人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域中的運用

祝尚先（甘肅省張掖市山丹縣農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)服務(wù)中心，甘肅 張掖 734100）

農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)就是農(nóng)田灌溉，它直接影響農(nóng)作物最終產(chǎn)量。隨著水資源短缺問題日益嚴重，農(nóng)田灌溉用水的合理性已經(jīng)成為對中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有決定性影響的因素之一[1]。此前中國農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)通過渠道防滲技術(shù)、微灌技術(shù)、噴灌技術(shù)的運用取得了一定成效，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝著規(guī)?；l(fā)展的過程中，農(nóng)業(yè)灌溉要求達到高效、精準、靈活的標準，而以傳統(tǒng)經(jīng)驗生產(chǎn)為主灌溉方式無法保障灌溉精度，幾乎依靠人工管理的監(jiān)測與控制工作存在水平低下、勞動強度大等問題，對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)造成不良影響，與時代要求不相適應(yīng)。大數(shù)據(jù)時代下相繼出現(xiàn)的智能灌溉技術(shù)，使人們思考通過人工智能算法對灌水定額進行科學計算，保持農(nóng)田含水量滿足農(nóng)作物生長所需，以此緩解農(nóng)業(yè)用水供需矛盾，積極應(yīng)對水資源短缺的問題。

1 人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)發(fā)展

人工智能技術(shù)（Artificial Intelligence，AI 技術(shù)）并非真正意義上的人的智能，而是一種智能機器，可進行人的一般性思考，用類似人類的方式作出相關(guān)反應(yīng)。AI 技術(shù)基于模擬，用于延伸、擴展人的思維、行為與反應(yīng)，包含智能化方法、理論、技術(shù)在內(nèi)的新型科學技術(shù)，是現(xiàn)代化科學技術(shù)的一條重要分支，以探索智能本質(zhì)為最終目的，模擬有關(guān)人類的一系列智能行為，從而制造出類似人類思維反應(yīng)的智能機器[2]。從誕生以來，AI技術(shù)相關(guān)理認和技術(shù)一直在持續(xù)升級完善的過程中，不斷有各種基于人工智能的科技產(chǎn)品研發(fā)出來。廣大群眾在AI 技術(shù)日益成熟發(fā)展并在各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用的過程中，開始意識到人類在智慧型農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)方面已經(jīng)具備了設(shè)計相關(guān)軟件和建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)硬件條件設(shè)施的條件，一改農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投入高產(chǎn)出低的傳統(tǒng)發(fā)展模式，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式優(yōu)化升級。通過引入AI 技術(shù)，讓農(nóng)作物不論在適度、溫度還是光照、水肥等基礎(chǔ)設(shè)施方面都能處于最符合生長所需的狀態(tài)中，慢慢降低農(nóng)作物生長面對自然環(huán)境的受限程度，用高度智能化灌溉管理來減少人工勞動力，提升農(nóng)作物質(zhì)量與產(chǎn)量。

2 人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的運用舉措

2.1 因地制宜的應(yīng)用人工智能技術(shù)

農(nóng)作物灌溉一直以來就是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要構(gòu)成，具體的灌溉方案受多種因素影響，不同地域土地特質(zhì)和環(huán)境特征都有所差異，農(nóng)作物生長所需的水量以及灌溉時間均不同，選擇合理的灌溉模式能夠在保護土地產(chǎn)量的前提下有效避免旱澇對農(nóng)作物的影響。先進的人工智能技術(shù)與設(shè)備能夠幫助相關(guān)農(nóng)業(yè)人員立足當?shù)貙嶋H情況，分析降水量、土地土質(zhì)以及農(nóng)作物生長需水量等，為農(nóng)田合理灌溉提供客觀依據(jù)，對水資源進行科學調(diào)度，讓水資源價值在農(nóng)田灌溉中得以充分利用[3]。目前常用的灌溉系統(tǒng)有ANN 系統(tǒng)，可實時的識別并觀測氣候、水紋數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理后輸出整體的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)高效、科學、充分的農(nóng)田灌溉。與此同時，該系統(tǒng)還能根據(jù)實際情況靈活切換模式，整體提升灌溉精度，保證農(nóng)作物產(chǎn)量與土地質(zhì)量，避免因不科學灌溉降低土地整體質(zhì)量。

2.2 致力于做好農(nóng)村地區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

大數(shù)據(jù)背景下的人工智能農(nóng)業(yè)灌溉模式的建設(shè)與應(yīng)用，必要條件之一就是做好農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以深化人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用來搭建農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺，全面及時地將農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)科學知識和信息向更多農(nóng)民傳遞。一要通過引入寬帶競爭機制來提升農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平；二要加大農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)設(shè)置建設(shè)力度，有效結(jié)合通訊系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提供更加便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給農(nóng)民；三要實用性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息服務(wù)平臺，提供氣候變化、天氣預(yù)報、農(nóng)作物產(chǎn)量影響因素、市場供需等信息，通過知識擴展和科學意識樹立讓廣大農(nóng)民正確認識和接受人工智能技術(shù)對農(nóng)業(yè)灌溉科學發(fā)展的意義。

