王曉燕

（張家口市水文水資源勘測局，河北 張家口 075000）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

王曉燕

（張家口市水文水資源勘測局，河北 張家口 075000）

為提高農(nóng)田灌溉用水利用率、降低灌溉用水成本，提出一種新型的自動(dòng)化灌溉技術(shù)，是其利用Internet技術(shù)以及無線傳感器來實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)分析了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)路由協(xié)議、系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)，由各種傳感器構(gòu)成智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而全面提升了系統(tǒng)的自動(dòng)化與監(jiān)測水平。最后分析了該網(wǎng)絡(luò)在Internet基礎(chǔ)上農(nóng)田節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)通過嵌入式控制技術(shù)完成智能化灌溉，有助于改善農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率，可很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)水。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉；應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)灌溉中，對(duì)水資源進(jìn)行管理極其重要。隨著科技的不斷發(fā)展，需要摒棄傳統(tǒng)的管理方法，將粗放式逐步改為集成式，并大力推廣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。眾所周知，我國是農(nóng)業(yè)大國，但是在灌溉方面，我國的自動(dòng)化技術(shù)仍然處于落后狀態(tài)。因此，為了使我國的農(nóng)業(yè)得到高效發(fā)展，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，通過使用傳感器等對(duì)農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，由于我國的水資源匱乏，為了提高水資源的利用率，在對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉時(shí)，可以充分利用雨水等進(jìn)行供水，還可以使用噴灌、滴灌技術(shù)，在滿足農(nóng)作物生長需求的同時(shí)，減少對(duì)水資源的浪費(fèi)。

1 物聯(lián)網(wǎng)特征

1.1 互連性

物聯(lián)網(wǎng)中最關(guān)鍵的核心部分是互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是把無線、有線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，并將所需的信息及時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸出去。對(duì)于收集到的信息通過感知層的傳感器傳輸?shù)絺鬏攲?，一般來說，所收集的信息數(shù)據(jù)都是比較龐大的，這樣就變成了海量信息，因此，在傳輸?shù)臅r(shí)候，要想確認(rèn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性和時(shí)效性，物聯(lián)網(wǎng)就必須適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

1.2 感知性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此物聯(lián)網(wǎng)離不開傳感設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)的感知層包括大量的多種類型的傳感器，全球定位系統(tǒng)（GPS）、射頻識(shí)別（RFID）、激光掃描器、紅外感應(yīng)器等信息傳播設(shè)備，類似于人體的各個(gè)器官，同時(shí)發(fā)揮著不同的作用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分。

1.3 智能性

物聯(lián)網(wǎng)不僅具備智能處理的能力，可以智能控制物體，還可以對(duì)傳感器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合了智能控制技術(shù)和傳感器技術(shù)，同時(shí)還運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)擴(kuò)大了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，如模糊識(shí)別技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)可以在傳感器采集的大量信息中進(jìn)行分析和處理，識(shí)別出對(duì)生產(chǎn)生活有用的數(shù)據(jù)，從而適應(yīng)用戶的各種需求，同時(shí)發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用模式，并在新的領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。

2 我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)階段，越來越多的國家開始在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而且在農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個(gè)方面都取得了較大成績，為新興農(nóng)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)做出了較大貢獻(xiàn)。2014年初，馬凱副總理在全國物聯(lián)網(wǎng)電視電話會(huì)議上指出要牢牢抓住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好時(shí)機(jī)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展，切實(shí)提高物聯(lián)網(wǎng)體系的競爭水平。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)階段已從最初的概念階段過渡到應(yīng)用階段，我國的各個(gè)有關(guān)部門也出臺(tái)了有關(guān)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展策略，加快農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)水平，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

被系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架控制的對(duì)象為多個(gè)區(qū)域農(nóng)田的灌溉設(shè)備，系統(tǒng)是由監(jiān)控室、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)用通訊設(shè)備的采集裝置和設(shè)置于水泵邊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)組成。自動(dòng)灌溉是由監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，主要是在灌溉水出口設(shè)置控制系統(tǒng)和信號(hào)收發(fā)裝置及傳感器反射信息。灌溉開始時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)將灌溉信息傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控室，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)隨之打開灌溉調(diào)節(jié)閥進(jìn)行供水灌溉工作且提示相應(yīng)的報(bào)警信息，當(dāng)預(yù)定的灌溉水量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉?，F(xiàn)場的環(huán)境變化由農(nóng)用通訊設(shè)備利用傳感器進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)傳向服務(wù)器送到使用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。控制信號(hào)輸出的方式是遠(yuǎn)程監(jiān)控室的PC機(jī)利用服務(wù)器分析和計(jì)算采集到的數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)決策后發(fā)出控制指示，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)予以控制。

