杜朋轩 曹梦川 伍丹 张婷 石志刚

摘要：为详细分析物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用，推动我国数字农业生产力的提升，该文结合节水灌溉现状，详细分析智慧农业的发展现状，对农业物联网的基本架构展开深入分析。基于此，文中提出智慧农业中节水灌溉的基本流程、节水灌溉的物联网实施方案等措施，以期为提高物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用水平提供参考。

关键词：物联网技术  智慧农业  节水灌溉  应用对策

中图分类号：TP393  文献标识码：A

Research on the Application of Internet of Things Technology in Water-Saving Irrigation of Smart Agriculture

DU Pengxuan1  CAO Mengchuan1  WU Dan1  ZHANG Ting1  SHI Zhigang2*

（1.Ningxia Polytechnic， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 750021 China; 2.Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region， 750002 China）

Abstract： In order to analyze the application of Internet of Things technology in water-saving irrigation of smart agriculture in detail， and promote the improvement of digital agriculture productivity in China， this paper， combined with the current situation of water-saving irrigation， analyzes the development status of smart agriculture in detail， and conducts an in-depth analysis of the basic architecture of agricultural Internet of Things. Based on this， the paper proposes the basic process of water-saving irrigation in smart agriculture， the implementation plan of Internet of Things for water-saving irrigation and other measures， with a view to providing reference for improving the application level of Internet of Things technology in water-saving irrigation of smart agriculture.

Key Words： Internet of Things technology; Smart agriculture; Water-saving irrigation; Application countermeasures

我國一直以来都是拥有悠久农耕历史的传统农业大国，农业是国家发展中的重中之重，为了推动农业的信息化建设和发展，促使传统农业逐渐朝着信息化智慧农业转变和发展，推动我国数字农业生产力的提升，各级部门在时代发展背景下，积极推进物联网系统的先进技术的应用，实现现代农业信息化的生产。物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用具有实质性意义，不仅能够提高灌溉效率，而且能够实现水资源的节约使用，对我国农业经济发展具有非常重要的推动作用。

1 节水灌溉现状

现如今，各地区对灌溉工程项目的重视程度较高，特别是在科学技术不断进步和快速发展的形势下，各种先进技术在农业灌溉中得到了广泛应用。灌区已经相继安排不同的农业机械化灌溉设备，根据相关数据统计结果，其用水总量在全国计划总设备用水总量中的占比较高，占比已经达到了80%左右。我国农村水资源较为丰富，但是根据目前农业机械化灌溉工程项目在用水量方面相比，两者之间存在的差距非常明显，主要原因是目前我国农业水利灌溉设备的整体技术水平偏低。与此同时，在用水率方面，与世界先进技术的应用水平相比，仍然处于落后的状态。久而久之，我国很多的农业水资源无法得到有效开发，利用率较低，农业基础设施的灌溉效率也比较低，不断限制和阻碍我国农业的现代化建设进程。节水施肥以及节水灌溉是目前我国在推动现代化农业发展时的重要组成部分，我国农业经济发展速度较快，逐渐朝着智慧农业的趋势转变。智慧农业发展中，是以智能化、远程控制等方式，结合先进的技术、设备，保证智能化技术的合理利用，提高农业的整体经济水平。

2 智慧农业发展现状

科学技术的不断进步和快速发展，我国已经全面进入到网络化时代，网络技术在我国农村的应用范围不断扩大，农民在现代农业科学技术生产环境当中，逐渐扩大现代科学技术的应用范围，对于传统农耕环境也可以起到良好的转变效果[1]。目前地球表面大概有70%的面积都已经被水覆盖，其他30%左右的陆地上也存在部分水资源。但是根据相关调研结果，地球上的淡水资源储备量较低，在总水资源量中的占比只有2.5%，由于受到自然、客观因素等影响，海水、深层地下水等开发和利用受到严重限制，无法满足农业日常灌溉的基本需求。在经过调研和分析后，发现部分地区现有的空间灌溉方式以及技术手段过于落后，导致灌溉水的实际利用率只有40%左右，势必会消耗大量水源，也因此体现出发展智慧节水灌溉技术的必要性。根据不完全统计，智慧农业市场发展规模有明显的上升趋势，2016—2019年，我国智慧农业市场规模从155.2亿元增长至231亿元，2020年市场规模约为268亿元。智慧农业发展中，已经相继完成了较为完整的技术体系，各环节都有专业技术作为支持，尤其是在大田农业智能灌溉控制系统上，即便是上百亩的农田，待安装好传感器、土壤监测器后，配合智能启停的装置，在手机上就可以判断是否需要开启阀门进行灌溉，或者直接由智慧农业云平台实现自動化的灌溉。

