提升。
1.3信息的及時反饋,保障農(nóng)業(yè)灌溉措施的及時應(yīng)用
農(nóng)田水利信息管理技術(shù)采取24小時不間斷作業(yè),隨時進(jìn)行信息的傳輸、存儲與分析,因此在實際的技術(shù)應(yīng)用過程中,該信息系統(tǒng)不僅能夠根據(jù)過去的數(shù)據(jù)分析農(nóng)田的實際情況與生產(chǎn)規(guī)律,還能夠?qū)崟r反饋各個目標(biāo)農(nóng)田的變化,讓用戶足不出戶掌握當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際情況,并隨時應(yīng)對出現(xiàn)的問題。
2 農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的應(yīng)用
農(nóng)田水利信息管理技術(shù)具有信息傳遞、存儲、分析的功能,也具有信息的反饋與處理的功能,繼而為農(nóng)業(yè)作業(yè)人員提供良好的參考,提升農(nóng)業(yè)作業(yè)的實際效率,保護(hù)了農(nóng)田與水資源。
2.1建立農(nóng)業(yè)配套政策措施,保障農(nóng)田水利信息管理技術(shù)作用的發(fā)揮
隨著農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的使用,農(nóng)田作業(yè)的信息得到了及時的搜集與反饋,因此農(nóng)田中傳統(tǒng)的灌溉、防汛等問題也在逐漸的暴露?,F(xiàn)階段除了基本的農(nóng)業(yè)管理規(guī)范外,基層單位還應(yīng)當(dāng)積極推廣配套的農(nóng)業(yè)指導(dǎo)措施,基層單位根據(jù)信息管理系統(tǒng)反饋的信息來指導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn),而農(nóng)民也應(yīng)當(dāng)科學(xué)的利用農(nóng)田資源和水資源。
2.2改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方式,建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
現(xiàn)階段,不少地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式還是延續(xù)了傳統(tǒng)的家庭式小農(nóng)生產(chǎn)作業(yè)模式,這種模式不便于統(tǒng)一的管理,對于農(nóng)田水利信息管理系統(tǒng)所傳遞的信息也無法及時的進(jìn)行反饋作業(yè)。因此在智能化水利系統(tǒng)應(yīng)用的今天,基層單位還應(yīng)當(dāng)改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理方式,以農(nóng)田檢測區(qū)為單位組建生產(chǎn)合作組,并根據(jù)信息系統(tǒng)所反饋的內(nèi)容及時的進(jìn)行統(tǒng)一灌溉,以保障農(nóng)田水利作業(yè)的效率,并節(jié)約水資源。
2.3構(gòu)架專業(yè)人才隊伍,防止信息“孤島”現(xiàn)象出現(xiàn)
隨著水利信息管理技術(shù)的深入應(yīng)用,系統(tǒng)所能傳遞和反饋的信息將越來越豐富,如果沒有專業(yè)人才進(jìn)行現(xiàn)場的監(jiān)控與解讀,即使再良好的用戶體驗,信息的獲取與解讀仍然會存在大量的遺漏。因此在水利信息管理技術(shù)應(yīng)用的過程中,除了配套的農(nóng)業(yè)農(nóng)田管理措施外,還應(yīng)當(dāng)組建專業(yè)化的人才隊伍,以充分發(fā)揮信息系統(tǒng)的實際作用。
3結(jié)語
本文結(jié)合實際的工作經(jīng)驗以及現(xiàn)階段農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的發(fā)展情況,探究農(nóng)田水利信息管理技術(shù)的應(yīng)用。農(nóng)田水利管理信息技術(shù)具有信息的及時傳遞、良好的用戶體驗、實時檢測等特點,為了有效應(yīng)用好該技術(shù),相關(guān)單位要制定好配套的農(nóng)業(yè)措施,改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方式,并組建專業(yè)化人才隊伍,保障水利信息管理技術(shù)作用的發(fā)揮。
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