宋爽 韩子鑫 安帅霖 孙鸿

摘要：物联网属于现代信息技术发展的必然产物，也是互联网时代下的必然趋势。应将用物联网技术应用于农业生产，促进农业灌溉精确度的提升，从而降低灌溉成本，推动基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理技术的发展。因此本文基于物联网技术，探讨了农业精量灌溉处理技术的现状、实施对策及趋势展望，希望能够为农业现代化发展带来一定助力。

关键词：物联网;精量;数据处理

0 引言

水资源短缺是世界各国面临的重大难题，我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有量排在世界第109位，仅为世界平均水平的1/4。我国粮食主产区有17个，其中有1/3分布在水资源紧缺地区，水资源与人口土地分布极不均衡，随着经济的发展、人口的增加、社会的进步、工业和城市用水的激增，农业用水供需矛盾日益突出，导致水资源处在临界状态或超载的地区范围逐年增加。实施基于作物需水信息特征的精量灌溉是农业节水灌溉的有效途径。随着随人们节约用水意识的提高、奖惩制度的不断完善以及节水灌溉技术研究深入，我国年农业用水总量逐年降低，由2015年的3 852.2亿m3下降到2019年的3 675亿m3，但总体下降幅度相对较低，一方面由于干旱缺水，另一方面由于浪费水资源的现象及其普遍，与其他国家相比，我国的灌溉存在水资源利用率偏低、水肥一体化灌溉农田占比低和灌溉系统智能化程度低等问题，全国范围的有效利用率40% ，而在美国，有效利用率在60%～70%之间，在以色列则高达90%。为此，精量灌溉在实施过程，应该因地制宜根据实际情况充分挖掘农业精量节水灌溉的潜力，将自动化、信息化、大数据技术等物联网技术相互融合实现水资源在农业的科学高效发展。

我国在基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理技术起步较晚，但也取得了一些成就。周海莲等人通过物联网技术搭建出精准灌溉监测系统;朱洪清等人通过太阳能供电系统优化精准灌溉监测系统，很好地解决了田间布线施工难等问题，李德旺等对灌溉系统的通信技术作了进一步改进，实现精准灌溉系统的远程监控和实时数据传输。随着科学技术的发展，基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理技术将会在农业节水灌溉中得到更加广阔的应用前景。

1 物联网技术

物联网技术是将传感器嵌入到电网、供水系统等各种系统中，并将物联网与互联网整合起来，通过物联网实现的人与机器、基础设施等相互融合的实时控制管理技术。物联网技术通过对物体上的信息进行实时精准的监测和采集，并将数据传输至电脑终端从而实现物物通信。信息的感知技术有2种：第一种通过RFID 射频技术标记信息感知对象，对其进行识别和采集，再将收集到的信号传送至RFID的信息管理系统。第二种向需要采集信息的地点或物体中嵌入传感器节点，通过节点将数据传到网关，再借助因特网、移动网络、卫星等与监控中心通信。

1.1 互联性应用

物联网技术的互联性应用，主要是通过有线技术与无线技术，将物联设备与传感器设备的数据相互融合，来处理不同层面的信息。

1.2 感知性应用

物联网技术的感知性应用，主要通过物联网技术框架，组建传感器集群，各传感器间协同作业。例如利用温度传感器、定位系统，红外传感器等组建传感器集群，将采集数据通过网络实时上传，为物联网技术的应用提供有效的支持。

1.3 智能性应用

物联网技术的智能性应用，主要通过将传感器集群接入网络，并对传感器集群采集到的数据进行统计计算，将计算结果进行智能化分类整合，发送至客户终端。其特点不局限于单纯的信息接收与处理，更体现在多设备间的协同作业层面。

2 基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理系统设计

2.1 系统功能设计

基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理系统通过传感器集群协同作业对影响因素进行数据采集，无线网络技术将数据传输至数据处理系统，对数据运算分析，给出的精量灌溉处方，从而实现精量灌溉作业。

我国天然水资源与人口土地分布不相匹配，17个粮食主产区中8个分布在北方水资源紧缺地区，水资源承载力与承载负荷不均衡的问题突出，水资源处于超载和临界状态的区域越来越多、范围越来越大，约束程度越趋紧张。随着节水意识的不断增强、节水奖惩制度的不断完善和节水型灌溉技术的持续推广应用，我国农业用水量逐年下降，从2015年的3 852.2亿m3下降到2019年的3 675亿m3，但整体下降幅度偏小，依旧存在灌溉水利用率较低、水肥一体化灌溉农田占比低和灌溉系统信息化程度不高等问题，根据预测，到2030年还需要发展高效节水灌溉面积0.13多亿hm2。为此，节水灌溉项目在实施过程中需要因地制宜，将防渗渠、低压管道输水、喷灌、微灌、滴灌等节水灌溉技术与泵站自动化、信息化、大数据技术相结合，充分挖掘农业灌溉节水潜力，实现水资源在农业发展中的高效、科学利用。

