試論計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

蔡 旋

（荊楚理工學(xué)院 湖北荊門 448000）

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉主要是出于節(jié)約灌溉用水的目標(biāo)，選擇相應(yīng)的方法和技術(shù)，通常主要是工程技術(shù)，目標(biāo)是提升水資源利用率，提升農(nóng)作物的種植品質(zhì)和產(chǎn)量。隨著信息技術(shù)發(fā)展，計算機技術(shù)逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)。

1 國外農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國的加州區(qū)域通常是結(jié)合先進(jìn)的傳感控制裝備、無線通信和計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法實施自動灌溉工作的，同時還會結(jié)合內(nèi)置軟件模塊，包括防蟲、預(yù)測以及氣象跟蹤等，實現(xiàn)涵養(yǎng)水源和節(jié)約用水的目標(biāo)，提高環(huán)境保護(hù)質(zhì)量。美國的計算機控制灌溉系統(tǒng)主要由天氣預(yù)測系統(tǒng)、傳感裝置和基站設(shè)備等環(huán)節(jié)構(gòu)成，在選擇自動化計算機技術(shù)后，可以結(jié)合實際測得的作物生長狀態(tài)、氣象條件和土壤水分含量等信息控制農(nóng)田灌溉中的滴灌、噴灌速率和水量，保證作物根部的通氣狀況和濕度，滿足最佳標(biāo)準(zhǔn)，降低灌溉水量，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉目標(biāo)。美國所有灌溉區(qū)域基本上都融入了計算機管理，計算機會將命令傳送至傳感裝置，采集數(shù)據(jù)信息，比如灌溉區(qū)內(nèi)不同位置不同時間的土壤蒸發(fā)量、降雨量、作物蒸騰量、管道水流量以及土壤的濕度等內(nèi)容，隨后再通過數(shù)據(jù)信息把信息儲存至計算機內(nèi)，由計算機針對相關(guān)數(shù)據(jù)實施綜合性分析，制定農(nóng)田灌溉的最佳水量。在國際上以色列也是農(nóng)業(yè)科技最高的典型代表，其在計算機農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉上十分成熟。計算機能夠促進(jìn)環(huán)境、農(nóng)作成長環(huán)境、農(nóng)田灌溉系統(tǒng)以及管理調(diào)度中心之間順暢交換數(shù)據(jù)信息，結(jié)合管理系統(tǒng)、專家知識庫、信息處理等功能，可以形成最佳灌溉計劃，實現(xiàn)精確控制。

2 國內(nèi)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的計算機應(yīng)用依然處于起步階段，其中大部分依然是以人工計算分析以及實際生產(chǎn)經(jīng)驗為主，自動化程度不足，計算機尚未大范圍推廣開來，基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施比較落后，相關(guān)數(shù)據(jù)采集裝置以及測試傳感裝置設(shè)備不夠先進(jìn)，沒有以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)形成有效的信息決策、分析和處理機制。同時大部分測試依然停留在人工記錄、人工作業(yè)等領(lǐng)域當(dāng)中，不但耗時耗力，還降低了工作效率，無法保障資料信息的準(zhǔn)確性，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。因為在農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)缺少自動數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，導(dǎo)致測試的相關(guān)數(shù)據(jù)信息參差不齊，系統(tǒng)性不足，存在較大疏漏。因為計算機的自動化處理水平相對較差，無法針對相關(guān)材料信息實施系統(tǒng)分析，對農(nóng)田灌溉精確度產(chǎn)生直接影響。為此需要積極引進(jìn)國際上的各種先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，形成科學(xué)完善的計算機網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中的優(yōu)化管理和科學(xué)決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持，如此才會在優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)約用水目標(biāo)，促進(jìn)節(jié)水和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)目標(biāo)的有機統(tǒng)一，提升水資源利用率[1]。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的軟硬件條件

