農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用

劉萬(wàn)臣

摘 要：我國(guó)水資源的占有量在世界上占有一席之地，但是作為一個(gè)人口大國(guó)，人均占有量卻不能趕上世界的平均水平。并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水資源也變得越來(lái)越緊張，面對(duì)這樣的情況，節(jié)約用水成了各個(gè)國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)。眾所周知，我國(guó)的水資源一半以上用于農(nóng)業(yè)灌溉，所以在本研究中筆者將探討農(nóng)業(yè)灌溉的節(jié)水。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)節(jié)水；自動(dòng)灌溉系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

隨著科技的不斷發(fā)展，各種自動(dòng)化不斷進(jìn)入人們的生活，所以農(nóng)業(yè)灌溉的自動(dòng)化也越來(lái)越普遍。目前我國(guó)在農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化灌溉方面存在的比較嚴(yán)重的問(wèn)題便是水資源的利用率低。所以對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用研究便具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 關(guān)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的的簡(jiǎn)介

1.1 關(guān)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的原理

自動(dòng)灌溉系統(tǒng)由中央控制計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電磁閥及軟件系統(tǒng)組成，自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的整體操作的過(guò)程為，首先需要人工的制定一套最適合的灌溉的數(shù)據(jù)。例如植物需要的最佳的含水量，需要的雨水量，以及最適合植物生長(zhǎng)的溫度等。這些數(shù)據(jù)會(huì)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。然后通過(guò)傳感器，會(huì)感知在土地里的實(shí)際的各種數(shù)值。然后傳感器將這些數(shù)據(jù)傳給自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)。中央處理系統(tǒng)將實(shí)際測(cè)得的各種數(shù)據(jù)與本來(lái)設(shè)定的數(shù)據(jù)相比對(duì)，然后就可以得出是否需要灌溉。當(dāng)實(shí)際的數(shù)值低于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值時(shí)，便會(huì)灌溉。當(dāng)時(shí)實(shí)際的數(shù)值高于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值時(shí)，相應(yīng)的灌溉系統(tǒng)的開關(guān)變會(huì)關(guān)閉。這便是農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的原理。

1.2 關(guān)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用范圍主要是農(nóng)業(yè)。他的使用者的知識(shí)水平可能并不是很高。所以這就要求農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)化灌溉的整個(gè)系統(tǒng)組成不能過(guò)于復(fù)雜。一般而言，農(nóng)業(yè)工作者為了保持灌溉系統(tǒng)的清潔需要不斷的清理，但是清洗次數(shù)少反而是農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的一個(gè)比較顯著的優(yōu)點(diǎn)，并且在次數(shù)較少的清洗過(guò)程中便可以達(dá)到要求的潔凈度。在灌溉的過(guò)程中，灌溉水中可能摻上各樣的化學(xué)藥品，對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)造成各種侵蝕，這也要求我們的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)具有高度的抗腐蝕能力。自動(dòng)灌溉系統(tǒng)在進(jìn)行灌溉時(shí)可以將水肥按照最佳的比例混合，然后在灌溉的過(guò)程中，施肥均勻，并且可以根據(jù)植物不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)于肥的不同要求而進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)不僅僅可以完全自動(dòng)化，也可以將其調(diào)節(jié)成半自動(dòng)化，也可以完全手工。目前我國(guó)的水的利用率低下的主要原因是因?yàn)槲覀冊(cè)诠喔鹊臅r(shí)候灌溉的精度無(wú)法控制，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)便解決了這個(gè)問(wèn)題，他在灌溉的時(shí)候可以將灌溉的精度控制在一定的范圍之內(nèi)，杜絕水資源的浪費(fèi)。

2 目前國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的初步發(fā)展是1929第一次世界大戰(zhàn)期間。最先發(fā)明的國(guó)家是法國(guó)，法國(guó)在二十世紀(jì)三十年代便研發(fā)出一套比較完善的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，并且在二十世紀(jì)五六十年代隨著電子技術(shù)與科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展而發(fā)展，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)不斷的得到完善，并且在美國(guó)日本等國(guó)家也得到了比較長(zhǎng)足的發(fā)展。，控制模式也由早期的當(dāng)?shù)乜刂瓢l(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙控的集中控制模式。目前，國(guó)外的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)發(fā)展的時(shí)間快要接近一個(gè)世紀(jì)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展國(guó)外的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的十分完善并且控制的精度也十分的準(zhǔn)確。我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的發(fā)展時(shí)間比較短，所以還存在比較多的問(wèn)題，目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)整體系統(tǒng)的配合性還比較差，并且自動(dòng)化的程度也不盡人意，雖然農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是自動(dòng)化的系統(tǒng)，但是目前我國(guó)也沒(méi)有完全的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大部分還停留在半自動(dòng)化與人工的程度上。我國(guó)大部分的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)都處于研究使用階段，缺乏比較完善的我國(guó)自制的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。總而言之，目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)大部分是采用外國(guó)的先進(jìn)措施。但是因?yàn)閲?guó)外的這些農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)是根據(jù)歐美國(guó)家的氣候溫度定制的。所以我國(guó)在應(yīng)用的時(shí)候難免存在不合適的地方，并且引進(jìn)國(guó)外的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的金錢，這也就需要我們努力自主研發(fā)屬于自己的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

