物联网技术在现代农业节水灌溉中的应用

王晓燕

（张家口市水文水资源勘测局，河北 张家口 075000）

物联网技术在现代农业节水灌溉中的应用

王晓燕

（张家口市水文水资源勘测局，河北 张家口 075000）

为提高农田灌溉用水利用率、降低灌溉用水成本，提出一种新型的自动化灌溉技术，是其利用Internet技术以及无线传感器来实现。重点分析了传感器网络节点路由协议、系统硬件与软件设计，由各种传感器构成智能化传感器网络，从而全面提升了系统的自动化与监测水平。最后分析了该网络在Internet基础上农田节水灌溉自控系统的实现方法。系统通过嵌入式控制技术完成智能化灌溉，有助于改善农业灌溉用水的利用率，可很好地实现节水。

物联网技术；农业节水灌溉；应用

在农业灌溉中，对水资源进行管理极其重要。随着科技的不断发展，需要摒弃传统的管理方法，将粗放式逐步改为集成式，并大力推广自动化技术的应用。众所周知，我国是农业大国，但是在灌溉方面，我国的自动化技术仍然处于落后状态。因此，为了使我国的农业得到高效发展，要进行动态管理，通过使用传感器等对农作物的生长情况进行实时监测。另外，由于我国的水资源匮乏，为了提高水资源的利用率，在对农作物进行灌溉时，可以充分利用雨水等进行供水，还可以使用喷灌、滴灌技术，在满足农作物生长需求的同时，减少对水资源的浪费。

1 物联网特征

1.1 互连性

物联网中最关键的核心部分是互联网，物联网技术就是把无线、有线网络和互联网结合起来，并将所需的信息及时通过网络传输出去。对于收集到的信息通过感知层的传感器传输到传输层，一般来说，所收集的信息数据都是比较庞大的，这样就变成了海量信息，因此，在传输的时候，要想确认数据的科学性和时效性，物联网就必须适应各种网络协议。

1.2 感知性

物联网技术是各种感知技术的广泛应用，因此物联网离不开传感设备，物联网的感知层包括大量的多种类型的传感器，全球定位系统（GPS）、射频识别（RFID）、激光扫描器、红外感应器等信息传播设备，类似于人体的各个器官，同时发挥着不同的作用，是物联网技术的重要组成部分。

1.3 智能性

物联网不仅具备智能处理的能力，可以智能控制物体，还可以对传感器与计算机进行连接。物联网结合了智能控制技术和传感器技术，同时还运用各种先进技术扩大了物联网的应用范围，如模糊识别技术和云计算技术等。物联网可以在传感器采集的大量信息中进行分析和处理，识别出对生产生活有用的数据，从而适应用户的各种需求，同时发现新的应用模式，并在新的领域进行应用。

2 我国农业物联网发展现状

随着科学技术的快速发展，为农业方面应用物联网技术创造了条件。现阶段，越来越多的国家开始在农业方面应用物联网技术，而且在农业发展的各个方面都取得了较大成绩，为新兴农产品及产业做出了较大贡献。2014年初，马凯副总理在全国物联网电视电话会议上指出要牢牢抓住物联网发展的良好时机，促进物联网的健康发展，切实提高物联网体系的竞争水平。物联网发展到现阶段已从最初的概念阶段过渡到应用阶段，我国的各个有关部门也出台了有关农业物联网的发展策略，加快农业物联网的建设水平，促进我国农业的健康、可持续发展。

3 物联网技术在节水灌溉中的应用

3.1 系统网络构架

被系统网络构架控制的对象为多个区域农田的灌溉设备，系统是由监控室、无线通讯网络、农用通讯设备的采集装置和设置于水泵边的执行机构控制系统组成。自动灌溉是由监控系统来实现的，主要是在灌溉水出口设置控制系统和信号收发装置及传感器反射信息。灌溉开始时，无线网络会将灌溉信息传送到远程的监控室，监控系统会随之打开灌溉调节阀进行供水灌溉工作且提示相应的报警信息，当预定的灌溉水量达到设定值时，调节阀会自动关闭。现场的环境变化由农用通讯设备利用传感器进行检测，数据传向服务器送到使用GPRS无线网络。控制信号输出的方式是远程监控室的PC机利用服务器分析和计算采集到的数据，在实时决策后发出控制指示，对执行机构予以控制。