3.1 硬件條件

計算機農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的核心內(nèi)容是地理信息系統(tǒng)，而全球定位系統(tǒng)以及遙感監(jiān)測系統(tǒng)則為地理信息系統(tǒng)提供輔助作用，為相關(guān)地理信息提供高效、快捷的數(shù)據(jù)資源，為此三者之間的聯(lián)系十分密切，如此才能充分體現(xiàn)出系統(tǒng)的先進(jìn)性，順利完成數(shù)據(jù)處理和空間分析任務(wù)。在此實踐操作中，RS、GIS 以及GPS 等技術(shù)都是以集成應(yīng)用為主，對于硬件設(shè)備和軟件設(shè)備擁有極高要求，其具體包含下面幾種硬件設(shè)施，分別是中央處理裝置、磁盤驅(qū)動裝置、繪圖儀、顯示器、磁盤機以及數(shù)字化設(shè)備。而磁盤驅(qū)動裝置以及中央處理器能夠提供數(shù)據(jù)和程序的儲存空間，數(shù)字化設(shè)備可以將遙感圖像以及地圖所展示出來的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式從而全面表達(dá)出來，隨后再將相關(guān)數(shù)據(jù)信息儲存到計算機設(shè)備當(dāng)中，繪圖儀則是用來顯示最終結(jié)果，磁盤機功能是儲存程序數(shù)據(jù)，和其他系統(tǒng)之間實施順暢通訊，而用戶則是利用終端和顯示器控制外圍設(shè)備以及計算機。

3.2 軟件條件

從軟件層面分析，具體包含三種內(nèi)容，分別是GIS 軟件、操作系統(tǒng)以及相關(guān)軟件設(shè)備。從操作系統(tǒng)角度看，當(dāng)今較為普遍的是WINDOWS 系統(tǒng)，而在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉領(lǐng)域中，經(jīng)常使用UNIX 系統(tǒng)，從整體發(fā)展趨勢分析，兩者逐漸形成一種融合局面。數(shù)據(jù)庫管理軟件，在農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域相對較大的條件下，通常會選擇ORACLE 和SYBASE 軟件，上述兩種軟件主要是為了構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，方便后期進(jìn)行應(yīng)用。GIS 分析軟件方面，系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件包含管理軟件、編輯軟件、錄入軟件，其對于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的節(jié)水灌溉具有重要影響，結(jié)合國內(nèi)外實際發(fā)展?fàn)顩r，通常應(yīng)用軟件包含MAP/GIS、MAPINFO、MGE 等軟件，具有良好的輔助作用[2]。

4 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中計算機技術(shù)的應(yīng)用

精確灌溉主要是計算機結(jié)合作業(yè)過程中采集的相關(guān)信息和系統(tǒng)內(nèi)儲存信息實施比較分析，從而確定相應(yīng)的形式方法，為此計算機在大量儲存各種原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該及時處理、接收大量采集到的數(shù)據(jù)信息，相關(guān)數(shù)據(jù)信息主要包含農(nóng)作物的生長信息、地理信息以及位置信息。

4.1 位置信息

采集作物位置信息通常是利用GPS 方式實現(xiàn)，通常包括空間部分應(yīng)用者、地面監(jiān)控和地面控制站等幾部分構(gòu)成。通過衛(wèi)星能夠采集世界范圍內(nèi)各個場區(qū)域位置信息。當(dāng)下應(yīng)用較為頻繁的是DGPS，這款軟件可以將衛(wèi)星采集到的位置信息和真實信息之間實施比較分析，隨后對位置信息實施計算分析。該種技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用主要是對不同灌溉區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，隨后制定合理的灌溉方案，控制灌溉水量。

4.2 地理信息

地理信息主要包括對農(nóng)作物相關(guān)種植區(qū)域的病蟲害危險、土壤自然條件、農(nóng)作物的成長狀況、地理位置等信息實施系統(tǒng)分析，在采集完相關(guān)地理數(shù)據(jù)信息后，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)信息實施系統(tǒng)分析，并形成科學(xué)、完善的灌溉方案。此外還可以充分結(jié)合農(nóng)作物產(chǎn)量在空間內(nèi)的分布狀況和分布差異，深入挖掘農(nóng)作物分布差異性的原因，并形成科學(xué)的處理措施，結(jié)合相關(guān)軟件支持，還可以自動生成農(nóng)田灌溉水的處方圖，幫助進(jìn)行合理的分區(qū)灌溉。