3 對(duì)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)提出的改進(jìn)方案

目前我國(guó)因?yàn)檗r(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)發(fā)展的時(shí)間不長(zhǎng)，所以存在比較多的問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善。以下針對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)提出幾點(diǎn)粗淺的看法。

3.1 對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)置硬件標(biāo)準(zhǔn)

要提高我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)便需要提高相應(yīng)硬件設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化。對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)置硬件標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：控制器的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化。控制器是節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中的核心部件，完成控制器的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化，才能信息實(shí)時(shí)采集、分時(shí)存儲(chǔ)、準(zhǔn)確地對(duì)環(huán)境因子參數(shù)進(jìn)調(diào)控；傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化。傳感器在整個(gè)農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)中發(fā)揮的作用便是測(cè)量土地的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且將其傳輸給中央處理系統(tǒng)。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)字化表現(xiàn)在使測(cè)量的數(shù)據(jù)精度控制在一定的范圍之內(nèi)。因此，必須從精度、可靠性方面綜合考慮，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，選擇合理的數(shù)字化的智能傳感器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是農(nóng)田或設(shè)施內(nèi)溫度、濕度及土壤水分等因子進(jìn)行調(diào)控的控制電路和設(shè)備，如電磁閥的開關(guān)等。以前我國(guó)應(yīng)用的一般是開關(guān)，開關(guān)的應(yīng)用會(huì)降低灌溉用水的精度，因此，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的執(zhí)行裝置也是提高控制質(zhì)量的重要因素；控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化。對(duì)各個(gè)控制裝置開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信接口及相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)相互通信，實(shí)現(xiàn)信息的共享對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的發(fā)展將起到很大的促進(jìn)作用。并且實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制裝置的標(biāo)準(zhǔn)化也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

3.2 進(jìn)一步提高對(duì)于植物生長(zhǎng)需要信息的提取能力

要想做到科學(xué)的節(jié)水，便需要我們進(jìn)一步的探測(cè)植物生長(zhǎng)所需要的信息，通過(guò)科學(xué)精確探測(cè)的植物生長(zhǎng)所需要的信息，可以制定更為精確的節(jié)水方案。如基于視覺技術(shù)探測(cè)生物信息，用紅外技術(shù)探測(cè)作物葉面溫度滿足植物生長(zhǎng)的需求；將植物電信號(hào)作為生理反饋信息，建立植物電位與環(huán)境因子的定量關(guān)系；利用多光譜反射原理探測(cè)植物生長(zhǎng)狀況，如植物的水需求狀況；植物的營(yíng)養(yǎng)需求狀況；植物的病蟲害狀況；植物的生長(zhǎng)狀況等。

4 結(jié)束語(yǔ)

在本研究中，筆者研究的重點(diǎn)是農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用。首先介紹了農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的原理以及農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)。使得讀者對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)有一個(gè)大概的了解。然后介紹了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的現(xiàn)狀，目前國(guó)外的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)比較完善，而相對(duì)的，我們國(guó)家因?yàn)榘l(fā)展的時(shí)間不長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)還存在比較多的不足，這就導(dǎo)致我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)一般是采用國(guó)外的技術(shù)，但是因?yàn)閲?guó)外的各項(xiàng)指標(biāo)與我國(guó)存在一定的差異，需要我國(guó)自主研發(fā)屬于自己的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。最后提出了幾點(diǎn)改進(jìn)的措施，面對(duì)我國(guó)這樣的現(xiàn)狀，需要相關(guān)的工作人員繼續(xù)努力，努力完善我國(guó)的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐忠輝，潘衛(wèi)國(guó)，石紅梅.自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].北京水務(wù)，2010（5）.

[2]樊宜，孫靈志，楊楠.江西省高效農(nóng)業(yè)用水自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].江西水利科技，2008（3）.

[3]張杰，黎耀貴，楊冬升.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析與選擇[J].中國(guó)水運(yùn)，2008（3）.