3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

在節(jié)水的過程中，可以運(yùn)用無線傳感技術(shù)。無線傳感技術(shù)主要是運(yùn)用ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)。ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)是一種龐雜度低、功能消耗低、數(shù)據(jù)重復(fù)率低、成本低、具有較高的可信度、容量較大的網(wǎng)絡(luò)雙向無線通訊技術(shù)。主要由使用層、網(wǎng)絡(luò)層、控制層和物理層組成。有線傳輸網(wǎng)絡(luò)存在著高成本、網(wǎng)絡(luò)布線復(fù)雜、出現(xiàn)問題時(shí)維護(hù)繁瑣、靈活性較差、擴(kuò)展性不強(qiáng)等問題，而ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無此弊端。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中主要負(fù)責(zé)控制蔬菜大棚的室內(nèi)溫度、空氣的濕度、土壤的酸堿度。

3.3 系統(tǒng)供電策略

在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是利用無線電磁閥和無線傳感信息節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)中最關(guān)鍵的部分，由于該系統(tǒng)分布廣泛，更換電池的頻率很高，所以，在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該選用太陽能電池板，并選用適合的節(jié)能措施。在節(jié)能方面一般有兩種方式：使用能耗低的無線通信模塊；選擇動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)和功率管理技術(shù)。舉例來說，在農(nóng)田灌溉后，關(guān)閉這一區(qū)域的電磁閥電源和傳感器，就可以達(dá)到節(jié)能目的。

3.4 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

3.4.1 系統(tǒng)管理

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義，并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)用戶的賬號(hào)、權(quán)限、文件、信息的完整。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還可以對(duì)待定領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行規(guī)范化的管理。

3.4.2 調(diào)控噴灌機(jī)

將土壤的墑情等數(shù)據(jù)收集起來，同時(shí)將灌溉的計(jì)劃非?？茖W(xué)地制定出來，在調(diào)控噴灌機(jī)的時(shí)候利用GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程，從而使灌溉實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

3.4.3 關(guān)于查詢和收集及搜索性能

利用不同的方法進(jìn)行搜索信息，然后將結(jié)果利用圖表和其他的不同形式表達(dá)出來。搜索的方法主要有點(diǎn)位查找、空間查找、邏輯形式結(jié)合的形式。

3.4.4 收集數(shù)據(jù)自動(dòng)確定

終端的數(shù)據(jù)收集工作主要是根據(jù)不同的地點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行，通過把精準(zhǔn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)收集好發(fā)送到進(jìn)行監(jiān)控行為的計(jì)算機(jī)，中心計(jì)算機(jī)將標(biāo)示數(shù)據(jù)收集單元精確的定位布設(shè)地點(diǎn)。

3.4.5 數(shù)據(jù)分析功能

針對(duì)不同屬性進(jìn)行不同區(qū)段的分析，結(jié)果以專題圖形式提供，可供打印輸出。

4 結(jié)語

在政府對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力支持下，通過科研單位深入研究，已獲得了不錯(cuò)的效果。然而作為新生現(xiàn)代信息技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，尚未在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，還處在初級(jí)階段，有許多不足之處。所以，對(duì)于出現(xiàn)的問題要積極解決，促進(jìn)其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，使其達(dá)到產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化，使農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要作用得到充分發(fā)揮。人們的生活質(zhì)量與農(nóng)業(yè)息息相關(guān)，國家的發(fā)展水平也受其直接影響，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，將對(duì)我國農(nóng)業(yè)有很好的促進(jìn)作用。

［1］李聰聰，高立艾，李云亮.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和模糊控制的智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)［J］.節(jié)水灌溉，2013（12）：83-86.

［2］趙寒濤，張小平，朱明清.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)的研究［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2012（4）：39-42.

［3］畢慶生，頓文濤，王棟，等.面向智能灌溉的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2014（5）：40-43，47.

［4］宋增芳.精準(zhǔn)遠(yuǎn)程灌溉物聯(lián)網(wǎng)墑情監(jiān)測控制系統(tǒng)研制［D］.蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

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［6］安進(jìn)強(qiáng)，魏凱，王立乾，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精確灌溉控制技術(shù)研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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

王曉燕（1981-），女（漢族），河北張家口人，工程師，主要從事水文水資源方面工作，（Tel）15830166992。