2.3 為AI 技術(shù)的應(yīng)用奠定灌溉管道布設(shè)基礎(chǔ)

首先，在確定農(nóng)作物類型和農(nóng)田灌溉需求特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合水資源分配布局完成管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計。在管網(wǎng)布設(shè)過程中控制好管道內(nèi)部承壓，最小為0.6 MPa，確保不影響構(gòu)建滿足灌溉要求的滴灌系統(tǒng)。如果管道內(nèi)壓力值下降，可通過人工補壓進行處理。其次，管網(wǎng)架設(shè)施工環(huán)節(jié)要留意管網(wǎng)與地面的間隔距離，一定要控制在0.5～1 m 的范圍內(nèi)，過高可能導(dǎo)致水分散失，過低可能影響后期維護，以后可根據(jù)農(nóng)作物根系生長情況靈活調(diào)整[4]。最后，可使用三通來連接不同方向的管道，以確保水壓符合灌溉要求為目的，做好連接質(zhì)量控制，同時將PE 管材料作為首選。

2.4 同步提升AI 技術(shù)供給水平與農(nóng)民操作水平

一方面，持續(xù)提升農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的AI 技術(shù)供給。農(nóng)田發(fā)展十分依賴于灌溉水平，AI 技術(shù)在農(nóng)田灌溉領(lǐng)域的應(yīng)用水平從側(cè)面反映了人們對AI 技術(shù)的認可。保證AI 技術(shù)供給要做到兩點，一是圍繞農(nóng)業(yè)特點選擇更加適宜的AI 技術(shù)，比如智能溫度檢測、無人機等；二是根據(jù)地區(qū)差異性和不同的農(nóng)業(yè)發(fā)展需求提供AI技術(shù)，保證AI 技術(shù)應(yīng)用的實效性。

另一方面，提升農(nóng)民操作基于AI 技術(shù)的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)，一是建立試驗田，讓農(nóng)民通過了解智能灌溉的好處而產(chǎn)生使用新技術(shù)的積極性，政府部門也可通過農(nóng)業(yè)財政補貼、普及教育的方式進行推動；二是針對農(nóng)民組織定期的智能灌溉技術(shù)培訓，讓農(nóng)民基于操作技能的掌握逐步提升農(nóng)業(yè)規(guī)劃能力。

3 人工智能灌溉技術(shù)的發(fā)展方向

基于無線傳感器和物聯(lián)網(wǎng)等智能感知技術(shù)的人工智能灌溉技術(shù)，通過無線傳感技術(shù)采集分析土壤濕度、溫度、含水量、二氧化碳濃度等信息，結(jié)合氣候環(huán)境信息以及農(nóng)作物表面水分和生長相關(guān)生理信息，經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)無線通訊網(wǎng)絡(luò)完成信息處理、儲存、分析與共享，根據(jù)所得結(jié)果來判定智能化灌溉方案[5]。另外，農(nóng)作物生長監(jiān)控系統(tǒng)會在分析比對灌溉結(jié)果之后，對灌溉方案的調(diào)整提供客觀、科學的依據(jù)，這樣就形成閉環(huán)灌溉管理，最大限度降低人工干預(yù)，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者合理對農(nóng)田灌溉進行規(guī)劃和管理，包括灌溉時間、灌溉方式、灌溉頻率和灌溉水量，將水肥環(huán)境與作物生長所需水分控制在合理狀態(tài)，減少水資源浪費情況，提升農(nóng)田灌溉高效性和準確性。此外，利用土壤傳感器分析土壤成分，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)水肥一體化灌溉，這也是人工智能農(nóng)田灌溉模式今后主要的發(fā)展方向。

4 結(jié)語

總而言之，合理的節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)建設(shè)一直追求的一個目標，人工智能技術(shù)在農(nóng)田灌溉領(lǐng)域中的應(yīng)用有助于更加科學的節(jié)約水資源，推動農(nóng)業(yè)朝著可持續(xù)、綠色化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展。農(nóng)業(yè)水利在人工智能節(jié)水灌溉技術(shù)的選擇上要綜合考慮多方面因素，并結(jié)合具體情況制定針對性灌溉方案，切實體現(xiàn)人工智能灌溉模式的優(yōu)勢，實現(xiàn)自動化控制灌溉，推廣人工智能技術(shù)在農(nóng)田水利方面的應(yīng)用。