計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

摘 要 近年來，隨著科技的快速發(fā)展，計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，并逐漸成為主流技術(shù)。利用計算機技術(shù)對農(nóng)作物進行智能化灌溉，不僅能在一定程度上節(jié)約水資源，還能解放大量的勞動力?；诖?，對計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)勢、數(shù)據(jù)處理和在節(jié)水灌溉中的具體應(yīng)用進行論述分析，得出應(yīng)用計算機技術(shù)可以收集計算分析土壤的含水量、溫濕度等數(shù)據(jù)信息，準確得知農(nóng)作物在不同生長階段的用水量，能夠有效提升農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉率，避免水資源浪費，確保農(nóng)作物的健康生長。

關(guān)鍵詞 計算機技術(shù);農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號：S274 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.35.065

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，更是人口大國，對農(nóng)業(yè)糧食的生產(chǎn)需求量非常大。近年來，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展非常迅速，但農(nóng)作物生產(chǎn)用水利用率的問題也隨之而來。我國水資源相對匱乏，據(jù)調(diào)查，我國農(nóng)作物灌溉用水的利用率還不足35%，因此提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率勢在必行。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可以通過計算機技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)灌溉的利用率，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的節(jié)水灌溉。

1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)中計算機的軟、硬件設(shè)施

1.1 軟件設(shè)施

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉過程對計算機技術(shù)的軟件有一定要求，一般會用到數(shù)據(jù)庫的軟件、地理信息的軟件及軟件的操作系統(tǒng)。就計算機而言，通常使用的是Windows系統(tǒng)，但在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的系統(tǒng)中UNIX操作系統(tǒng)要比Windows系統(tǒng)更適用。近幾年來，Windows系統(tǒng)和UNIX系統(tǒng)已經(jīng)開始融合，后期數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要應(yīng)用的軟件為Sybase和Oracle軟件。節(jié)水灌溉的過程中，在計算機系統(tǒng)準備完畢后，還要對農(nóng)田的地理信息進行分析，因此GIS軟件（地理信息分析軟件）是不可或缺的。由于不同的農(nóng)作物對土壤和水分的需求有區(qū)別，因此在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中要有完善的軟件設(shè)施對所種植地區(qū)的土壤等地理信息進行分析和計算，才能精準判斷該地區(qū)的灌溉水量。

1.2 硬件設(shè)施

在使用計算機技術(shù)時，硬件方面的選擇同樣重要，一個良好的硬件設(shè)施對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的實現(xiàn)起著非常重要的作用。遙感（RS）和和全球定位系統(tǒng)（GPS） 可以為地理信息軟件（GIS）提供數(shù)據(jù)資源，3者之間可以有效結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，有利于對數(shù)據(jù)的處理和分析。但是實現(xiàn)3者之間的結(jié)合對計算機的要求非常高，不僅需要貯存龐大的信息，而且計算機的中央數(shù)據(jù)處理器和驅(qū)動器需要具備高效率的處理功能。計算機屬于核心硬件，在節(jié)水灌溉的過程中需要對灌溉軟件進行操作，可見硬件的要求相對更高[1]。

2 基于計算機技術(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)管理

2.1 系統(tǒng)的管理

在登錄農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)后，要隨時診斷設(shè)備工作的狀況，在設(shè)備發(fā)生緊急情況時要能自動報警，并且計算機要精準定位到故障點，全面實時監(jiān)控計算機的運行情況。在提高設(shè)備利用率的同時，控制維護的成本，這些都可以通過將無線基站作為核心實現(xiàn)?？梢允拐麄€計算機系統(tǒng)的運行變得更靈活，根據(jù)實際情況進行升級及系統(tǒng)維護。

2.2 地塊信息及自動灌溉

關(guān)于地塊信息，要了解農(nóng)作物土壤中具體的營養(yǎng)成分含量，利用計算機系統(tǒng)計算農(nóng)作物所需的灌溉水量，從而得出精準的灌溉水量，對該地區(qū)農(nóng)作物進行自動化節(jié)水灌溉。在自動化灌溉的同時，也要提高灌溉的效率，避免水資源的浪費，就需要在系統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)灌溉信息，確保農(nóng)作物在得到充分灌溉的同時實現(xiàn)節(jié)水。

