基于物联网技术的节水灌溉控制系统(2)

⑦我国节水灌溉控制系统发展缓慢，导致节水效果不明显。近年来国外节水灌溉相关研究已经深入到将气象因素、蒸腾量和土壤含水率相结合的综合控制系统。

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⑧在灌溉总水量需求不断变大的情况下，需要大力发展农业节水灌溉，扩大农田有效灌溉面积，适应现代农业的发展。节水灌溉自动化技术从发展方向上可以分为灌溉设备的发展和灌溉控制系统的发展，灌溉设备的发展是灌溉控制系统发展的基础。灌溉控制系统不仅包括灌溉设备，还包括信息传输方式和自动控制系统方案。本节将从国内外灌溉设备和灌溉控制系统的发展进行比较。国外比较注重运用先进的电子技术、计算机控制技术到节水灌溉技术上，并且日趋成熟，发展阶段由早期的水利控制到机械控制，再到后来的机电混合协调式，至今发展为计算机控制、模糊控制和神经网络控制。

(3)国外灌溉技术的发展

①节水灌溉控制器的应用Eldar-Shany自控技术公司是以色列最大的农业计算机控制系统生产厂家，同时也是世界上主要的农业控制系统的生产厂家。该公司推出的Elgal-Agro大型农田灌溉控制系统、Elgal．2000温室控制器、GALCOMPACT型控制器、LINEAR R．T．U线性远程控制单元、WIRELESS R．T．U无线远程控制单元等灌溉控制产品，已经得到广泛应用‘101。美国在1984年由Benami和Often开发出节水灌溉控制器，主要思想是通过土壤水分或湿度传感器把土壤信息反馈到控制系统，根据传感器数据来确定是否进行灌溉。1973年Phena等人、1984年Phena和Howell、以及1986年Phene分别在控制灌溉控制系统中使用了土壤湿度传感器【10】。1990年，Fangmeier等人成功将红外线热电偶引入自动化灌溉系统控制领域，并将热电偶与空气湿度计、土壤湿度传感器等敏感相互配合采集数据。在这套系统中，Fangmeier等人使用了自己的灌溉控制器，最终形成了一整套比较完善的自动化灌溉控制系纠11】。Phene等人于1992年利用计算作物蒸腾量来控制滴灌系统。1996年的Ismail和Alshooshan等人在灌溉控制反馈系统中应用电子张力计来测土壤湿度。此外，澳大利亚的HARDIE IRRGATION灌溉控制器也已经形成了多个系列，几十种型号的产品，颇具影响力。②人工智能在灌溉中的应用

1990年Hawkins和Butt建立了一个专家系统，该系统综合了植物水力学、土壤学、灌溉知识和灌溉系统设计、灌溉系统分散控制、土地几何学等知识进行灌溉管理。1991年Mcclendon、1992年Uhrig等学者应用神经网络优化控制器输出，建立植物生长模型，通过不断训练神经网络来实现合理预测。1994年

Xiang eta1．建立了灌溉模糊决策体系，1996年Clyma、 Martin等

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人使用模糊规则估算信息，来控制灌溉系统。1997年Ribeiro和Yoder共同研发出实时模糊控制灌溉系统，使系统控制能够随气候和土壤湿度的变化而变化【101。

③无线传感网络的发展促进节水灌溉领域的进步 无线传感

(Wireless Sensor Network，WSN)起步于1996年，由美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARP提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。美国的商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一，麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology，MIT)技术评论则将其列为改变世界的10大技术之一。无线传感网络由拧个低功耗节点组成，每个节点都包含一个或多个传感器、处理器、存储器、电源和发送端。这些端点都具有一定的程序执行能力和计算能力，能够与其他节点进行通讯，适合大面积覆盖、低数据量交换区圳旺J。

目前无线传感网络已经广泛应用于国防军事、环境监测预报、健康护理、智能家居【13,14l、建筑物结构监控、精细农业等众多领域。其中，在环境监控和精细农业方面应用最为广泛。

