有關農業(yè)生產技術方面的論文篇2

　　試談灌溉自動化技術及在農業(yè)生產中的應用

　　摘要：本文提出了農田灌溉實施自動化控制的必要性和迫切性，詳細論述了系統(tǒng)的實現方案，對系統(tǒng)的功能和性能進行了描述。介紹了灌溉自動化系統(tǒng)在新疆兵團應用的基本情況，對灌溉自動化系統(tǒng)的應用前景和發(fā)展方向提出了明確的思路。本文對棉花膜下滴灌自動化系統(tǒng)的應用和開發(fā)具有一定的指導意義。

　　關鍵詞：灌溉;自動化控制;應用;發(fā)展方向

　　1 前言

　　滴灌作為一種新型的節(jié)水灌溉技術，在缺水比較嚴重的國家和地區(qū)顯示出前所未有的節(jié)水能力，近年來，我國以新疆為代表的干旱地區(qū)將滴灌技術與薄膜覆蓋栽培技術結合起來，大面積應用于棉花生產，截至2005年，全疆已推行棉花滴灌700萬畝，其推廣速度之快、面積之大，在國內外都是前所未有的。但是，由于現有的滴灌系統(tǒng)基本上采用人工控制球閥進行灌溉，受長期溝灌傳統(tǒng)思維影響，加上灌溉閥門分散開關閥困難，種植戶不能嚴格按照設計灌溉時間、周期、次序進行灌溉，造成輪灌制度得不到有效執(zhí)行，最終造成滴灌系統(tǒng)運行不正常，很難達到預期的節(jié)水增產目的。

　　為了解決這個問題，只有通過以下途徑：1.嚴格執(zhí)行灌溉制度，達到水利設計要求;2.提高設備運轉效率，保證灌溉均勻度;3.根據棉花不同生育期的蓄水規(guī)律合理分配灌水量;4.根據不同時期氣候情況靈活調整灌溉計劃;5.減輕勞動強度，提高勞動生產率。而這些問題僅靠加強培訓力度、規(guī)范管理是不能徹底解決的。只有通過自動化控制灌溉，降低人為因素影響，以上幾個方面問題才能得到有效解決。

　　2 灌溉自動化控制的技術實現

　　2.1 系統(tǒng)基本原理

　　灌溉自動化控制系統(tǒng)是由中央監(jiān)控計算機、首部控制站、田間控制站、閥門控制器、電磁閥、及相關的軟件系統(tǒng)組成的一套自動化控制系統(tǒng)。中央監(jiān)控計算機根據棉花需水規(guī)律和生長情況制定符合水利學要求的輪灌計劃，并將該計劃下達到首部控制站、首部控制站接收到灌溉計劃后可以直接執(zhí)行也可以進行修改后下發(fā)轉換成控制指令發(fā)送到對應的田間控制站，田間控制站收到指令后控制對應的閥門控制器和電磁閥的開啟和關閉從而實現灌溉計劃。

　　2.2系統(tǒng)組成和結構

　　本系統(tǒng)由一套中央監(jiān)控站、多個首部控制站、多套田間控制站、多臺閥門控制器和電磁閥組成另外還有相應的通訊系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件作為支撐。系統(tǒng)結構參見《滴灌自動化系統(tǒng)結構示意圖》。

　　2.2.1中央監(jiān)控站

　　中央監(jiān)控級由中央監(jiān)控計算機、GSM/GPRS/CDMA模塊、internet連接設備和相應的軟件構成:計算機提供友好的人機界面便于管理人員操作;GSM/GPRS/CDMA模塊負責與各田間灌溉控制器進行數據通訊;internet連接設備負責將本地數據提供給更高級的管理者。

　　同時中央監(jiān)控級也是其他管理者通過互聯(lián)網(internet)訪問和操作整個滴灌自動化控制系統(tǒng)得橋梁。

　　2.2.2首部控制站

　　首部控制站由觸摸屏、計算機、GSM/GPRS/CDMA模塊和相應的軟件構成:計算機提供友好的人機界面便于管理人員操作;GSM/GPRS/CDMA模塊負責與中央監(jiān)控站和各田間控制站進行數據通訊。

