物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用

本文对智慧农业、物联网技术进行概述后,对智慧农业中常用的物联网关键技术加以研究,对智慧农业节能灌溉中物联网技术具体应用对策作以探讨,最后对智慧农业中物联网技术应用未来发展趋势和建议进行分析。     

物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用

本文对智慧农业、物联网技术进行概述后,对智慧农业中常用的物联网关键技术加以研究,对智慧农业节能灌溉中物联网技术具体应用对策作以探讨,最后对智慧农业中物联网技术应用未来发展趋势和建议进行分析.     

物联网在农业灌溉中的应用：从灌溉自动化到智慧灌溉

【目的】掌握物联网在农业灌溉中的应用概况,梳理未来农业灌溉的重要发展方向,进一步提高农业灌溉效率和水平。【方法】采用文献计量的方法,分别在中国知网（CNKI）和WebofScience(WOS)数据库进行主题词和关键词搜索,采用Endnote X9和VOSviewer对文献数据进行整理,分析了发文量、机构、研究热点等,剖析了该领域发展现状,并对未来趋势进行展望。【结果】近年来,物联网在农业灌溉中的应用这一领域在国内外均得到快速发展,2011―2020年CNKI年均增加27.7篇,2020年发文量为300篇,2011―2021年WOS年均增加24.3篇,2021年发文量为280篇。国内方面,河北农业大学、北京农业智能装备技术研究中心等是主要的研究机构,《节水灌溉》《农机化研究》等是主要发文期刊;2010年之前,国内研究主要集中在灌溉自动化方面,智能灌溉研究逐渐兴起;2011年至今,主要关注智能灌溉、水肥一体化、智能农机、智慧灌溉以及节水减肥和绿色发展等。国际方面,佛罗里达州立大学系统、佛罗里达大学等是该领域的主要研究机构,《Agricultural Water Management》《S...     

农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用研究

与传统灌溉技术对比,智能遥控灌溉需要将远程监控设备设置在灌溉设备上,通过物联网技术进行控制,有利于合理调配水资源,加强对农业灌溉的整体管理,既能有效保护生态环境,又能提高社会经济效益。基于此,笔者针对农业智能化系统在农业生产中的应用进行分析与研究,阐述了在农业生产中应用智能化系统的重要性,探讨了田间信息智能化采集工作原理,并从智能化控制显示内容、计量内容、存储数据功能、自动断电、预警功能、位移、断相保护、电网线报警及终端停电提醒等方面分析了精准灌溉智能化控制的方式,以期充分利用农业灌溉智能化系统,不断提高农业发展的高效性与整体质量,促进农业经济的快速发展,实现农业经济效益最大化。     

基于物联网技术的农业智能灌溉系统应用

在充分理解农业物联网应用机理的基础上,结合农作物生长需水量特点,建立基于物联网的灌溉信息采集与控制模型,从硬件电路配置和软件控制程序方面,构建农业智能灌溉系统的组态显示,针对农业智能灌溉系统进行试验,结果表明:该智能灌溉系统试验在模糊控制机理下完成,得到非线性的土壤湿度差值、空气温度及灌溉时间三者之间的控制关系;在保证传感器传输数据可靠、有效的条件下,当土壤湿度和灌溉需水量分别在35%～65%、4.5～6.5m~3范围内时,试验值与实际测得值之间的误差可控制在1%以内,符合系统灌溉功能实现要求,可为类似灌溉系统优化提供思路与参考。     

基于神经网络的农业灌溉量预测

以农业灌溉量为研究对象,将其看作灌区有效灌溉面积、年降雨量、粮食总产量的非线性函数,并利用神经网络和灰色预测等方法对其进行预测;在此基础上,再利用神经网络的非线性特征对灌区的灌溉供水量进行预测,并且对山东聊城彭楼灌区的数据进行了验证。结果表明:相对误差较小,预测精度达到了要求。     