3 农业物联网的基本架构

农业物联网在应用时，主要是以信息化监控网络为基础，在监控网络当中传感器节点的数量较多，可以直接以传感器为基础，对土壤信息以及气候条件等数据信息展开全方位的采集，可以对各种与农业生产相关的信息数据进行全方位的掌握和了解，这样能够及时发现隐藏在农业生产中的各类问题，提出有效对策进行妥善处理，避免造成更加严重的后果。互联网技术与农业生产之间的有效结合，可以打破传统形式下以人或者机械为中心的生产模式，促使农业生产的中心逐渐转变成为信息软件，将农业生产当中涉及到的各种自动化机械设备全部都联合在一起，这样做的目的是保证农业智能化以及自动化生产水平得到提升。从技术角度着手对农业物联网架构展开深入分析时，其主要是由感知层、网络层以及应用层这几个部分组合而成[3]。农业物联网在建设和应用时，其感知层主要是以科学技术设备为基础，对各种不同类型物体展开有效识别，对农业生产信息进行全方位的采集，尤其是各种不同类型的专业检测传感器以及传感器网络等都是其中非常重要的组成部分。比如：在针对二氧化碳浓度进行检测时，会从温度以及湿度检测角度着手，还会设置监控摄像头等农业物联网当中的网络层，主要是针对各种不同类型信息进行传递或者处理。该层结构是由通信网互联网等组合而成，应用层则是将农业用户与物联网之间形成有效连接，保证物联网的各种不同类型应用功能作用可以落实到实处，这样才能够为农业发展提供可靠依据作为支持。

4物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用策略

4.1节水灌溉工作流程

根据智慧农业节水灌溉的要求，对网络系统进行合理的构建，保证该网络系统具有互动性以及可靠性的特征。在农业生产节水管理中，控制系统在其中具有非常重要的影响和作用。中央控制室以及无线通信设备有限公司都是其中非常重要的应用对象，在整个系统应用过程中要从过灌区内采集各种数据信息，对采集到的数据信息展开分类处理，结合数据分析结果，可以对相关决策进行编制和落实。该系统检测设备及土地灌溉等都是其中非常重要的组成部分，结合目前农田自动灌溉系统的运行现状，合理利用传感器，提高各种不同类型数据信息的收集率，及时做好记录，对数据信息进行分析，更为重要的是要对这些信息以及农田的水情展开动态化的监督和管理。与此同时，将现有的诸多图像信息等全部都直接上传到对应的中央系统当中，控制器在操作时，如果发现田间的供水量已经可以达到标准要求，甚至还会出现超出设计预定量值的现象，那么此时中央控制系统会发出预警。控制阀在接收到预警信号之后，会直接关闭农田当中的水管，基本参数传感器在投入正式使用时，其与控制系统之间可以实现有效的连接，以此来不断完善和优化网络数据传输方式。基于此，通过对GPRS技术的合理利用，合理控制测量指令以及相关数据，结合控制室内的计算机终端操作系统，将信息数据全部都快速、有效的传输到中央控制服务器中，这样能够提高数据信息的利用率。

通过对节水系统当中节水功能的合理利用，能够对农田的温度以及作物生长等各项参数进行快速的收集，在节水系统收集信息的基础上，对相关信息数据进行备份，同时将非地面通信收集到的数据信息全部都整合在一起。紧接着上传到地面物联网系统当中，服务平台在构建和应用时，根本目的是保证为节水区域的各项工作提供可靠依据作为支持，尽量帮助农民对水源进行正确的使用。在水处理时，可以自动根据实际情况的不同分配安全用水以及必要的水桶安全水控制系统，在应用时可以对用水情况进行实时的监测，对供水模式进行适当调整和优化，同时要对水质进行改善。结合作物的实际情况，有利于实现自动化的智能供水，这样能够尽量避免传统供水模式下出现缺水等问题。

除此之外，对于农业管理人员来说，要积极转变思想观念，学会如何操作先进的技术和设备，比如可以借助智能手机在其中的合理利用，拉近与农业综合企业互联网平台之间的联系，促使两者之间可以形成有效的沟通和交流。通过这种方式在其中的应用，可以直接利用手机远程的方式，深入了解农田灌溉的具体情况。结合农田灌溉的现状，对灌溉水进行适当的调整和优化，借助手机屏幕直接获取有关农田土壤以及农作物的生长等信息数据。在构建和推进农业服务平台时，需要将其与互联网节水服务平台连接在一起，这样有利于实现多样化的服务。另外，在平台应用时，还可以从多个角度论证和分析水域条件，用户根据实际情况，对水域条件当中涉及到的数据信息进行调取和利用。