　　2.2.3田間控制站

　　田間灌溉控制器帶有GSM/GPRS/CDMA通訊功能，它接收中央監(jiān)控站的控制指令按程序開啟或關閉相應的電磁閥。根據電磁閥的地理分布情況的不同每個田間控制器帶1~32組電磁閥。

　　2.2.4電磁閥

　　電磁閥是整個系統(tǒng)的最末端執(zhí)行機構，它負責接收開關閥的電信號最終將水輸送到滴灌帶中。

　　2.3滴灌自動控制系統(tǒng)的三個基本要求：

　　2.3.1經濟性

　　經濟性是棉田膜下滴灌自動化控制系統(tǒng)的基本要求，只有農民用的起的才是有生命力的;只有為使用者帶來效益才會給生產這帶來長期的利益。

　　節(jié)約資金應該從四個方面考慮：第一是一次性投資少、第二是避免重復投資、第三是系統(tǒng)擴充投資少、第四是系統(tǒng)運行和維護費用少。

　　2.3.2可靠性

　　可靠性也是系統(tǒng)主要的性能，因為農時不等人，只有可靠才會讓使用者放心。

　　2.3.3實用性

　　實用性是為了讓用戶方便地使用，并且留有擴充和發(fā)展的余地，這就要求用戶可以用簡單的方式操作和管理自己的系統(tǒng)，不需要很多專業(yè)知識。

　　2.4滴灌自動化控制系統(tǒng)的技術特點

　　● 控制地域面積大：灌溉控制系統(tǒng)所控制的區(qū)域非常寬闊，少則幾百畝多則幾萬畝。

　　● 控制點分布分散：田間需要控制和測量的點非常分散，如電磁閥、濕度傳感器等。

　　● 田間布線條件較差：因為田間有犁地等機械化作業(yè)，還有鼠害都會危及地下的電纜。

　　● 通訊和供電成本很高： 由于控制點的分散性使得控制系統(tǒng)總體成本中通訊和供電的成本高于控制的成本。

　　● 設備環(huán)境條件差：大部分設備處于室外環(huán)境，高溫、潮濕、日曬、雨淋。

　　● 要求便于管理和維護：設備管理條件較差，因為設備使用者為農民，一般不具備維護和維修能力。

　　2.5滴灌自動化系統(tǒng)的功能描述

　　2.5.1自動灌溉功能

　　● 方式一：依據多種參數進行決策的自動灌溉

　　系統(tǒng)根據自動采集和人工錄入的地塊信息、灌溉系統(tǒng)信息、棉花品種、生長階段、土壤性質、土壤成分、天氣預報、天氣實況、積溫值等多種參數，根據專家數據庫進行綜合分析和計算，自動產生灌溉和施肥計劃。每次灌溉計劃產生后系統(tǒng)自動發(fā)送短信給管理人員請求審批，管理人員直接批準該灌溉計劃也可以調整該灌溉計劃或拒絕該計劃，經過管理人員審批的計劃由系統(tǒng)負責自動執(zhí)行。管理人員也可強行終止正在執(zhí)行的灌溉計劃。

　　● 方式二：以土壤濕度為主參數進行自動灌溉

　　系統(tǒng)設有土壤濕度傳感器對典型點的土壤濕度進行連續(xù)的測量，以多點土壤濕度指標為主要依據進行自動灌溉，灌溉量按地塊面積比例均勻分配到每個輪灌區(qū)，由田間灌溉控制器自動執(zhí)行灌溉任務。

　　● 方式三：以預先制定程序為主進行自動灌溉

　　系統(tǒng)允許操作人員預先設定一段時間(可以是一次也可以是整個灌溉期)的灌溉計劃，系統(tǒng)按照該灌溉計劃自動進行灌溉。同時根據近期天氣情況(和降雨量)對灌溉計劃進行修正。最后系統(tǒng)將修正后的灌溉計劃傳給田間灌溉控制器自動執(zhí)行灌溉任務。