基于神经网络的灌溉用水量预测

采用改进的BP网络对灌溉用水量进行了预测,针对BP网络的不足,采用遗传算法对网络初始权重进行了优化,并采用LM(Levenberg-Marquardt)算法进行了误差逆传播校正。通过引入遗传算法和LM算法,网络比传统的BP网络无论从精度和训练时间上都有了较大的改进。最后对湖北省宜昌市东风渠灌区进行实例分析,证明了该方法的有效性。     

基于物联网的农业生产智能化研究

随着信息技术的不断发展,智能化应用不断推广与普及。农业作为第一产业,是关系国计民生的重要领域。信息化技术在农业生产中的应用可有效提高农业生产效率,为保障农业生产效果提供支持。鉴于此,本文基于物联网对农业生产智能化技术进行研究,给出技术实施架构,对关键性技术方案进行探索,具有一定的实践应用价值。     

基于K-means聚类算法的草莓灌溉策略研究

为进一步提高日光温室封闭式栽培下草莓灌溉水肥利用率,研究了基质含水率和温度影响下的草莓灌溉策略优化方法。采用土壤水分传感器对草莓果期基质含水率进行实时监测,通过对基质含水率随时间变化的规律分析,并结合日平均温度进行K-means聚类分析,提出一种草莓优化灌溉策略。试验结果表明,灌溉第1阶段基质含水率快速上升,在灌溉结束时达到峰值,每次灌溉基质含水率平均提高21.5个百分点;第2阶段快速下降,在20 min内基质含水率平均下降3.5个百分点;第3阶段变化趋于平稳,在30 min内基质含水率平均下降1.2个百分点。在每个灌溉周期内,含水率呈线性下降趋势,在整个果期内,其斜率随日平均温度的升高逐渐增加,由0.0114增加至0.0365。研究结果表明,根据基质含水率变化和日平均温度区间进行定量灌溉,理论上果期每株草莓仅需要4.51 L水,可节水15.4%,该方法能有效提高水肥利用率,实现节水节肥。     

基于LPWAN物联网与专家系统的果园精准灌溉研究

针对传统通信技术传输距离短、抗干扰能力差以及传统灌溉不合理、水资源利用率低等问题,构建了基于LPWAN物联网与专家系统的果园精准灌溉系统.该系统通过节点采集果园空气、土壤温湿度等环境信息,通过LoRa和NB-IoT网络将数据包上传到云服务器,专家系统根据采集到的环境数据和决策数学模型,实现需水量预测与灌溉决策,并将决策...     

基于DTW-ILC算法的农业灌溉用水量调控方法

为了有效提高农业灌溉用水的利用率,根据农业灌溉的用水量,采用2级灌溉,先蓄水再灌溉的策略。在每次灌溉前,根据动态时间弯曲-迭代学习控制（DTW-ILC）方法的思想,先计算出灌溉用水,将其存放在蓄水池中,再根据实际农业灌溉用水量进行灌溉,反复用计算出来的蓄水池储水量逼近实际用水量,达到修正系统参考模型的作用,同时将下次灌溉的用水存储在蓄水池中,可以很好地预防干旱带来的无水灌溉的问题。仿真结果表明经过几次蓄水灌溉的过程可以很好地跟踪农业灌溉的实际用水量,提前作好蓄水池的蓄水工作,需要灌溉时有适当的灌溉用水,减少浪费,最终达到节水目的。     

基于混合蛙跳算法的灌溉制度寻优应用研究

针对灌溉制度优化设计问题,以灌溉-产量灌溉制度模型为目标函数,随机生成灌溉制度,采用混合蛙跳算法对其进行优化,得到了最优灌溉制度。实例验证表明,混合蛙跳算法应用于灌溉制度寻优切实、可行,为灌溉制度寻优提供了一种新的方法。     

计算机技术在农业灌溉中的应用

计算机技术的不断普及对于经济社会发展起到了重要的推动作用,通过计算机技术的应用能够对传统行业进行信息化改造,提升社会整体的信息化水平。我国人口规模庞大,农业生产活动直接影响经济发展以及社会稳定。但是传统粗放式的农业生产方式会浪费大量资源,并未取得良好的农业生产效果。实践证明,通过计算机技术在农业灌溉活动中的应用,能够实现对农业灌溉的精细化控制,不仅可以降低因农业灌溉活动而导致的资源浪费,还可以有效提升农业灌溉效果,促进农田增产。基于此,笔者从计算机技术在农业灌溉活动中的应用入手,对农业灌溉活动应用的计算机系统进行简述,分析计算机技术在农业灌溉活动当中的具体应用。结果表明,计算机技术提升了农田灌溉的精确性和科学性,避免了水资源的浪费,提高了农业灌溉的效率。     