4.2节水灌溉的物联网实施方案

控制系统在投入正式使用时，其中涉及的内容较多，包括控制室以及无线通信网络等。控制系统以及信号发射器等各种不同类型的传感器在应用时，都可以实现自动化操作，在整个智慧农业节水灌溉操作过程中，通过无线通信网络的合理利用，可以对灌溉控制信息进行实时的观察和分析。根据信息中呈现出的内容，将其输送到远程监控系统室内，根据实际情况的不同，及时做好调整[5]。监控系统在投入正式使用时，将灌溉水控制阀开启，这样做的目的是给农业灌溉提供较为可靠的水源，满足农田灌溉用水的基本要求。在灌溉过程中，需要根据实际情况的不同，提前设置好预定值，在达到预定值的时候，控制阀会自动关闭，避免带来不良影响。农业环境持续性的变化，特别是在受到GPRS传感器的影响后，会直接将相关信息发送到农业设备中。整个过程中需要意识到信号输出时，通过远程控制室可以对其进行合理管控，利用服务器对已经采集到的数据信息进行计算。紧接着在后续的远程决策时，可以根据数据计算和分析结果，对发动机的运行状态进行合理管控。

结合目前农业物联网发展现状，网络模式在投入正式使用时，一般是使用laura+4G的网络，也就是在针对物联网服务平台进行操作时，需要将4G网络技术作为其中的主要网关。在实践操作过程中，Laura Gate的使用，很容易受到外部因素的限制影响，所以无法提供最基础的服务，此时用户数量以及功能数量等都有明显的下降趋势。针对该问题进行处理时，要结合实际情况，不断更新和优化企业网络计划，借助NB-loT物联网计划，来实现农业发展的目标。

4.3物联网系统在智慧农业节水灌溉中的应用

4.3.1系统管理

物联网系统在智慧农业节水灌溉中的应用具有非常重要的影响和作用，其主要功能是将内部数据进行全方位的收集和管理，对数据表的结构进行维护。以物联网技术为基础，加强对系统运行状态的维护和管理，促使用户的使用权限以及基本信息较为完整和可靠。物联网系统在投入正式使用时，可以在特定的范围内操作，加强对物联网系统运行内部的管理力度，对数据表的基本结构进行确定，同时加强对数据的维护管理力度，这样不仅能够保证智慧农业节水灌溉工作的全面有序开展，而且能够为其提供可靠的数据信息作为支持。

4.3.2信息的查询和收集

通过对各种不同的方法的合理利用可以对相关数据信息进行准确查找，通过图表或者其他的方式，可以将最终的表达结果以一种更加真实的方式呈现出来。通过空间搜索、组合逻辑等各种功能操作方法，可以提高互联网技术在智慧农业技术灌溉中的应用水平[6]。在物联网系统的应用背景下，可以针对智慧农业的数据信息进行全方位采集，同时对信息进行分类处理，这样才能够精准地查到相关信息。

4.3.3数据分析

在智慧农业建设灌溉中的应用，数据信息的收集和处理具有至关重要的影响和作用，所以在物联网系统中可以对各种位置信息以及数据展开深入分析，这样能够保证数据信息的准确性。从监控计算机当中获取数据后，可以利用中央计算机来对其位置进行合理的安排，对不同时段的特点展开深入分析，这样能够根据智慧农业技术灌溉的要求，保证节水灌溉效率的提升。

4.4具体应用决策

智慧节水灌溉在应用时具有非常明显的优越性特点，在诸多方面都具有直接性意义，智慧节水灌溉的推进和利用可以保证作用于灌溉用水的效率得到提升。智慧灌溉对于土壤湿度以及其他环境等各方面信息数据能够实现实时的监督和管理，通过计算机程序对其展开深入探究，在设计和应用时，可以根据作物生长的特点对水发质进行合理的设计，这样能够实现精准灌溉的目的，保证作物灌溉用水的效率得到提升，同時可以节约水资源。在实践中还可以展开精细化的灌溉，促使作物灌溉的科学性和合理性得到提升，同时强调灌溉的质量，更为重要的一点是可以保证作物生产管理水平得到提升。灌溉系统在构建时，通过显示屏幕可以将土壤水费供应数值以更加直观的方式呈现出来，以自动化的装置对其展开科学合理的管控，保证灌水量以及灌水的时间都可以得到有效管控，以此来缩减劳动力的投入。对于施肥以及滴水精准度等各方面都可以实现合理的控制，更为重要的是可以增加作物的产量，在智慧灌溉中其涉及的智能化喷管以及滴灌模式，能够提高作物的产量，比如小麦或者棉花等，其智能化的微灌模式，有利于提高各种不同类型的作物产量。