(4)国内灌溉技术的发展

由于受国民经济、农业节水灌溉意识不强以及传统用水观念的影响，我国在节水自动化方面的研究起步较晚，自动化灌溉设备短缺，关键设备大多依赖国#biJI进，综合管理水平相对较低。而且我国现有的比较先进的节水灌溉自动化系统基本都是在引进和消化外来技术的基础上形成的。 ①国内灌溉控制系统的发展现状

目前国内在开发灌溉控制系统方面虽然取得了长足的进步，但开发经验不足，产品性能不够稳定，大量处于研制和试用阶段‘”1，距离大规模应用还有很多工作要做。其中相对成熟且比较有代表性的是2000型温室自动灌溉施肥系 统，天津市水利科学研究所研制的温室滴灌施肥智能化控制系统。

②国内无线传感器网络的发展与应用现状

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国内比较重视无线传感器网络的发展，其应用研究几乎与发达国家同步启动。2006年10月，中国计算机学会传感器网络专委会成立，标志着中国的WSN技术研究开始进入一个新的历史阶段。从2002年到2008年底，中国国家自然基金共支持114项WSN相关项目。“中国未来20年技术预见研究”提出的157个技术课题中有7个直接涉及无线传感网络。WSN在我国农业中的应用开始逐步发展，如杭州齐格科技有限公司与浙江农科院合作研发了远程农作管理决策服务平台，该平台利用了无线传感器技术实现对农田温室大棚温度、湿度、露点、光照等环境信息的监测，效果显著。通过比较国内外节水灌溉技术的发展，可以得出以下结论：

①未来的节水灌溉技术必将朝着信息化、系统化、综合性的系统发展。这种发展不仅存在于管路系统，还存在于控制系统。

②未来的节水灌溉必将需要高科技的节水灌溉监控系统，通过不同系统网络之间的异构，实现大面积覆盖灌溉区域。

③国外灌溉控制器虽然已经相当成熟，但由于价格昂贵，且不能适应我国复杂的自然、气候、土地资源、农村经济等情况，大多仅限于科研单位和高校引进，不适合大范围普及。

④国内的灌溉控制系统的研发多为小规模进行，以实验和调试为主，研发投入不够，研发进展缓慢。

⑤国外灌溉控制系统已经开始融合无线通讯、人工智能技术、模糊控制、神经网络等新技术。

⑥如何快速发展适合中国广大农村灌溉环境的大型灌溉控制系统， 显得尤为重要。

⑦国内无线传感器网络的发展起步相对较早，得到了国家的大力扶持，而且 国内各领域、各机构研究活跃。

⑧无线领域将成为农业节水灌溉发展的方向。1．3国内外物联网的发展

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物联网，其英文名称是The Intemet of Things，简称loT，最早由美国的麻省理工学院于 1999 年提出【1 61，当时是基于互联网、 RFID(Radio-fi'equencyIdentification)技术、EPC(Engineer，Procure， Construct)标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造的全球物品信息实时共享的实物互联网(简称物联网)

物联网包含两层意思：一是物联网仍然以互联网作为核心和基础，是互联网的延伸和扩展：二是其用户端延伸到了任何物品之间，进行信息交换和通信【"】。据预测，物联网的发展分为四个阶段：2010年之前RFID广泛应用于物流、零售和制药领域，2015年之前实现物体互联，2020年之前实现物．物半智能化，2020年之后进入全智能化【18】。

传感器网络、物联网和泛在网络之间的关系如图

传感器网络是物联网的重要组成部分，泛在的传感器网络等同于物联网；物联网属于当前可实现的范畴，泛在网络属于物联网以及所有信息网络未来发展的理想状态和长期愿景。物联网的重点是提供服纠嘲，主要包括身份识别服务(Identity．Related Service)、信 …… 此处隐藏：3171字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……