考虑无线传输损耗的农业物联网节点分布规划算法研究

针对传统的农业物联网路由以及网关选址时,考虑实际地形对传输损耗的影响不够,导致节点电能的浪费以及维护费用增加的问题,本文首先对农场地形以及已布置终端的位置进行建模,使用K-means算法确定路由初始位置以及该路由负责对接的终端。在考虑电磁波自由空间损耗以及绕射损耗的前提下设计合理的适应度函数,基于一种可变惯性系数的粒子群优化算法对路由和网关的位置进行优化。最终模型给出最大的电磁波损耗数据,用于在确定节点的最大发射功率时提供参考。算例仿真发现,路由位置通过PSO算法寻优,最大传输损耗最多可降低27.82%。实地检验发现,本算法所选取的最优点通信质量显著高于其附近的点,RSSI提升达12%～20%。模型最终给出的路由和网关最大传输损耗与最优布局位置对于实际节点铺设具有指导性意义。     

改进的蝴蝶优化算法在精准灌溉中的应用

土壤湿度无线传感器网络(SMWSNs)应用在精准化的农田灌溉信息监测领域中,面临的主要挑战之一是在监测区域一定的条件下,节点覆盖面积达到最大的同时减少部署节点数量。针对这一问题,设计了一种新的自适应柯西变异蝴蝶优化算法(ACBOA),自适应权重因子提升了算法的局部寻优能力,柯西变异提高算法的全局搜索能力并增加其搜索空间。将所提出的算法与其他群智能优化算法进行比较,即蝴蝶优化算法(BOA)、人工蜂群算法(ABC)、果蝇优化算法(FOA)、粒子群优化算法(PSO),仿真结果表明：经过ACBOA优化后SMWSNs的覆盖率最高。最后,在台架测试平台上进行灌溉控制实验,验证了ACBOA优化覆盖后的SMWSNs采集土壤湿度信息的准确性,为农作物精准灌溉提供了科学依据。     

作物需水量在农业灌溉中的应用研究

农业灌溉用水是粮食生产安全的重要保障,合理的灌溉用水规划是水资源高效利用的重要保障。不同类型农作物在整个生长周期对水的实际需求是一个动态变化过程,传统大水漫灌会造成水资源的严重浪费,同时在灌溉过程中作物缺水或用水过量都不利于作物生长。为提高水资源利用效率,在灌溉过程准确估算作物实际用水需求,根据未来农业智能化发展和节水灌溉需求,结合项目实际及农业智能化灌溉理论研究发展现状,以作物实际需水量研究为基础,按作物类型建立全生长周期需水基础数据库及实际需水量决策模型实施按需灌溉。在灌溉区域布置传感器及微型气象监测系统,传感器网络节点监测和采集农田土壤参数,微型气象监测系统监测周边环境温度、湿度、风速及辐射等数据,通过LoRa无线通信将数据传输至数据处理终端,数据处理终端利用农作物实际需水量灌溉决策模型,综合考虑蒸腾、土壤蒸发、作物需水量等因素,分析计算得出作物实际需水量,生成灌溉时间、灌溉水量等指令,通过智能灌溉控制系统实现对作物的及时性、精准性灌溉,实现智能化、高效率、可持续的农业用水管理。     

物联网技术在农业中的应用

农业发展自古以来都是我国的重点发展的对象,进入21世纪以来,世界走上了信息化、现代化的道路,当然在农业发展中新兴技术的加入也是必然的。农业物联网技术在农业中的应用,可以真正解决三农问题,保障农产品质量、产量的同时还可以保证农产品的安全性。自从物联网技术应用于农业,对农业的发展愈发深入,笔者认为现阶段农业的发展离不开物联网技术。