無(wú)線(xiàn)物聯(lián)助力農業(yè)灌溉系統智能化

我國人均淡水資源為2300立方米，僅為世界平均水平的1/4，而農業(yè)灌溉消耗了其中的62.3%。充分利用好有限的水資源，關(guān)系到國家的糧食安全和農業(yè)從業(yè)者的效益，也關(guān)系到全民的生活品質(zhì)。在保收增收的前提下實(shí)現科學(xué)灌溉、合理利用水資源成為當前我國農業(yè)發(fā)展的重要挑戰。

智能灌溉系統是為保證農作物需水量的前提下，實(shí)現節約用水而提出的一種新型灌溉技術(shù)，它通過(guò)各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的部署，實(shí)現農田和作物狀況的自動(dòng)化數據采集、分析決策和集約化控制。它可以根據植物和土壤種類(lèi)，光照數量來(lái)優(yōu)化用水量，還可以在雨后監控土壤的濕度。和傳統灌溉系統相比，智慧灌溉系統在成本相當的情況下可以節約用水16%~30%，同時(shí)還能保證作物的成長(cháng)因素更加優(yōu)化，實(shí)現節水增收的效果。

從傳統灌溉系統到智慧灌溉系統

傳統灌溉系統主要由管路和機電控制的閥門(mén)系統組成，通常缺乏傳感器部署，即便有傳感器存在，也不能和灌溉系統聯(lián)通，形成只能由人解讀的信息孤島?，F場(chǎng)人員憑經(jīng)驗或者操作規程進(jìn)行操作，很難根據現場(chǎng)的實(shí)際墑情、氣候情況和作物實(shí)際狀況部署最優(yōu)灌溉策略。 因此，其效率和效益兩方面都存在較大的改進(jìn)空間。通常智慧灌溉系統，主要由無(wú)線(xiàn)自動(dòng)控制器、物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)和電磁閥、傳感器等組成。

灌溉控制器為創(chuàng )新的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)智慧灌溉控制器，在控制器方圓約五平方公里范圍內可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)接入不同規格的電磁閥、水泵、水壓計、傳感器等，所有傳感器和電磁閥不需要使用外部電源。灌溉控制器也可以用于霜凍監測、預警和灌排實(shí)時(shí)控制。

無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分賦能灌溉系統升級

農戶(hù)以其灌溉面積和成本策略不同，采用不同的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。這一領(lǐng)域較為常有的技術(shù)有低功耗藍牙、LoRa、NB-IoT等。低功耗藍牙、LoRa和NB-IoT這三種技術(shù)都是有源技術(shù)，都需要電池供電，均能主動(dòng)傳輸數據。以上三種技術(shù)中，低功耗藍牙屬于短距離技術(shù)，在無(wú)視距障礙的情況下通?？梢砸宰钸h距離250米來(lái)規劃部署節點(diǎn)，有視距障礙的情況下，可以酌減為50-150米之間。NB-IoT和LoRa 這兩種技術(shù)都是低功耗的廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，視距傳輸距離可以長(cháng)達15~20千米，方便于大規模遠程場(chǎng)景。NB-IoT服務(wù)由電信運營(yíng)商提供，電信運營(yíng)商的NB-IOT服務(wù)****覆蓋的地區均可以使用。但反過(guò)來(lái)講，如果電信運營(yíng)商的信號沒(méi)有覆蓋或覆蓋不完備，除了等電信運營(yíng)商部署，就只能考慮做自組網(wǎng)了。LoRa技術(shù)的優(yōu)勢就是方便客戶(hù)搭建自組網(wǎng)的。它的好處是，自建網(wǎng)絡(luò )，想覆蓋到什么范圍就可以覆蓋到什么范圍。劣勢就是自建網(wǎng)絡(luò )需要自己進(jìn)行運維。

工作原理

系統通過(guò)分析自動(dòng)監測系統的前端采集的土壤、氣候、植物相關(guān)數據，處理數據結果并作出灌排決策，由灌溉控制器****無(wú)線(xiàn)控制信號控制電磁閥的開(kāi)關(guān)和持續時(shí)間，并實(shí)時(shí)監測管道壓力及流量等信息，對農田作物進(jìn)行精準水肥灌溉。