2.3 數(shù)據(jù)的采集

要實現(xiàn)整個計算機系統(tǒng)的正常運行，首先要充分了解所需灌溉地區(qū)的土壤水分含量和濕度情況，通過這些數(shù)據(jù)的采集進一步精準確認灌溉水量，從而提高農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的效率。數(shù)據(jù)的采集主要包括雨量傳感器和濕度傳感器2個方面。1）雨量傳感器的數(shù)據(jù)采集主要是通過其各個重要的零部件完成，在實際工作的運行中，承雨口會收集雨水，再用漏斗將雨水運輸?shù)缴戏分?，雨水量達到之前設(shè)置好的雨水量數(shù)值后上漏斗就會立即側(cè)翻，并且通過截流管等部件將雨水運輸?shù)接嬃糠分腥?。最后通過系統(tǒng)統(tǒng)計降水量，根據(jù)實際統(tǒng)計出來的結(jié)果最終判斷該地區(qū)的農(nóng)作物是否需要灌溉。2）濕度傳感器是整個系統(tǒng)中十分重要的設(shè)備，土壤中的水分含量對農(nóng)作物的生長起著決定性作用，如果農(nóng)作物的土壤水分極其缺乏，農(nóng)作物將會出現(xiàn)營養(yǎng)不良的情況，甚至會直接被旱死，所以土壤的濕度監(jiān)測十分重要。其數(shù)據(jù)的采集主要是通過監(jiān)測土壤濕度，掌握農(nóng)作物的土壤水分含量，根據(jù)實際所需水量隨時灌溉，確保農(nóng)作物的健康生長。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中計算機技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)概述

近年來，我國通過計算機技術(shù)對農(nóng)作物進行節(jié)水灌溉的方式越來越常見，尤其在機械化程度相對較高的地區(qū)。農(nóng)業(yè)灌溉的自動化不僅能在很大程度上實現(xiàn)節(jié)水，還能解放大量的勞動力。自動化的智能灌溉系統(tǒng)可以計算不同農(nóng)作物在生長過程中所需要的水分，從而基本確定每個階段的灌溉時間和所需的灌溉用水量，再將這些精準的結(jié)果指令下發(fā)到農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備，從而保證農(nóng)作物的正常生長。

3.2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的核心技術(shù)

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中計算機技術(shù)的應(yīng)用主要是將傳感器分別安裝在農(nóng)田特定位置進行數(shù)據(jù)采集，所采集的數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)田的溫濕度、氣溫、土壤的含水量等，數(shù)據(jù)采集后會自動傳輸?shù)接嬎銠C的控制中心?？刂浦行臅鶕?jù)所接收的數(shù)據(jù)與農(nóng)作物生長過程中所需要灌溉的水量進行對比計算，再控制農(nóng)作物的灌溉水量，從而實現(xiàn)節(jié)水灌溉[2]。

3.3 計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的優(yōu)勢

計算機控制技術(shù)通過數(shù)據(jù)的采集分析實現(xiàn)對農(nóng)作物的智能灌溉，從很大程度上節(jié)省了大量的勞動力，提高了農(nóng)戶的工作效率。不僅如此，計算機系統(tǒng)還能通過各類的監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)控灌溉過程，如果在灌溉的過程中出現(xiàn)灌溉設(shè)備的噴頭、管線等破損的情況，計算機系統(tǒng)會及時發(fā)出警報，農(nóng)戶可以第一時間得知消息并維修更換，避免水資源的浪費。除此之外，計算機技術(shù)為大面積連續(xù)作業(yè)的區(qū)域灌溉提供了有利條件。

4 計算機技術(shù)在節(jié)水灌溉數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

4.1 農(nóng)作物灌溉數(shù)據(jù)庫的建立及其應(yīng)用

農(nóng)作物在生長過程中會受到很多因素的影響，如氣候環(huán)境因素、土壤的性質(zhì)、農(nóng)戶耕作的水平及農(nóng)作物品種等，這些客觀因素對農(nóng)作物的生長都會產(chǎn)生影響。農(nóng)作物存在品種上的差異，不同品種的農(nóng)作物在各生長階段中的用水量不同。根據(jù)這些實際情況，明確各農(nóng)作物在不同生長階段本身的蓄水量和所需要的灌溉水量及最佳的灌溉部位等，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，利用計算機技術(shù)進行灌溉用水量的相關(guān)計算，確保在農(nóng)作物正常健康生長的情況下提高農(nóng)作物的節(jié)水灌溉效率[3]。

4.2 對環(huán)境信息的綜合處理

農(nóng)作物在生長過程中不是一成不變的，不同的生長時期會受很多因素的影響，如氣候的變化等，因此對于同種農(nóng)作物而言，還需要根據(jù)氣候的變化調(diào)整節(jié)水灌溉的水量。要保證農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉效率，就要求計算機系統(tǒng)具備對環(huán)境變化的處理能力，能根據(jù)不同的氣溫環(huán)境自動調(diào)節(jié)和控制農(nóng)作物的灌溉水量。例如，在夏季的高溫天氣，就要相應(yīng)提高農(nóng)作物的灌溉用水量;如果計算機系統(tǒng)得知接下來是雷雨天氣，那么就需要減少對農(nóng)作物的灌溉水量，從而避免水資源的浪費，提升農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉效率[4]。

