智能农田灌溉系统的设计

智能农田灌溉系统的设计

陈二强

平顶山市水利勘测设计院   河南平顶山   467000

摘要：农田灌溉是农业生产的一个环节，占全国用水量的十分之七以上。与传统的灌溉技术相比，农田智能灌溉系统配备了机械井智能远程监测装置，能够准确监测和显示地下水水位变化、土壤湿度等信息。通过智能挖掘数据，大大改善了农业生产的基本条件，提高了水资源的合理利用。基于此，本文章对智能农田灌溉系统的设计进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：智能农田灌溉系统；设计；分析

引言

为了减轻水资源短缺对我国农业经济造成的压力，我国农田灌溉研究了提高用水效率和节约水资源的方法。因此，出现了节水灌溉系统。随着节水灌溉系统的发展和普及，对节水灌溉系统的变频控制也受到重视。虽然国家大力提倡节能概念，但控制节水灌溉系统变频的能源绩效也令人关切。

一、问题的提出

随着先进技术的发展，农业灌溉模式逐渐从广泛的人工灌溉转向智能灌溉。在一些西方发达国家，农业智能灌溉研究开始得更早，使农民能够更好地了解自己土地的湿度，远程灌溉，并利用先进技术准确确定灌溉时间。我国是一个缺水的农业大国，由于缺水，旱地面积逐年增加。此外，农业智能灌溉技术的采用较晚，大部分农田继续受到人工灌溉，造成大量水资源浪费，忽视了降雨对土壤湿度的影响，造成劳动密集型。为了解决这些问题，我国模仿西方发达国家建立了一个农业用地智能灌溉控制系统，但事实证明，该系统不仅费用高昂，而且无法适应土著文化的需要。因此，开发适合我们国家农田的智能灌溉控制系统至关重要。

二、农田灌溉常用模式分析

农田灌溉最常见的模式是地下水灌溉，即打井，将地下水引入农田灌溉。地下水灌溉问题本身：首先，多年的长期和大规模干旱导致地下水水位大幅度下降，地下水供应不可持续；第二，由于地表水无法满足农村人口的生存和生计需要，地下水资源的过度开发导致地下水水位下降、水质恶化和水量枯竭，导致灌溉费用增加等许多问题。但地下水灌溉模式的最主要好处是，在水资源分配方案允许的条件下，通过为作物提供水循环灌溉来提高产量和经济收入。

三、智能农田灌溉系统的设计分析

（一）智能灌溉系统构成

按照功能可以将智能灌溉系统划分为环境信息采集、无线传输、数据分析、智能决策4个模块。系统利用传感器自动采集气象、土壤、植物生长相关参数，运用无线通信技术传输数据，应用大数据技术进行数据统计分析并建立作物需水量模型，最后系统可依据天气预报信息及作物实际需求形成节水灌溉制度，辅助人们进行高效节水灌溉。

（二）农田水利自动化监测

（1）分析动态农业性质，例如发生不确定性的土壤、肥力和其他资源状况；（2）在处理模块（RaspberryPi）的帮助下，从大气中收集数据的传感器阵列通过MQTT协议进行传输，数据与适合HTTP协议的标头一起合并和移动；（3）收集的传感器数据存储在云端，并在使用网络后作为信息包进行通信；（4）智能云计算由Thing-Speak云平台处理，提供分析，使机器学习操作顺畅；（5）GRNN的训练正在处理以下拆分，例如60%的收集数据用于训练GRNN，30%数据用于测试，10%数据用于验证；（6）由于GRNN是一种监督学习方法，并且需要映射过程，因此加入目标值，以便产生最佳网络；（7）由于这是一个迭代过程，如果映射完美匹配（即输入层到目标层），则达到收敛阶段，由于学习过程是迭代的，该过程继续将输入映射到目标；（8）在经过训练后的网络的帮助下，对最佳策略进行预测。