　　2.5.2手動遙控灌溉功能

　　允許通過中央監(jiān)控站、首部控制站或授權的手機直接操作電磁閥進行灌溉控制和濕度信號讀取。

　　2.5.3手動就地灌溉功能

　　系統(tǒng)所用的每一個電磁閥都帶有手動開關，在電動控制出現問題的時候可以實現就地控制，以確保灌溉不會因自動化系統(tǒng)故障而無法操作。

　　2.5.4土壤濕度測量

　　每一個田間灌溉控制器都可以配置土壤濕度傳感器，能夠自動定時測量土壤濕度并進行記錄，如果中央監(jiān)控系統(tǒng)需要可以隨時查詢，同時系統(tǒng)也會定時將當天的土壤濕度曲線傳送到首部控制站和中央監(jiān)控站。

　　2.5.5均衡施肥

　　系統(tǒng)根據所要施肥(藥)的數量和各輪灌組的地塊面積通過自動施肥機均勻分配肥(藥)量。

　　2.5.6圖像采集和傳輸功能：

　　系統(tǒng)具有圖像采集和傳輸功能，可以根據需要隨時拍攝田間的照片傳輸到首部控制站，用來監(jiān)控棉花的生長過程和灌溉情況。此功能作為一種可選的功能。

　　2.5.7遠程通訊功能：

　　每一個田間灌溉控制器可以通過GSM/GPRS/CDMA 移動電話網實現與首部控制站和中央監(jiān)控站的數據通訊，從而對灌溉系統(tǒng)實現遙控和遙測。使管理人員可以通過計算機了解所有灌區(qū)的當前土壤濕度、灌溉狀態(tài)和灌溉歷史記錄。

　　2.5.8灌溉數據統(tǒng)計功能：

　　系統(tǒng)自動記錄每個電磁閥總共開啟時間由此可以計算出每個電磁閥的灌溉總用水量。再根據每個電磁閥與地塊的隸屬關系可以計算出每塊地的灌溉量等統(tǒng)計數據。

　　2.5.9保安防盜功能：

　　由于田間控制箱放置在田間，處于無人看守狀態(tài)比較容易被盜，所以系統(tǒng)設有防盜裝置，如果有人非法開啟田間控制箱或者田間控制箱體受到劇烈沖擊，系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警短信到中央監(jiān)控站和管理人員的手機上。

　　2.5.10 設備故障保護和報警：

　　系統(tǒng)自動監(jiān)視各主要設備的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現故障會自動發(fā)出報警信息，同時系統(tǒng)還會準確的指出故障位置和故障類型。例如，當太陽能供電不足電池電壓降低到一定程度時系統(tǒng)就會發(fā)出電池電壓過低的信號，并提示維護人員檢查太陽能電池板。

　　3 滴灌自動化系統(tǒng)在兵團的應用情況

　　灌溉自動化控制是信息技術在農業(yè)生產的具體應用，是現代農業(yè)發(fā)展的方向。并已成為新疆生產建設兵團發(fā)展精準農業(yè)技術、實現農業(yè)生產全程機械化和體現規(guī)模化經營效益的必由之路。

　　近年來新疆生產建設兵團許多師、團在滴灌自動化方面已做出了有益的嘗試取得了豐碩的成果和寶貴的經驗。部分師、團在完成了小面積的試用、取得了成熟經驗的基礎上把它當作一種實用的增產、節(jié)水、節(jié)勞技術措施放到最普通的大田里去運用。

　　早期的灌溉自動化系統(tǒng)主要采用以色列和美國的產品，這些產品大部分牌形象好、產品質量穩(wěn)定，但這些系統(tǒng)由于開發(fā)的時間較早，所采用的技術比較落后，而且價格高、服務不便、不適應中國的管理模式，目前已逐漸退出主流市場，只在一些特殊項目中有部分應用。取而代之的是國產的灌溉自動化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用先進的技術、較低的價格、完善的服務和切合實際的操作和管理界面得到用戶的認可。