3.2 无线传感器网络

在节水的过程中，可以运用无线传感技术。无线传感技术主要是运用ZigBee自组网技术。ZigBee自组网技术是一种庞杂度低、功能消耗低、数据重复率低、成本低、具有较高的可信度、容量较大的网络双向无线通讯技术。主要由使用层、网络层、控制层和物理层组成。有线传输网络存在着高成本、网络布线复杂、出现问题时维护繁琐、灵活性较差、扩展性不强等问题，而ZigBee无线传感网络系统无此弊端。ZigBee无线传感网络系统在农业领域中主要负责控制蔬菜大棚的室内温度、空气的湿度、土壤的酸碱度。

3.3 系统供电策略

在农业节水灌溉中物联网系统是利用无线电磁阀和无线传感信息节点来实现监控网中最关键的部分，由于该系统分布广泛，更换电池的频率很高，所以，在建设网络系统时，应该选用太阳能电池板，并选用适合的节能措施。在节能方面一般有两种方式：使用能耗低的无线通信模块；选择动态电压调节技术和功率管理技术。举例来说，在农田灌溉后，关闭这一区域的电磁阀电源和传感器，就可以达到节能目的。

3.4 系统功能特点

3.4.1 系统管理

物联网系统主要功能是对系统内部数据进行管理，同时对数据表的结构进行定义，并对其进行维护。同时物联网技术还可以维护系统的正常运行，保护用户的账号、权限、文件、信息的完整。物联网系统还可以对待定领域的知识进行规范化的管理。

3.4.2 调控喷灌机

将土壤的墒情等数据收集起来，同时将灌溉的计划非常科学地制定出来，在调控喷灌机的时候利用GPRS网络远程，从而使灌溉实现全自动化。

3.4.3 关于查询和收集及搜索性能

利用不同的方法进行搜索信息，然后将结果利用图表和其他的不同形式表达出来。搜索的方法主要有点位查找、空间查找、逻辑形式结合的形式。

3.4.4 收集数据自动确定

终端的数据收集工作主要是根据不同的地点自动进行，通过把精准的经纬度数据收集好发送到进行监控行为的计算机，中心计算机将标示数据收集单元精确的定位布设地点。

3.4.5 数据分析功能

针对不同属性进行不同区段的分析，结果以专题图形式提供，可供打印输出。

4 结语

在政府对农业物联网技术的大力支持下，通过科研单位深入研究，已获得了不错的效果。然而作为新生现代信息技术的物联网，尚未在农业领域中得到广泛的应用，还处在初级阶段，有许多不足之处。所以，对于出现的问题要积极解决，促进其在农业领域应用，使其达到产业化、标准化、规模化，使农业物联网的重要作用得到充分发挥。人们的生活质量与农业息息相关，国家的发展水平也受其直接影响，农业物联网的广泛应用，将对我国农业有很好的促进作用。

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［3］毕庆生，顿文涛，王栋，等.面向智能灌溉的物联网应用研究［J］.农业网络信息，2014（5）：40-43，47.

［4］宋增芳.精准远程灌溉物联网墒情监测控制系统研制［D］.兰州：甘肃农业大学，2013.

［5］王连胜，夏冬艳，汪源，等.基于物联网的现代农业节水灌溉研究［J］.科学技术与工程，2011，30：7393-7396，7407.

［6］安进强，魏凯，王立乾，等.基于物联网的精确灌溉控制技术研究［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2013（12）：220-226.

Application of Internet of things technology in the modern agricultural water-saving irrigation

WANG Xiao-yan
（Zhangjiakou Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province,Zhangjiakou 075000,China）

to improve the farmland irrigation water use efficiency,reduce the cost of irrigation water,puts forward a new type of automatic irrigation technology,is the use of Internet technology and wireless sensors to achieve.Sensor network node routing protocols were analyzed,the system hardware and software design,intelligent sensor network composed by various sensors,so as to improve the level of automation and monitoring system.Finally analysis of the network implementation method of automatic control system of farmland water-saving irrigation based on Internet.System through the embedded control technology to complete intelligent irrigation,contribute to the improvement of the utilization of agricultural irrigation water,can well realize water saving

internet of things technology;agricultural water-saving irrigation;application

S274

B

1672-9900（2015）06-0045-03

2015-10-10

王晓燕（1981-），女（汉族），河北张家口人，工程师，主要从事水文水资源方面工作，（Tel）15830166992。