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创造彩虹 让人类拥有健康水资源

人工智能技术在农业灌溉领域中的运用


发布时间:

2023-03-06

农业种植生产过程中的一个重要环节就是农田灌溉,它直接影响农作物最终产量。随着水资源短缺问题日益严重,农田灌溉用水的合理性已经成为对中国农业可持续发展有决定性影响的因素之一[1]。此前中国农业基础建设通过渠道防渗技术、微灌技术、喷灌技术的运用取得了一定成效,但在农业生产朝着规模化发展的过程中,农业灌溉要求达到高效、精准、灵活的标准,而以传统经验生产为主灌溉方式无法保障灌溉精度,几乎依靠人工管理的监测与控制工作存在水平低下、劳动强度大等问题,对农作物产量和品质造成不良影响,与时代要求不相适应。大数据时代下相继出现的智能灌溉技术,使人们思考通过人工智能算法对灌水定额进行科学计算,保持农田含水量满足农作物生长所需,以此缓解农业用水供需矛盾,积极应对水资源短缺的问题。

1人工智能技术与农业发展

 

人工智能技术(Artificial Intelligence,AI技术)并非真正意义上的人的智能,而是一种智能机器,可进行人的一般性思考,用类似人类的方式作出相关反应。AI技术基于模拟,用于延伸、扩展人的思维、行为与反应,包含智能化方法、理论、技术在内的新型科学技术,是现代化科学技术的一条重要分支,以探索智能本质为最终目的,模拟有关人类的一系列智能行为,从而制造出类似人类思维反应的智能机器[2]。从诞生以来,AI技术相关理认和技术一直在持续升级完善的过程中,不断有各种基于人工智能的科技产品研发出来。广大群众在AI技术日益成熟发展并在各领域实现广泛应用的过程中,开始意识到人类在智慧型农业设施建设方面已经具备了设计相关软件和建设相关基础硬件条件设施的条件,一改农业基础设施投入高产出低的传统发展模式,实现农业生产方式优化升级。通过引入AI技术,让农作物不论在适度、温度还是光照、水肥等基础设施方面都能处于最符合生长所需的状态中,慢慢降低农作物生长面对自然环境的受限程度,用高度智能化灌溉管理来减少人工劳动力,提升农作物质量与产量。

2人工智能技术在农业灌溉领域的运用举措

  

2.1   因地制宜的应用人工智能技术

农作物灌溉一直以来就是农业发展中的重要构成,具体的灌溉方案受多种因素影响,不同地域土地特质和环境特征都有所差异,农作物生长所需的水量以及灌溉时间均不同,选择合理的灌溉模式能够在保护土地产量的前提下有效避免旱涝对农作物的影响。先进的人工智能技术与设备能够帮助相关农业人员立足当地实际情况,分析降水量、土地土质以及农作物生长需水量等,为农田合理灌溉提供客观依据,对水资源进行科学调度,让水资源价值在农田灌溉中得以充分利用[3]。目前常用的灌溉系统有ANN系统,可实时的识别并观测气候、水纹数据,经分析处理后输出整体的实时监测数据,从而实现高效、科学、充分的农田灌溉。与此同时,该系统还能根据实际情况灵活切换模式,整体提升灌溉精度,保证农作物产量与土地质量,避免因不科学灌溉降低土地整体质量。

2.2   致力于做好农村地区网络基础设施建设

大数据背景下的人工智能农业灌溉模式的建设与应用,必要条件之一就是做好农村地区的网络基础设施建设,以深化人工智能技术在农业灌溉领域的应用来搭建农业信息服务平台,全面及时地将农业发展相关科学知识和信息向更多农民传递。一要通过引入宽带竞争机制来提升农村网络服务水平;二要加大农村网络设置建设力度,有效结合通讯系统与网络系统,提供更加便捷的网络服务给农民;三要实用性的农业生产信息服务平台,提供气候变化、天气预报、农作物产量影响因素、市场供需等信息,通过知识扩展和科学意识树立让广大农民正确认识和接受人工智能技术对农业灌溉科学发展的意义。

2.3   为AI技术的应用奠定灌溉管道布设基础

首先,在确定农作物类型和农田灌溉需求特点的基础上,结合水资源分配布局完成管网系统的设计。在管网布设过程中控制好管道内部承压,最小为0.6 MPa,确保不影响构建满足灌溉要求的滴灌系统。如果管道内压力值下降,可通过人工补压进行处理。其次,管网架设施工环节要留意管网与地面的间隔距离,一定要控制在0.5~1 m的范围内,过高可能导致水分散失,过低可能影响后期维护,以后可根据农作物根系生长情况灵活调整[4]。最后,可使用三通来连接不同方向的管道,以确保水压符合灌溉要求为目的,做好连接质量控制,同时将PE管材料作为优选。

2.4   同步提升AI技术供给水平与农民操作水平

一方面,持续提升农业领域的AI技术供给。农田发展十分依赖于灌溉水平,AI技术在农田灌溉领域的应用水平从侧面反映了人们对AI技术的认可。保证AI技术供给要做到两点,一是围绕农业特点选择更加适宜的AI技术,比如智能温度检测、无人机等;二是根据地区差异性和不同的农业发展需求提供AI技术,保证AI技术应用的实效性。

另一方面,提升农民操作基于AI技术的农田灌溉系统,一是建立试验田,让农民通过了解智能灌溉的好处而产生使用新技术的积极性,政府部门也可通过农业财政补贴、普及教育的方式进行推动;二是针对农民组织定期的智能灌溉技术培训,让农民基于操作技能的掌握逐步提升农业规划能力。

3人工智能灌溉技术的发展方向

  

基于无线传感器和物联网等智能感知技术的人工智能灌溉技术,通过无线传感技术采集分析土壤湿度、温度、含水量、二氧化碳浓度等信息,结合气候环境信息以及农作物表面水分和生长相关生理信息,经物联网无线通讯网络完成信息处理、储存、分析与共享,根据所得结果来判定智能化灌溉方案[5]。另外,农作物生长监控系统会在分析比对灌溉结果之后,对灌溉方案的调整提供客观、科学的依据,这样就形成闭环灌溉管理,最大限度降低人工干预,帮助农业生产者合理对农田灌溉进行规划和管理,包括灌溉时间、灌溉方式、灌溉频率和灌溉水量,将水肥环境与作物生长所需水分控制在合理状态,减少水资源浪费情况,提升农田灌溉高效性和准确性。此外,利用土壤传感器分析土壤成分,在此基础上实现水肥一体化灌溉,这也是人工智能农田灌溉模式今后主要的发展方向。

4结语

  

总而言之,合理的节水灌溉是农业建设一直追求的一个目标,人工智能技术在农田灌溉领域中的应用有助于更加科学的节约水资源,推动农业朝着可持续、绿色化、规模化的方向发展。农业水利在人工智能节水灌溉技术的选择上要综合考虑多方面因素,并结合具体情况制定针对性灌溉方案,切实体现人工智能灌溉模式的优势,实现自动化控制灌溉,推广人工智能技术在农田水利方面的应用。