有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面的論文(2)

　　有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面的論文篇2

　　試談灌溉自動(dòng)化技術(shù)及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　摘要：本文提出了農(nóng)田灌溉實(shí)施自動(dòng)化控制的必要性和迫切性，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行了描述。介紹了灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)在新疆兵團(tuán)應(yīng)用的基本情況，對(duì)灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用前景和發(fā)展方向提出了明確的思路。本文對(duì)棉花膜下滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：灌溉;自動(dòng)化控制;應(yīng)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(shù)，在缺水比較嚴(yán)重的國(guó)家和地區(qū)顯示出前所未有的節(jié)水能力，近年來，我國(guó)以新疆為代表的干旱地區(qū)將滴灌技術(shù)與薄膜覆蓋栽培技術(shù)結(jié)合起來，大面積應(yīng)用于棉花生產(chǎn)，截至2005年，全疆已推行棉花滴灌700萬(wàn)畝，其推廣速度之快、面積之大，在國(guó)內(nèi)外都是前所未有的。但是，由于現(xiàn)有的滴灌系統(tǒng)基本上采用人工控制球閥進(jìn)行灌溉，受長(zhǎng)期溝灌傳統(tǒng)思維影響，加上灌溉閥門分散開關(guān)閥困難，種植戶不能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)灌溉時(shí)間、周期、次序進(jìn)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(yùn)行不正常，很難達(dá)到預(yù)期的節(jié)水增產(chǎn)目的。

　　為了解決這個(gè)問題，只有通過以下途徑：1.嚴(yán)格執(zhí)行灌溉制度，達(dá)到水利設(shè)計(jì)要求;2.提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，保證灌溉均勻度;3.根據(jù)棉花不同生育期的蓄水規(guī)律合理分配灌水量;4.根據(jù)不同時(shí)期氣候情況靈活調(diào)整灌溉計(jì)劃;5.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而這些問題僅靠加強(qiáng)培訓(xùn)力度、規(guī)范管理是不能徹底解決的。只有通過自動(dòng)化控制灌溉，降低人為因素影響，以上幾個(gè)方面問題才能得到有效解決。

　　2 灌溉自動(dòng)化控制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)基本原理

　　灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)是由中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、首部控制站、田間控制站、閥門控制器、電磁閥、及相關(guān)的軟件系統(tǒng)組成的一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)。中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)棉花需水規(guī)律和生長(zhǎng)情況制定符合水利學(xué)要求的輪灌計(jì)劃，并將該計(jì)劃下達(dá)到首部控制站、首部控制站接收到灌溉計(jì)劃后可以直接執(zhí)行也可以進(jìn)行修改后下發(fā)轉(zhuǎn)換成控制指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)的田間控制站，田間控制站收到指令后控制對(duì)應(yīng)的閥門控制器和電磁閥的開啟和關(guān)閉從而實(shí)現(xiàn)灌溉計(jì)劃。

　　2.2系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)由一套中央監(jiān)控站、多個(gè)首部控制站、多套田間控制站、多臺(tái)閥門控制器和電磁閥組成另外還有相應(yīng)的通訊系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件作為支撐。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見《滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖》。

　　2.2.1中央監(jiān)控站

　　中央監(jiān)控級(jí)由中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、GSM/GPRS/CDMA模塊、internet連接設(shè)備和相應(yīng)的軟件構(gòu)成:計(jì)算機(jī)提供友好的人機(jī)界面便于管理人員操作;GSM/GPRS/CDMA模塊負(fù)責(zé)與各田間灌溉控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊;internet連接設(shè)備負(fù)責(zé)將本地?cái)?shù)據(jù)提供給更高級(jí)的管理者。

　　同時(shí)中央監(jiān)控級(jí)也是其他管理者通過互聯(lián)網(wǎng)(internet)訪問和操作整個(gè)滴灌自動(dòng)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(jì)算機(jī)、GSM/GPRS/CDMA模塊和相應(yīng)的軟件構(gòu)成:計(jì)算機(jī)提供友好的人機(jī)界面便于管理人員操作;GSM/GPRS/CDMA模塊負(fù)責(zé)與中央監(jiān)控站和各田間控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)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(guān)閉相應(yīng)的電磁閥。根據(jù)電磁閥的地理分布情況的不同每個(gè)田間控制器帶1~32組電磁閥。

