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

吳蓮香

（濰坊科技學(xué)院，山東壽光 262700）

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，更是人口大國，對(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)灌溉的利用率，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的節(jié)水灌溉。

1 節(jié)水灌溉系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的軟件有一定要求，一般會(huì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢后，還要對(duì)農(nóng)田的地理信息進(jìn)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(duì)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(duì)所種植地區(qū)的土壤等地理信息進(jìn)行分析和計(jì)算，才能精準(zhǔn)判斷該地區(qū)的灌溉水量。

1.2 硬件設(shè)施

在使用計(jì)算機(jī)技術(shù)時(shí)，硬件方面的選擇同樣重要，一個(gè)良好的硬件設(shè)施對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)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(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析。但是實(shí)現(xiàn)3 者之間的結(jié)合對(duì)計(jì)算機(jī)的要求非常高，不僅需要貯存龐大的信息，而且計(jì)算機(jī)的中央數(shù)據(jù)處理器和驅(qū)動(dòng)器需要具備高效率的處理功能。計(jì)算機(jī)屬于核心硬件，在節(jié)水灌溉的過程中需要對(duì)灌溉軟件進(jìn)行操作，可見硬件的要求相對(duì)更高［1］。

2 基于計(jì)算機(jī)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(shí)診斷設(shè)備工作的狀況，在設(shè)備發(fā)生緊急情況時(shí)要能自動(dòng)報(bào)警，并且計(jì)算機(jī)要精準(zhǔn)定位到故障點(diǎn)，全面實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況。在提高設(shè)備利用率的同時(shí)，控制維護(hù)的成本，這些都可以通過將無線基站作為核心實(shí)現(xiàn)?？梢允拐麄€(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行變得更靈活，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行升級(jí)及系統(tǒng)維護(hù)。

2.2 地塊信息及自動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算農(nóng)作物所需的灌溉水量，從而得出精準(zhǔn)的灌溉水量，對(duì)該地區(qū)農(nóng)作物進(jìn)行自動(dòng)化節(jié)水灌溉。在自動(dòng)化灌溉的同時(shí)，也要提高灌溉的效率，避免水資源的浪費(fèi)，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(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)水。

2.3 數(shù)據(jù)的采集

要實(shí)現(xiàn)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jìn)一步精準(zhǔn)確認(rèn)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(gè)方面。1）雨量傳感器的數(shù)據(jù)采集主要是通過其各個(gè)重要的零部件完成，在實(shí)際工作的運(yùn)行中，承雨口會(huì)收集雨水，再用漏斗將雨水運(yùn)輸?shù)缴戏分?，雨水量達(dá)到之前設(shè)置好的雨水量數(shù)值后上漏斗就會(huì)立即側(cè)翻，并且通過截流管等部件將雨水運(yùn)輸?shù)接?jì)量翻斗中去。最后通過系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)降水量，根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)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(gè)系統(tǒng)中十分重要的設(shè)備，土壤中的水分含量對(duì)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(huì)出現(xiàn)營養(yǎng)不良的情況，甚至?xí)苯颖缓邓?，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(shí)際所需水量隨時(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行節(jié)水灌溉的方式越來越常見，尤其在機(jī)械化程度相對(duì)較高的地區(qū)。農(nóng)業(yè)灌溉的自動(dòng)化不僅能在很大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)水，還能解放大量的勞動(dòng)力。自動(dòng)化的智能灌溉系統(tǒng)可以計(jì)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(gè)階段的灌溉時(shí)間和所需的灌溉用水量，再將這些精準(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(jìn)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(huì)自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的控制中心?？刂浦行臅?huì)根據(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(jìn)行對(duì)比計(jì)算，再控制農(nóng)作物的灌溉水量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉［2］。

3.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的優(yōu)勢

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)通過數(shù)據(jù)的采集分析實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的智能灌溉，從很大程度上節(jié)省了大量的勞動(dòng)力，提高了農(nóng)戶的工作效率。不僅如此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能通過各類的監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，農(nóng)戶可以第一時(shí)間得知消息并維修更換，避免水資源的浪費(fèi)。除此之外，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(huì)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(duì)農(nóng)作物的生長都會(huì)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行灌溉用水量的相關(guān)計(jì)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(duì)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(shí)期會(huì)受很多因素的影響，如氣候的變化等，因此對(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備對(duì)環(huán)境變化的處理能力，能根據(jù)不同的氣溫環(huán)境自動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)得知接下來是雷雨天氣，那么就需要減少對(duì)農(nóng)作物的灌溉水量，從而避免水資源的浪費(fèi)，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(jì)算機(jī)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(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)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(jìn)行精準(zhǔn)、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(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(duì)所收集信息與農(nóng)作物所需生長環(huán)境參數(shù)的對(duì)比，及時(shí)補(bǔ)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(duì)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(duì)所要種植的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，最終確認(rèn)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(jìn)行及時(shí)合理的灌溉。

5.4 測定土壤的水分

對(duì)農(nóng)作物進(jìn)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(duì)于土壤的含水量檢測可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)完成，計(jì)算機(jī)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(duì)農(nóng)作物進(jìn)行合理灌溉。計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)土壤的水分檢測是利用陶制探頭進(jìn)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(duì)陶瓷探頭起加固和保護(hù)作用，并且也會(huì)相應(yīng)提高探頭的探測效率［6］。

5.5 測定大氣環(huán)境指標(biāo)

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(huì)影響農(nóng)作物的光合作用，而大氣的濕度則會(huì)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(jìn)行檢測，從而通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)

采用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉進(jìn)行輔助控制，其操作更為直觀，可以通過多通道對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(huì)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，最終對(duì)灌溉量、灌溉時(shí)間等做出決策。通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)控制智能灌溉時(shí)，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(jìn)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(huì)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域被普遍應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也起著非常重要的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)可以通過對(duì)大氣環(huán)境、土壤水分、農(nóng)田內(nèi)的溫濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，建立一個(gè)較為完善的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉。計(jì)算機(jī)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(dòng)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(dòng)了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。