計算機應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉過程中，還離不開輔助設(shè)計，即農(nóng)作物生產(chǎn)中的微灌技術(shù)可以充分聯(lián)系農(nóng)作物生產(chǎn)中對于水量的現(xiàn)實需求，利用管道末端設(shè)置的灌輸器裝置以及低壓管道系統(tǒng)，以最低水量為標(biāo)準(zhǔn)將農(nóng)作物成長中需要的養(yǎng)分和水分傳輸至植物根部當(dāng)中，促進(jìn)植物成長。

4.3 生長信息

傳統(tǒng)灌溉方式下，農(nóng)民尚未構(gòu)建農(nóng)作物生長和灌溉水量之間的良好關(guān)系，從而影響了農(nóng)作物的成長狀況，阻礙了植物的成長。但在融入計算機技術(shù)后，能夠利用相應(yīng)的技術(shù)全面采集兩種數(shù)據(jù)信息，挖掘其中的內(nèi)在聯(lián)系，明確農(nóng)田灌溉水量，該種方法不但可以推動農(nóng)作物的快速增長，同時還可以有效控制水資源浪費問題。

在農(nóng)作物分布信息基礎(chǔ)上，需要率先采集農(nóng)作物區(qū)域的產(chǎn)量數(shù)據(jù)信息，隨后結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)信息形成產(chǎn)量空間分布狀態(tài)圖，農(nóng)田生物環(huán)境系統(tǒng)中的相關(guān)信息主要包含農(nóng)作物雜草、害蟲；農(nóng)田作物種植結(jié)構(gòu)以及農(nóng)作物的生理功能等信息，只有充分處理好相關(guān)信息，才可以科學(xué)評判農(nóng)田生物環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、功能狀態(tài)以及環(huán)境質(zhì)量。

4.4 自動化控制

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的自動控制主要可以從智能化農(nóng)機當(dāng)中體現(xiàn)出來，隨著精確農(nóng)業(yè)的推廣應(yīng)用，我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的播種、施肥、噴藥和灌溉等環(huán)節(jié)也產(chǎn)生了極大的效益，通過編制相應(yīng)的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離操作目標(biāo)，提高水資源節(jié)約效率[3]。

隨著計算機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的投入應(yīng)用，當(dāng)下逐漸出現(xiàn)大量商品化變量處方應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植當(dāng)中，特別是在噴藥、施肥以及灌溉等方面收獲了巨大的成果，能夠和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的播種設(shè)備、噴藥設(shè)備、施肥設(shè)備以及噴水設(shè)備等進(jìn)行有機結(jié)合。充分結(jié)合不同地域農(nóng)作物的發(fā)展需求，通過對相關(guān)噴灌設(shè)備的工作壓力、噴嘴型號大小、噴灌設(shè)備型號等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，有序?qū)嵤┕喔裙ぷ?，其屬于自動化管理系統(tǒng)，需要先把相關(guān)土壤信息、農(nóng)作物生長周期等信息儲存到計算機內(nèi)，隨后相關(guān)灌溉設(shè)備便會按照既定程序自動按照指定的用量和時間，調(diào)整農(nóng)作物灌溉水量。在該系統(tǒng)中設(shè)置遙控裝置，從而儲存各種類型的數(shù)據(jù)信息，并利用通訊網(wǎng)絡(luò)以及個人計算機實施灌溉管理控制，如果想要促進(jìn)灌溉水量實現(xiàn)變量，可以將地理信息系統(tǒng)中的各種儲存信息數(shù)據(jù)應(yīng)用到平移式大型灌溉裝置當(dāng)中，從而順利控制灌溉水量變化。

系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用也能夠進(jìn)一步提升農(nóng)作物生長質(zhì)量，其對于計劃和決策的制定擁有極大的影響，可以進(jìn)一步擴(kuò)大植物生長效率。結(jié)合系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠針對農(nóng)作物的生長環(huán)境和土壤質(zhì)量實施信息仿真，深入了解植物成長中水量需求，促進(jìn)植物茁壯成長。

5 小結(jié)

我國是一個十分缺乏淡水資源的人口大國，糧食安全與水資源問題十分緊張，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)灌溉水利用效率，提高生產(chǎn)效率逐漸成為我國保障糧食安全基礎(chǔ)戰(zhàn)略要求。而結(jié)合計算機技術(shù)對農(nóng)業(yè)灌溉進(jìn)行精確控制逐漸成為落實相關(guān)策略的重要舉措，計算機技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對于農(nóng)業(yè)節(jié)水、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。