　　2.2.4電磁閥

　　電磁閥是整個(gè)系統(tǒng)的最末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)接收開關(guān)閥的電信號(hào)最終將水輸送到滴灌帶中。

　　2.3滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)的三個(gè)基本要求：

　　2.3.1經(jīng)濟(jì)性

　　經(jīng)濟(jì)性是棉田膜下滴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本要求，只有農(nóng)民用的起的才是有生命力的;只有為使用者帶來效益才會(huì)給生產(chǎn)這帶來長(zhǎng)期的利益。

　　節(jié)約資金應(yīng)該從四個(gè)方面考慮：第一是一次性投資少、第二是避免重復(fù)投資、第三是系統(tǒng)擴(kuò)充投資少、第四是系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用少。

　　2.3.2可靠性

　　可靠性也是系統(tǒng)主要的性能，因?yàn)檗r(nóng)時(shí)不等人，只有可靠才會(huì)讓使用者放心。

　　2.3.3實(shí)用性

　　實(shí)用性是為了讓用戶方便地使用，并且留有擴(kuò)充和發(fā)展的余地，這就要求用戶可以用簡(jiǎn)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(shí)。

　　2.4滴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

　　● 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(wàn)畝。

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

　　● 田間布線條件較差：因?yàn)樘镩g有犁地等機(jī)械化作業(yè)，還有鼠害都會(huì)危及地下的電纜。

　　● 通訊和供電成本很高： 由于控制點(diǎn)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(shè)備環(huán)境條件差：大部分設(shè)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(hù)：設(shè)備管理?xiàng)l件較差，因?yàn)樵O(shè)備使用者為農(nóng)民，一般不具備維護(hù)和維修能力。

　　2.5滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)的功能描述

　　2.5.1自動(dòng)灌溉功能

　　● 方式一：依據(jù)多種參數(shù)進(jìn)行決策的自動(dòng)灌溉

　　系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)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(zhǎng)階段、土壤性質(zhì)、土壤成分、天氣預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況、積溫值等多種參數(shù)，根據(jù)專家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，自動(dòng)產(chǎn)生灌溉和施肥計(jì)劃。每次灌溉計(jì)劃產(chǎn)生后系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信給管理人員請(qǐng)求審批，管理人員直接批準(zhǔn)該灌溉計(jì)劃也可以調(diào)整該灌溉計(jì)劃或拒絕該計(jì)劃，經(jīng)過管理人員審批的計(jì)劃由系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)執(zhí)行。管理人員也可強(qiáng)行終止正在執(zhí)行的灌溉計(jì)劃。

　　● 方式二：以土壤濕度為主參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)灌溉

　　系統(tǒng)設(shè)有土壤濕度傳感器對(duì)典型點(diǎn)的土壤濕度進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量，以多點(diǎn)土壤濕度指標(biāo)為主要依據(jù)進(jìn)行自動(dòng)灌溉，灌溉量按地塊面積比例均勻分配到每個(gè)輪灌區(qū)，由田間灌溉控制器自動(dòng)執(zhí)行灌溉任務(wù)。

　　● 方式三：以預(yù)先制定程序?yàn)橹鬟M(jìn)行自動(dòng)灌溉

　　系統(tǒng)允許操作人員預(yù)先設(shè)定一段時(shí)間(可以是一次也可以是整個(gè)灌溉期)的灌溉計(jì)劃，系統(tǒng)按照該灌溉計(jì)劃自動(dòng)進(jìn)行灌溉。同時(shí)根據(jù)近期天氣情況(和降雨量)對(duì)灌溉計(jì)劃進(jìn)行修正。最后系統(tǒng)將修正后的灌溉計(jì)劃傳給田間灌溉控制器自動(dòng)執(zhí)行灌溉任務(wù)。

