計算機技術在農業(yè)灌溉中的應用

安秀芝

摘 要 互聯(lián)網(wǎng)時代的來臨推動著各行各業(yè)的變革與生產技術的革新。計算機技術作為互聯(lián)網(wǎng)時代的技術基礎，是解放發(fā)展生產力的重要動力，也是推動各個行業(yè)發(fā)展的技術引擎。目前，計算機技術已逐漸應用于農業(yè)生產的整個流程中，提高了農業(yè)生產的產量和效率。農業(yè)灌溉是實現(xiàn)高效生產、節(jié)能減耗的關鍵一步，將計算機技術應用其中更是重中之重。基于此，對計算機技術在農業(yè)灌溉中的應用和發(fā)展?jié)摿M行了深入的分析與研究。

關鍵詞 計算機技術;農業(yè)灌溉;環(huán)保

中圖分類號：S275 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.06.109

互聯(lián)網(wǎng)時代的到來迫使各行各業(yè)進行信息化革命，提高行業(yè)的生產效率和產量，實現(xiàn)產業(yè)的迅速發(fā)展。我國自古以來就是一個農業(yè)大國，始終把農業(yè)的生產和發(fā)展作為核心支柱問題。計算機技術作為先進的技術，將其應用在農業(yè)生產的整個流程中，可以大大解放農業(yè)生產所需的勞動力，提高農業(yè)生產效率，增加產量。

傳統(tǒng)農業(yè)灌溉方式中，大多地區(qū)依然延用大水漫灌的方式，這種方式極大地浪費了水資源。如今，將計算機技術應用到農業(yè)灌溉中正處于一個起步階段，主要是將農民的經(jīng)驗知識和相對應的理論知識進行結合，利用計算機技術進行農業(yè)灌溉。但這種方式效率并不高，農民自身所具有的計算機知識幾乎為零，更加不會使用計算機等智能設備。此外，相對于傳感器等設備本身相對落后，對于數(shù)據(jù)的收集并不及時和準確，因此大多數(shù)都是人工自己進行收集和記錄，浪費了大量人力和物力。智能化的農業(yè)灌溉作為當前最具發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)之一，受到了各國政府的重點關注與扶持。智能化的農業(yè)灌溉不僅符合低碳經(jīng)濟要求，而且促進了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 相關技術的應用

1.1 全球定位系統(tǒng)技術

在農業(yè)灌溉領域中，地理信息非常重要。不同地區(qū)具有不同的農作物，不同農作物對水分的需求量也大不相同。因此，基于計算機技術全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術實現(xiàn)農作物區(qū)域位置的定位，對農業(yè)灌溉具有重要意義[1]。雖然GPS接收器具有多種多樣的種類，但大體結構相一致，如圖1所示，GPS接收器主要包含天線單元部分和接收單元部分。GPS接收器可以通過與衛(wèi)星通信獲得其地理位置，然后傳輸該位置的空間坐標，實現(xiàn)實時的位置信息傳輸。通過獲得的位置信息可以及時了解到該農作物所處地區(qū)的實際灌溉情況，從而確定出相應的灌溉用水量，有效減少水資源的浪費。

地理信息不僅包括位置信息還包括與地理環(huán)境有關的天氣、溫度、降水和土壤等信息。利用各種傳感器可以收集許多與農作物生長有關的信息數(shù)據(jù)，然后利用計算機技術對這些收集到的信息數(shù)據(jù)進行分析，從而制定相應的灌溉方案和病蟲害防治策略，實現(xiàn)對農作物生長周期的全監(jiān)控。除此之外，還可以利用一些計算機軟件制作出不同的農作物灌溉需水量的可視化圖，通過該可視化圖可以實現(xiàn)不同農作物的分區(qū)灌溉。