智能节水灌溉在实践中的应用，不仅可以提高水源的利用率，而且能够将物联网技术在其中的应用作用和价值体现出来。目前相关部门在智慧技术灌溉方面的研发力度越来越大，必须要提高对接受灌溉项目的资金投入，同时对项目给予一定扶持。针对灌溉示范区以及示范试点进行推进，促使物联网技术在智慧农业知识灌溉中得到合理利用。某地区是灌溉范围以及面积发展较为突出的区域之一，将其作为水滴灌技术在应用时的样板区域。某建设部门在大田棉花的研究上，将智能化滴灌技术应用其中，对该技术的应用过程展开实时的监测，以滴灌技术和土壤水分监测技术等结合使用，利用移动通信GSM网络对其展开精准的农业灌溉，其不仅能够节约水资源的使用，而且自动化水平较高，可以实现精准定位。

4.5智慧节水灌溉应用问题及解决策略

在智慧节水灌溉时，必须要保证灌水以及施肥等各环节的精准实施，提高效率以及质量，实现节能环保的根本目的，促使农业可以逐渐朝着资源化信息化的趋势转变和发展。但是目前仍然存在很多问题需要在实践中得到及时处理，在针对智慧节水灌溉展开深入研究和推广方面，我国与发达国家相比仍然存在较为明显的差距，整体水平比较低，并没有标志性的科研成果，所以很难支持更高层面的节水灌溉实践操作，对智慧节水灌溉技术的应用和发展也会造成严重限制。智慧节水灌溉技术以及物联网系统在其中的应用，需要投入的成本较高，对于经济能力有限的区域来说，很难投入较高的经济成本，所以很多部门以及单位逐渐放弃物联网技术在智慧农业建设中的应用。对于智慧节水灌溉的发展也会造成严重限制，更为重要的一点是目前在智慧节水灌溉系统应用时，缺少专业人才作为支持，现有管理人员以及技术人员的综合实力并不是很高，缺少系统化的培训，导致系统在使用时，其性能和作用很难得到全方位的推进，无法满足设备在操作以及维修时的基本要求，系统在运行时很容易出现运行效率低等问题。

针对上述问题进行处理时，可以适当借鉴国家的先进经验，根据各地区农业发展现状，保证智慧节水灌溉系统在其中的合理利用。各地区还要加大有关智慧节水灌溉技术的扶持力度，对相关财政制度以及管理体系进行完善和优化，将智慧农业节水管理技术合理应用在实践中，对于部分经济发展落后区域可以适当给予资金支持，投资重点项目，保证项目效益的稳定增长。将物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用作用和价值充分发挥出来，这样才能够提高农业经济发展水平。

5结语

智慧农业的发展具有必要性，特别是在新时期背景下，物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用范围不断扩大，受到了人们的广泛关注和重视。物联网技术在其中的合理利用，有利于打破传统形势下的农业生产以及灌溉模式，有利于提高水源的利用率，以智能化、自动化的滴灌、喷灌等方式，可以保证智慧农田节水灌溉应用效率和水平得到提升。这样不仅有利于对当地水资源起到良好的保护效果，而且还可以提高农作物的质量和产量，以此来实现当地农田生产的可持续发展目标。

参考文献

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[2]常国庆.农业生产与管理信息化中物联网技术的应用价值[J].农业装备技术，2021，47（2）：4-5.

[3]孙瑶.探讨智慧农业发展中物联网技术在设施农业中的应用[J].现代化农业，2021（3）：62-63.

[4]杨雪怡，王泽源，王慧琳.基于物联网技术的智慧节水灌溉系统分析[J].南方农机，2020，51（7）：68.

[6]张滨丽，卞兴超.基于AHP的黑龙江省智慧农业综合效益评估[J].中国农业资源与区划，2019，40（2）：109-115.

[8]申格，吴文斌，史云，等.我国智慧农业研究和应用最新进展分析[J].中国农业信息，2018，30（2）：1-14.