　　不論是國外的系統(tǒng)還是國內的系統(tǒng)，雖然所用設備不同，技術實現手段也有所不同，但實現的功能大同小異，總體上來說各種系統(tǒng)都起到了灌溉自動控制的作用，直接效果是勞動強度大大降低、灌溉計劃得以實施、灌水均勻度大大提高。從而達到了配合滴灌系統(tǒng)實現節(jié)水、增產的目標。近年較大面積實施灌溉自動化控制的22個團場，總控制面積達到25萬畝。

　　4 滴灌自動化控制發(fā)展方向

　　從近年實施的系統(tǒng)中，我們可以看到一些代表著最新技術的方案和產品，同時也使我們更加看清了灌溉信息化未來的發(fā)展方向。

　　4.1 自動化滴灌系統(tǒng)的優(yōu)化設計方案

　　滴灌自動化系統(tǒng)是建立在滴灌水利方案基礎之上的，水利學方案又是為農藝措施服務的，農藝措施又是通過管理行為來實現的，因此我們要將管理、農藝、水利、自動化這四個方面需求和成本綜合考慮研究自動化滴灌方案，進一步降低自動化滴灌系統(tǒng)總體造價。目前比較典型水利學方案有：小輔管輪灌系統(tǒng)、大輔管輪灌系統(tǒng)、長短支管輪灌系統(tǒng)、單支管輪灌系統(tǒng)。

　　4.2 采用統(tǒng)一、開放的數據標準，實現數據共享，避免信息孤島。

　　為適應集約化管理，減少中央監(jiān)控系統(tǒng)的投資成本和管理成本，實現自上向下一體化管理和自下而上數據一致性傳輸。非常有必要建立一套貫穿兵團、師、團、連、首部的一體化滴灌管理系統(tǒng)。農一師已經建立起包含3團、6團、8團、11團、13團、14團、15團、南口農場在內的統(tǒng)一的管理平臺，為今后向全兵團擴展打下了良好的基礎。

　　4.3 大力開發(fā)國產設備，盡力降低系統(tǒng)成本

　　隨著國內滴灌自動化控制技術的不斷成熟，要著力實現相應的自動化設備的本地低成本生產。其中電磁閥在總體成本中比例最大，如果實現本地化制造或完全國產化可以使自動化成本有較大幅度的降低。自動化控制系統(tǒng)的國產化也勢在必行，一方面可以更好地滿足國內的需要，另一方面服務會更加快捷方便。

　　4.4 大力開發(fā)和推廣閥門控制無線化方案。

　　在大面積推廣灌溉自動化的過程中，我們發(fā)現線纜(電纜或水命令管)投入成本和維護成本都很高，而且由于我們所有的自動化設備每年都要進行拆裝、地里要進行多次機械化作業(yè)這都使線纜損壞率大大增加，因此采用無線方案徹底擺脫線纜維護困擾是大面積推廣灌溉自動化的必由之路。

　　4.5 采用便于農民使用的操作界面

　　隨著滴灌自動化控制技術的大面積推廣，使用者越來越趨向于普通農工，很難要求操作人員具有計算機知識，因此灌溉自動化的操作方式要向直觀、簡潔、實用的方向發(fā)展。著力推廣便于普通農工看得懂、會使用的操作界面。

　　4.6 自動化推廣和智能化開發(fā)相輔相成

　　現階段的灌溉信息化建設以實現灌溉自動化為主，并應留有接收和執(zhí)行智能化決策信息的接口和能力。

　　政府應組織農學、水利、信息化的專家加大智能決策系統(tǒng)的研發(fā)力度，取的成果后為所有自動控制系統(tǒng)提供決策數據。避免以首部為單位的智能化開發(fā)造成人力和財力的浪費，造成低水平重復。從而形成自動化推動智能化、智能化促進自動化的良性循環(huán)。

　　5 結論

　　灌溉自動化控制是解決灌溉制度執(zhí)行難的有效途徑，也是灌溉技術發(fā)展的必然趨勢，灌溉自動化控制技術在不斷發(fā)展中已經逐漸成熟，并已得到大面積的推廣應用。灌溉自動化的進一步發(fā)展還需要多學科、多層次的密切配合才能得到更迅速、更健康的發(fā)展。