（三）基于REP数据预处理

第一类信息只提供灌溉地区不同作物生长季节的总用水量信息，但灌溉地区并非每天都提供水，因此只能提供某一日期的可用水量信息，而不能准确估计某一作物的用水量，为了在类型性质和类型性质以外的性质之间建立明确的关系，需要建立资料集，以记录作物每天消耗的水量。因此，本文件提出了一种称为REP的数据预处理方法，用以估计农业作物的日常用水。此外，我们还将拟议的REP技术与基于平均分配水（EWD）的预处理技术进行了比较。在平均供水技术（EWD）中，我们将供水区的水量除以连续两次供水之间的天数，得出每天平均用水量。但是，如果水的分配是平等的，那么无论天气如何，每天使用的水量都是相同的。由于作物的实际用水量与天气条件密切相关，有必要获得更准确的数据集用水数据，并对具体数据集应用分类模型，以研究非分类特性与特性之间的确切关系。

（四）节水灌溉系统变频控

节水灌溉系统变频控制系统具有以下功能：系统上部具有监测功能，负责全系统监测、系统运行状况监测以及实时记录和记录运行数据上位机还将根据相应的操作要求，实时在屏幕上显示相关的操作参数，还可以满足操作人员的信息打印要求。系统中的PLC主要负责系统运行数据的收集、计算和处理。根据采集处理工作数据，后台控制中心或系统操作员根据PLC收集的数据，根据相关操作指令的线路数据传输和共享任务，执行系统的管理、控制管理或维护。目前变频调速系统通常使用S72300，改造后的设备处理器具有较大的容量、丰富的功能和稳定的性能，能够有效满足系统运行过程中的数据采集和计算需求。更重要的是，经改装的设备还具有很强的抗干扰能力，从而确保了数据的准确性以及数据传输的安全性和可靠性。系统中的变频器主要起到变频调节电机的作用。变频器在收到PLC发出的指令后调整电机转速，以减少能量损失并提高系统运行的能效。

（五）合理规划地表水和地下水综合开发

农村农田灌溉主要利用地下水资源，即地下水灌溉方式，地下水资源丰富，可以通过降雨、河流渗漏、水库渗漏、渠道渗漏、生活排水等方式补充，这可以称为在农田灌溉框架内进行地表水和地下水综合管理的努力得到了大量技术和科学措施的支持，从而实现了两种水资源开发，并实现了最大程度的平衡。有必要明确地下水的范围和分布，严格设计开采强度，加强自然生境（居住选择），并确保指定地下水开采区地下水补给的连续性，同时超出直接开采的地下水量。

（六）强化农田水利设施维护管理

改善农业用地灌溉用水需要维护和管理节水灌溉基础设施，特别是改善农田水利设施的日常维护、维护和管理。这就是所谓“养兵千日，用兵一时”。只有在日常实施养护管理的情况下，养护管理才能在农业用地的大规模灌溉生产中发挥关键作用。一方面，需要加强农田水利设施的日常管理和维护。根据水利基础设施的分布情况，将指派一名特别人员负责设施的管理。在检查和维修过程中，如果发现设备出现故障或损坏，应及时维修或更换备件，以确保设施设备正常运行。另一方面，加快推进基础水基础设施的信息管理。随着社会科学技术创新的不断发展，越来越多的智能技术或设备部件被应用于水利基础设施建设。智能技术可以远程控制水利设备，不仅可以提高水利设备的维修效率，还可以节省大量人力和物力成本，从而提高水利设备的运行管理水平。

结束语

智能农田灌溉系统是一项提高农作物生长效率和灌溉用水效率的新革命，引入人工智能使管理部门利用更少资源的同时提高了粮食产量，此举具有重大现实意义。我国农村基础设施建设比较落后，农业管理比较粗犷，智能灌溉系统研究取得了一定成果，但是仍处在发展阶段。未来农业将朝着规模化生产、管道化灌溉、自动化管理方向发展，传统农业信息化建设中收集的大量基础数据需要得到进一步利用，智能灌溉系统研究具有非常重要的意义和较大的发展空间。

参考文献

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