1.2 視覺識別技術

農作物的生長情況與灌溉量息息相關，農作物所處的生長期不同，則本身所需的水量也各不相同。如果可以對農作物的生長階段進行監(jiān)控，為其提供合適的灌溉量，那么農作物就可以健康生長，實現(xiàn)豐收?；谟嬎銠C技術的視覺技術可以實現(xiàn)該功能，計算機視覺可以借助識別技術識別農作物的種類，識別技術也可以對農作物進行數(shù)據(jù)分析，得到農作物本身所具有的基礎數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過高速的網(wǎng)絡傳輸?shù)接嬎銠C的終端，通過計算機的計算得到該區(qū)域所需要的灌溉用水量，然后實現(xiàn)精準化的農業(yè)灌溉。在農作物生長過程中，經(jīng)常會受到病蟲害以及雜草的危害，這些問題都可以借助計算機技術的視覺技術進行解決。通過視覺技術不僅可以識別出原本屬于該區(qū)域的農作物，還可以識別出其他的非農作物，并對其所在的位置信息進行標記，提醒農戶進行精準的除草工作，或者運用機器人實現(xiàn)自動化除草等。對于病蟲害的監(jiān)控，識別技術可以識別出該農作物本身是否處于監(jiān)控狀態(tài)，同時監(jiān)控可能存在的害蟲等，進行數(shù)據(jù)分析，借助計算機分析出合理的對策[2]。

1.3 系統(tǒng)自動化管控

經(jīng)過地理信息和生長信息的收集后，已經(jīng)獲取了大量有效的信息數(shù)據(jù)，收集到的數(shù)據(jù)需要進行存儲。在系統(tǒng)設定中，需要建立一個數(shù)據(jù)存儲中心庫，主要用來存儲傳輸過來的大量有效信息數(shù)據(jù)，方便之后數(shù)據(jù)的管理和查詢等操作。值得注意的是，對于水資源在農業(yè)中的應用分析，需要較長時間跨度的農業(yè)用水數(shù)據(jù)，這樣才能確保分析后得到的數(shù)據(jù)范圍是準確的、可靠的。系統(tǒng)利用人工智能等技術對農業(yè)數(shù)據(jù)進行分析后，會得到一定范圍的指標數(shù)據(jù)。當?shù)玫降闹笜藬?shù)據(jù)超過預先設定的參數(shù)時，系統(tǒng)會進行一系列操作，如控制硬件設備進行灌溉、警示監(jiān)控人員等[3]。除了系統(tǒng)自動化管控外，監(jiān)控人員還可以通過人工操作的方法進行一系列操作。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)存儲的模塊、數(shù)據(jù)分析的模塊、自動化控制的模塊以及人工操作的模塊4個部分。通過該系統(tǒng)可以改變傳統(tǒng)農業(yè)漫灌的灌溉方式，實現(xiàn)水資源的有效節(jié)約，節(jié)約人力物力的耗費，提高農業(yè)產量。

綜上所述，隨著計算機技術的日益發(fā)展，在農業(yè)灌溉領域中應用計算機技術的未來發(fā)展空間非常廣闊。

2 農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)

農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)可以做到不依靠人工操作進行農業(yè)灌溉，系統(tǒng)通過傳感器和視覺技術能夠及時地檢測到當前土地狀況，從而判斷何時進行灌溉及停止灌溉時間，實現(xiàn)智能化的農業(yè)灌溉。農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)需要多種計算機技術的使用，這些技術的發(fā)展與應用顯著提高了我國農業(yè)的技術含量。

2.1 農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)的設計與開發(fā)要遵守以下幾點要求

1）系統(tǒng)要由多個模塊組成，進行層次化設計，在該標準下設計的系統(tǒng)具有很高的維護性和擴展性。2）系統(tǒng)所需的計算機配置要求要盡可能的低，不需要昂貴的硬件設備。軟件的每次升級都不需要更換硬件，降低系統(tǒng)的成本[4]。3）系統(tǒng)要設計人性化的交互界面。管理人員在使用系統(tǒng)時，操作簡單，減少工作強度。4）系統(tǒng)要適應復雜惡劣的野外環(huán)境。農田這種野外環(huán)境下經(jīng)常存在惡劣的環(huán)境，電磁干擾強度大，系統(tǒng)要保證在這種環(huán)境下能夠正常運行。