　　2.5.2手動(dòng)遙控灌溉功能

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

　　2.5.3手動(dòng)就地灌溉功能

　　系統(tǒng)所用的每一個(gè)電磁閥都帶有手動(dòng)開關(guān)，在電動(dòng)控制出現(xiàn)問題的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)就地控制，以確保灌溉不會(huì)因自動(dòng)化系統(tǒng)故障而無(wú)法操作。

　　2.5.4土壤濕度測(cè)量

　　每一個(gè)田間灌溉控制器都可以配置土壤濕度傳感器，能夠自動(dòng)定時(shí)測(cè)量土壤濕度并進(jìn)行記錄，如果中央監(jiān)控系統(tǒng)需要可以隨時(shí)查詢，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)定時(shí)將當(dāng)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(jù)所要施肥(藥)的數(shù)量和各輪灌組的地塊面積通過自動(dòng)施肥機(jī)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(jù)需要隨時(shí)拍攝田間的照片傳輸?shù)绞撞靠刂普?，用來監(jiān)控棉花的生長(zhǎng)過程和灌溉情況。此功能作為一種可選的功能。

　　2.5.7遠(yuǎn)程通訊功能：

　　每一個(gè)田間灌溉控制器可以通過GSM/GPRS/CDMA 移動(dòng)電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與首部控制站和中央監(jiān)控站的數(shù)據(jù)通訊，從而對(duì)灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙控和遙測(cè)。使管理人員可以通過計(jì)算機(jī)了解所有灌區(qū)的當(dāng)前土壤濕度、灌溉狀態(tài)和灌溉歷史記錄。

　　2.5.8灌溉數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能：

　　系統(tǒng)自動(dòng)記錄每個(gè)電磁閥總共開啟時(shí)間由此可以計(jì)算出每個(gè)電磁閥的灌溉總用水量。再根據(jù)每個(gè)電磁閥與地塊的隸屬關(guān)系可以計(jì)算出每塊地的灌溉量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　2.5.9保安防盜功能：

　　由于田間控制箱放置在田間，處于無(wú)人看守狀態(tài)比較容易被盜，所以系統(tǒng)設(shè)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(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警短信到中央監(jiān)控站和管理人員的手機(jī)上。

　　2.5.10 設(shè)備故障保護(hù)和報(bào)警：

　　系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視各主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)準(zhǔn)確的指出故障位置和故障類型。例如，當(dāng)太陽(yáng)能供電不足電池電壓降低到一定程度時(shí)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出電池電壓過低的信號(hào)，并提示維護(hù)人員檢查太陽(yáng)能電池板。

　　3 滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)在兵團(tuán)的應(yīng)用情況

　　灌溉自動(dòng)化控制是信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體應(yīng)用，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。并已成為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機(jī)械化和體現(xiàn)規(guī)?；?jīng)營(yíng)效益的必由之路。

　　近年來新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)許多師、團(tuán)在滴灌自動(dòng)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(jīng)驗(yàn)。部分師、團(tuán)在完成了小面積的試用、取得了成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上把它當(dāng)作一種實(shí)用的增產(chǎn)、節(jié)水、節(jié)勞技術(shù)措施放到最普通的大田里去運(yùn)用。

　　早期的灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用以色列和美國(guó)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品大部分牌形象好、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但這些系統(tǒng)由于開發(fā)的時(shí)間較早，所采用的技術(shù)比較落后，而且價(jià)格高、服務(wù)不便、不適應(yīng)中國(guó)的管理模式，目前已逐漸退出主流市場(chǎng)，只在一些特殊項(xiàng)目中有部分應(yīng)用。取而代之的是國(guó)產(chǎn)的灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)、較低的價(jià)格、完善的服務(wù)和切合實(shí)際的操作和管理界面得到用戶的認(rèn)可。