5 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中計算機技術(shù)的具體應(yīng)用

5.1 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉

在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉過程中，要合理運用自動化控制技術(shù)，通過計算機模塊化控制程序監(jiān)測土壤溫濕度、農(nóng)作物生長信息、氣象環(huán)境等，在管道系統(tǒng)中安裝灌水器，根據(jù)農(nóng)作物生長所需的土壤濕度進行精準、均勻灌溉。這種智能化的方式提升了農(nóng)業(yè)灌溉效率，有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

5.2 收集管理農(nóng)作物生長信息

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐漸向“精準農(nóng)業(yè)”轉(zhuǎn)變。為了給農(nóng)作物提供更好的生長環(huán)境，需要采用計算機技術(shù)、通信技術(shù)等收集農(nóng)作物的生長環(huán)境信息，通過對所收集信息與農(nóng)作物所需生長環(huán)境參數(shù)的對比，及時補充農(nóng)作物所需的水分及養(yǎng)分，提升農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及品質(zhì)[5]。

5.3 確定農(nóng)作物的位置信息

不同種類的農(nóng)作物對土壤和水分的要求存在差異，因此需要利用全球定位系統(tǒng)（GPS）對所要種植的各個區(qū)域進行監(jiān)控，最終確認農(nóng)作物的位置信息，再根據(jù)農(nóng)作物的具體情況，判斷農(nóng)作物是否需要灌溉并確定不同農(nóng)作物所適合的灌溉方式，進行及時合理的灌溉。

5.4 測定土壤的水分

對農(nóng)作物進行灌溉的主要目的是確保土壤中的水分含量充足，保證農(nóng)作物正常生長。對于土壤的含水量檢測可以通過計算機技術(shù)完成，計算機可以采用直接或間接的方式檢測土壤中的水分，農(nóng)戶可以通過分析檢測結(jié)果對農(nóng)作物進行合理灌溉。計算機技術(shù)對土壤的水分檢測是利用陶制探頭進行的，在使用過程中陶瓷探頭易破損，通常在探頭外加上不銹鋼的外套，對陶瓷探頭起加固和保護作用，并且也會相應(yīng)提高探頭的探測效率[6]。

5.5 測定大氣環(huán)境指標

影響農(nóng)作物生長的因素很多，除了土壤水分外，大氣環(huán)境也是很重要的因素之一，大氣環(huán)境主要包括大氣的溫度和濕度。大氣的溫度會影響農(nóng)作物的光合作用，而大氣的濕度則會通過影響氣孔的開閉而影響蒸騰作用，這些變化都需要有相關(guān)儀器進行檢測，從而通過計算機技術(shù)對檢測到的數(shù)據(jù)進行分析，確保農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的合理化。

5.6 輔助環(huán)節(jié)的設(shè)計

采用計算機軟件對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉進行輔助控制，其操作更為直觀，可以通過多通道對系統(tǒng)進行控制，根據(jù)農(nóng)作物所需水量，將數(shù)據(jù)輸入到控制軟件，系統(tǒng)會對相關(guān)數(shù)據(jù)進行詳細分析，最終對灌溉量、灌溉時間等做出決策。通過計算機軟件技術(shù)控制智能灌溉時，需合理選擇噴淋頭及水通道的尺寸，避免水中雜質(zhì)過多造成堵塞，并要合理控制進出口壓力差，防止壓力過大導(dǎo)致過濾器爆裂[7]。

6 結(jié)語

近幾年來，隨著社會的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域被普遍應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，計算機技術(shù)的應(yīng)用也起著非常重要的作用。計算機技術(shù)可以通過對大氣環(huán)境、土壤水分、農(nóng)田內(nèi)的溫濕度的數(shù)據(jù)進行計算分析，建立一個較為完善的數(shù)據(jù)儲存庫，從而實現(xiàn)自動化、智能化的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉。計算機在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用不僅能提高節(jié)水灌溉率，在灌溉的過程中也節(jié)省了大量的勞動力，有助于農(nóng)作物的健康生長，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，推動了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 王雪麗.計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中的運用：評《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用實踐》[J].熱帶作物學報，2020，41（6）：1303.

[2] 張鴻翔.基于計算機技術(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（22）：124-125.

[3] 蔡旋.試論計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].廣東蠶業(yè)，2019，53（8）：39-40.

[4] 陳軍武，呂永洪.計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（9）：272.

[5] 趙洋.計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用方法淺談[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究，2019，47（11）：152-153.

[6] 梁麗.基于計算機技術(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程，2018，8（11）：44-46.

[7] 高亞梅，毛恒.計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)，2017（29）：33-34.

收稿日期：2021-11-10

作者簡介：吳蓮香（1977-），女，山東濰坊人，碩士，副教授，研究方向為計算機應(yīng)用。E-mail：baicaidou_fu@126.com。