2.1.1 环境实时监控系统

用户可以通过笔记本电脑、智能手机等远程便携设备实时查看环境信息，例如土壤温湿度、光照强度、空气温湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度等。

2.1.2 预警系统

预警系统根据不同用户需求设置环境监测参数阈值。当环境监测参数超出阈值，预警系统通过无线网络技术将预警信息反馈至用户终端提醒用户。用户根据预警信息能够更加及时、高效的处理相关问题。

2.1.3 远程自动化控制系统

使用者可以通过笔记本电脑、智能手机等遠程便携设备实现实时远程自动化控制，远程自动化控制方案可根据用户需求自由定制，例如当土壤湿度过低时，远程自动化控制系统能够自动完成依处方精量灌溉作业。

2.1.4 数据分析系统

精量灌溉数据处理系统通过采集、计算分析、对比历史数据等得出不同条件组合下的数据模型，通过列表、直方图等形式直观呈现于用户界面中。通过数据统计、数据挖掘等技术分析历史数据，能够得出更为行之有效的农作物管理处方。

2.2 系统的总体结构设计

如图1、图2、图3所示，基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理系统从功能层次可将系统分为农业设备节点、主节点、网关、终端控制等，是以无线射频识别技术为基础的传感器集群的协同系统。其主要特征是根据实际需求将括了传感器、通信模块和执行器等安装到农业设备对应的节点上，将设备及传感器等互联于网络当中，使农业设备间具备自动化、网络化、智能化。

3 趋势与展望

3.1 软件和服务成为核心

在如今互联网+的时代背景下，基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理系统将成为未来智能农业精量灌溉系统的核心。用户学习门槛低，无需掌握农业精量灌溉技术，仅通过便携移动设备便可收到基于物联网信息感知的精量灌溉数据处理系统的决策信息，实现硬件操作向软件决策的智能化过渡。

3.2 大数据加连接

政府、示范企业、示范基地等均对农业信息化建设做出了大量的前期投入，并且采集了大量数据，但由于在区域及主体上没有相互联接，导致数据没有得到有效利用，从而导致信息孤岛化现象的形成。随着物联网布局的广度、深度以及密度的增加，农业数据将实现互联和共享，通过数据统计、数据挖掘等技术针对农业节水、智能化精量灌溉给出全面且完整的大数据分析，实现对农事信息的全面掌控，同时更加全面的得出行之有效的农作物管理处方，实现精量灌溉。

变量施药技术主要先进的传感技术、电子信息技术和自动化技术等的技术融合，实现对农作物植保的按需喷药，在保证农药施药效果的同时有效降低农药的施用量，在提高施药工作效率的同时，减少因过度施药而对环境造成严重的污染。未来应加大对农业科研与资金投入力度，加强变量施药技术与装备及部件的研发、应用及推广。大力开展农业专业传感技术与关键部件的研发，研发自主品牌的农业运算芯片，未来变量施药技术将植保领域推向简单化、智能化、精准化的方向。同时也要加大对变量施药技术的推广，切实的将技术应用到植保领域，提高虫、草、病害的防治能力，实现农作物的增产增收。

基于农业物联网技术的油料作物主要病虫害智能植保装备能够提高智慧农业的发展速度，有效提升农业可持续化发展进程，充分实现农业现代化所要求的精细化、高效化与绿色化，减少农药投入使用。减少土壤污染，为黑土地的保护提供了重要的技术支持。

伴随我国科学技术的高速发展，变量施药技术是公共植保和绿色植保的重要组成部分，实现我国农业生产全程机械化的重要环节。变量施药技术为实现复杂变量喷洒的施药作业提供了技术基础，或将改善传统农业劳动力人口需求过多的现状，加速推动农业向集约型、精准型、可持续型转化，加快推进变量施药技术与装备的研发，对提高农作物虫、草、病害防治能力和促进农业高速发展及农民稳定增产增收具有重要意义。植保无人机的潜力不可小觑，应在植保无人机的人机分离技术、人药分离技术等进行深入研究，提高植保无人机的产品可靠性、工作效率、智能变量施药的准确性及现代化智能水平。研发单位应重视变量施药技术研发过程中与新兴技术的集成，尽量简化装置结构、降低设备操作门槛高、控制成本、重视技术推广，切实的将变量施药技术应用于农业植保过程中去。

参考文献

[1] 陈兴，马朋，刘芳，等.大数据分析在物联网环境下大田農作物精准灌溉的研究与应用[J].农业科技与信息，2020（11）：62-66.

[2] 罗嘉龙，刘卫星，陈正铭，林佳煜.基于ZigBee物联网技术的智能农业灌溉系统设计[J].电脑知识与技术，2018，14（30）：186-189.