　　不論是國(guó)外的系統(tǒng)還是國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)，雖然所用設(shè)備不同，技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段也有所不同，但實(shí)現(xiàn)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(dòng)控制的作用，直接效果是勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低、灌溉計(jì)劃得以實(shí)施、灌水均勻度大大提高。從而達(dá)到了配合滴灌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)水、增產(chǎn)的目標(biāo)。近年較大面積實(shí)施灌溉自動(dòng)化控制的22個(gè)團(tuán)場(chǎng)，總控制面積達(dá)到25萬(wàn)畝。

　　4 滴灌自動(dòng)化控制發(fā)展方向

　　從近年實(shí)施的系統(tǒng)中，我們可以看到一些代表著最新技術(shù)的方案和產(chǎn)品，同時(shí)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(dòng)化滴灌系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

　　滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)是建立在滴灌水利方案基礎(chǔ)之上的，水利學(xué)方案又是為農(nóng)藝措施服務(wù)的，農(nóng)藝措施又是通過管理行為來實(shí)現(xiàn)的，因此我們要將管理、農(nóng)藝、水利、自動(dòng)化這四個(gè)方面需求和成本綜合考慮研究自動(dòng)化滴灌方案，進(jìn)一步降低自動(dòng)化滴灌系統(tǒng)總體造價(jià)。目前比較典型水利學(xué)方案有：小輔管輪灌系統(tǒng)、大輔管輪灌系統(tǒng)、長(zhǎng)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(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免信息孤島。

　　為適應(yīng)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(shí)現(xiàn)自上向下一體化管理和自下而上數(shù)據(jù)一致性傳輸。非常有必要建立一套貫穿兵團(tuán)、師、團(tuán)、連、首部的一體化滴灌管理系統(tǒng)。農(nóng)一師已經(jīng)建立起包含3團(tuán)、6團(tuán)、8團(tuán)、11團(tuán)、13團(tuán)、14團(tuán)、15團(tuán)、南口農(nóng)場(chǎng)在內(nèi)的統(tǒng)一的管理平臺(tái)，為今后向全兵團(tuán)擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。

　　4.3 大力開發(fā)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，盡力降低系統(tǒng)成本

　　隨著國(guó)內(nèi)滴灌自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷成熟，要著力實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備的本地低成本生產(chǎn)。其中電磁閥在總體成本中比例最大，如果實(shí)現(xiàn)本地化制造或完全國(guó)產(chǎn)化可以使自動(dòng)化成本有較大幅度的降低。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化也勢(shì)在必行，一方面可以更好地滿足國(guó)內(nèi)的需要，另一方面服務(wù)會(huì)更加快捷方便。

　　4.4 大力開發(fā)和推廣閥門控制無(wú)線化方案。

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

　　4.5 采用便于農(nóng)民使用的操作界面

　　隨著滴灌自動(dòng)化控制技術(shù)的大面積推廣，使用者越來越趨向于普通農(nóng)工，很難要求操作人員具有計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此灌溉自動(dòng)化的操作方式要向直觀、簡(jiǎn)潔、實(shí)用的方向發(fā)展。著力推廣便于普通農(nóng)工看得懂、會(huì)使用的操作界面。

　　4.6 自動(dòng)化推廣和智能化開發(fā)相輔相成

　　現(xiàn)階段的灌溉信息化建設(shè)以實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化為主，并應(yīng)留有接收和執(zhí)行智能化決策信息的接口和能力。

　　政府應(yīng)組織農(nóng)學(xué)、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(dòng)控制系統(tǒng)提供決策數(shù)據(jù)。避免以首部為單位的智能化開發(fā)造成人力和財(cái)力的浪費(fèi)，造成低水平重復(fù)。從而形成自動(dòng)化推動(dòng)智能化、智能化促進(jìn)自動(dòng)化的良性循環(huán)。

　　5 結(jié)論

　　灌溉自動(dòng)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(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，灌溉自動(dòng)化控制技術(shù)在不斷發(fā)展中已經(jīng)逐漸成熟，并已得到大面積的推廣應(yīng)用。灌溉自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展還需要多學(xué)科、多層次的密切配合才能得到更迅速、更健康的發(fā)展。