傳統水肥灌溉設備在田間不同區域分別灌溉控制時(shí),需要將每個(gè)電磁閥以有線(xiàn)方式分別連接到控制器上，這種布線(xiàn)方式受田間日常耕作影響大，一旦線(xiàn)纜破損則影響整套灌溉系統工作且檢查維修比較麻煩，大田布線(xiàn)施工及材料成本也較高。最新研發(fā)的自動(dòng)灌溉控制系統將改變這一傳統方式，實(shí)現灌溉控制器和電磁閥之間的無(wú)線(xiàn)連接。這一創(chuàng )新能夠解決傳統灌溉系統有線(xiàn)控制的弊端，為農業(yè)灌溉提供更加經(jīng)濟、實(shí)用和高效的自動(dòng)灌溉控制系統，給農業(yè)精細化灌溉提供完整解決方案。

土壤墑情監測

土壤水分是土壤肥力的重要組成部分，是植物生長(cháng)發(fā)育的重要影響因素，土壤水分也是研究農業(yè)干旱及作物干旱的重要參數，是節水農業(yè)中的重要指標。傳感器采集土壤溫濕度情況，對土壤溫度、濕度、PH值、水溫電導率、墑情監測、并可對各農田不同區域的土壤的狀態(tài)，趨勢變化等信息進(jìn)行監測。為優(yōu)化土壤結構，監測優(yōu)化效果提供決策依據，確保農田增產(chǎn)增收。

用水量監測

針對各灌溉、監測區域安裝水表，自動(dòng)抄表，顯示用水量，可根據不同作物，不同區域，不同時(shí)間對灌溉的水量進(jìn)行記錄和統計。系統根據監測數據自動(dòng)判定是否開(kāi)始灌溉。系統判定土壤溫濕度達到閾值，電子閥自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)始自動(dòng)灌溉，當溫濕度達到標準值電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，灌溉停止。

無(wú)線(xiàn)智能灌溉系統優(yōu)勢

1.傳輸信號穩定，實(shí)時(shí)監測，遠程控制失誤率低，準確率高

2.防水，耐熱，耐寒，可長(cháng)期穩定運行，安全節能

3.根據農業(yè)種植現場(chǎng)情況，可靈活設置灌溉電磁閥，合理用水

4.多點(diǎn)數據組網(wǎng)傳輸，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )耗用少，智能澆灌

5.氣象站配備傳感器，可根據實(shí)際需求自由組合

創(chuàng )新驅動(dòng)形勢下趨勢分析與展望

在互聯(lián)網(wǎng)＋時(shí)代，無(wú)線(xiàn)智能灌溉成為未來(lái)智能農業(yè)節水灌溉系統的核心，農民可以不用完全掌握有關(guān)農業(yè)灌溉的技術(shù)，而通過(guò)信息的推送和專(zhuān)業(yè)的服務(wù)直接獲得決策信息，實(shí)現真正的硬件操作“傻瓜化”向軟件決策服務(wù)“傻瓜化”過(guò)渡。 在政府對農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力支持下，無(wú)線(xiàn)智能灌溉技術(shù)已是大勢所趨。由于無(wú)線(xiàn)智能灌溉技術(shù)尚未在農業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應用，所以，對于出現的問(wèn)題要積極解決，促進(jìn)其在農業(yè)領(lǐng)域應用，使其達到產(chǎn)業(yè)化、標準化、規?；?，使農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要作用得到充分發(fā)揮。

總結

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的無(wú)線(xiàn)節水灌溉自動(dòng)化技術(shù)，逐步實(shí)現以數據為驅動(dòng)的智慧灌溉，全面推進(jìn)灌區灌溉管理的現代化、智能化、自動(dòng)化，為智慧農業(yè)發(fā)展帶來(lái)更多的效益。

作為國內知名的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案商，深圳信馳達科技以其先進(jìn)的射頻和數據應用技術(shù)，其藍牙、LoRa、NB-IoT產(chǎn)品為多家海內外客戶(hù)打造智慧灌溉農業(yè)解決方案提供了賦能，為農業(yè)可持續發(fā)展這一目標的實(shí)現奠定基礎。