2.2 農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)具有的功能

1）數(shù)據(jù)收集功能。該系統(tǒng)能夠接收各種傳感器傳輸過來的信息，如濕度傳感器等。系統(tǒng)通過這些傳感器可以收集到各種各樣的土壤信息，從而判定當前是否需要進行對農田進行灌溉。

2）控制功能。該系統(tǒng)具有各種各樣的控制功能，如定時控制和循環(huán)控制等。管理人員通過設置不同的控制功能，使得系統(tǒng)可以靈活運行，甚至可以在無人值守時智能進行灌溉操作。

3）惡劣天氣自動停止功能。由于農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)的硬件設施大多都放置在農田野外的環(huán)境下。在該環(huán)境下，經(jīng)常遭遇暴雨、大風等惡劣天氣，因此當傳感器傳輸?shù)哪稠椫笜藬?shù)據(jù)超標時，要及時自動停止系統(tǒng)，防止惡劣天氣下運行產生故障。

4）節(jié)能功能。農田中設備的運行需要電源為其提供動力。但是，野外電源十分寶貴，農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)要做到對電源的準確控制。在需要進行灌溉時，要定時開啟電源，使農業(yè)灌溉正常運行;在不需要進行灌溉時，要關閉電源，節(jié)約用電。

5）故障檢測功能。農田野外環(huán)境下，會存在各種各樣的意外發(fā)生，如灌溉管的破裂和傳感器故障等，因此農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)有對設備進行故障檢測的功能。當檢測到故障發(fā)生時，系統(tǒng)會響起報警聲警示后臺管理人員，同時會自動關閉發(fā)生故障的設備，當后臺管理人員進行仔細檢查后按下關閉按鈕，才會消除報警聲。

2.3 系統(tǒng)控制的灌溉方式

1）噴灌。與傳統(tǒng)漫灌方式相比，噴灌可以大幅度節(jié)約用水。噴管主要被用于緊密種植的區(qū)域化的農作物。這種灌溉方式可以有效提高耕地利用效率。與此同時，噴灌也存在一些缺點，例如，其能耗很大且需要充足的供水量，對于風速也有很高的要求。

2）微灌。微灌方式是目前最先進的一種灌溉技術，其可以精確化對農作物需水位置提供水分。微灌具有明顯的優(yōu)勢，例如，其可以適用于每一種農作物和每一種地形環(huán)境，可以真正實現(xiàn)節(jié)約用水的目標，且灌溉均勻。值得注意的是，微灌的灌溉方式對于設備要求較高，因此設備維護費用非常大。

農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)可以根據(jù)不同的農作物和不同的地理環(huán)境有針對性地選擇最好的一種灌溉方式，實現(xiàn)真正的智能化灌溉，降低灌溉成本。

3 結語

現(xiàn)階段，農業(yè)和水資源的矛盾越來越明顯，計算機技術應用到農業(yè)灌溉領域中是解決這一矛盾的有效辦法。鑒于此，主要研究了計算機技術在農業(yè)灌溉甚至農業(yè)生產整個領域中的意義，簡單闡述了農業(yè)灌溉領域中相關計算機技術的有效應用，然后介紹了農業(yè)智能灌溉系統(tǒng)的設計標準、實現(xiàn)功能以及灌溉方式。目前，我國農業(yè)灌溉的現(xiàn)代化水平仍落后于發(fā)達國家，但只要堅持農業(yè)發(fā)展，主動追求技術的更新與迭代，就一定能完成中國式的彎道超車。

參考文獻：

[1] 張莉莉，武艷.無線傳感器網(wǎng)絡在山區(qū)精細農業(yè)中的應用探索[J].信息與電腦（理論版），2020，32（23）：203-205.

[2] 趙洋.計算機技術在農業(yè)節(jié)水灌溉中的應用方法淺談[J].現(xiàn)代農業(yè)研究，2019（11）：67.

[3] 章浩.無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點定位及其在農業(yè)上的應用[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2007.

[4] 向模軍，鄒承俊.無線傳感器網(wǎng)絡在農業(yè)應用中的特點和前景[J].中國沼氣，2018，36（04）：54-60.

（責任編輯：趙中正）