国内外智能节水灌溉技术的发展及趋势

国内外智能节水灌溉技术的发展及趋势姓名：侯佳佳学号：2010271013专业：电子信息科学与技术传统灌溉技术在田间，城市绿化，草场灌溉等方面都很不科学，就算是近些年的管网供水、喷头喷洒的喷灌灌水法等，大部分仍采用手动控制法。这种方法随意性大，常常发生该灌水时，无人开阀，不该灌时又无人关阀，一边下雨一边喷水，草地变人工湖，马路变排水渠的情况屡见不鲜。采用这种方法，至少有40%～50%的水浪费掉。智能灌溉控制模式与人工控制模式相比，具有节省水、肥、能量、人工等优点，并可基本消除在灌溉过程中人为因素造成的不利影响，通过灌溉控制器适时、适量地灌水，提高农作物产量，有利于我国广大农村劳动力的转移和农村经济结构的调整，对环境保护也起到一定的作用。几种灌溉方式见下图1、2。漫灌、喷灌、滴灌由于土壤湿度传感器的非线性以及其输出延迟较大，采用传统的反馈控制方法很难得到满意的结果，而人工智能技术在节水灌溉的应用中显示出广阔的前景，其中包括用专家系统、模糊逻辑系统、神经网络来预测和建模，使得灌溉控制器能及时、准确地预测环境参数，同时控制这些参数使得它更适合于作物生长。模糊控制和神经网络在灌溉控制器中的应用较多，这些系统一般以土壤湿度传感器测土壤水分，同时还通过智能天气预报站估算出作物的蒸腾量，然后把这两个信息经模糊化后输入到模糊控制器，模糊控制器经模糊规则决策得出模糊输出，再把该模糊输出精确化传送给执行机构，控制电磁阀动作。如果该控制不能得到满意的结果，则可以通过神经网络来优化控制规则。人工智能在灌溉中的应用：智能化中央计算机控制系统主要由中央计算机、集群控制器（CCU）、田间控制器、电磁阀构成。大体结构如下图3所示。图3节水灌溉智能智能化灌溉中央计算机控制系统具有如下功能：1.智能采集各种气象数据，计算并记录蒸发蒸腾量ET。2.根据前一天的ET值智能编制当天灌溉程序并实施灌溉。3.可由连接的土壤湿度传感器、风速传感器、雨量传感器等干涉程序，启动、关闭、暂停灌溉系统。4.连接流量传感器可智能监测、记录、警示由于输水管断裂引起的漏水及电磁阀故障，最大限度利用管网输水能力。5.智能记录、显示、储存各灌溉站的运行时间，智能记录、显示、储存传感器反馈数据，以积累资料，修改程序、系统等。1、以色列利用智能浇灌，实现了荒漠上发展灌溉农业。2、美国在城市中推广智能灌溉系统，每年节省8.52亿吨水。3、智能化中央计算机灌溉控制系统大约在上世纪80年代初由雨鸟、摩托罗拉等几家公司开发、研制成功。全美平均每个州安装有30套左右这种系统。其中著名的项目有：迪士尼世界及迪士尼乐园、微软总部、英特尔总部、摩托罗拉总部，全球最大的拉斯维加斯米高梅（MGM）大饭店，斯坦福大学校园等。4、相关系统已成功用于北京航空航天大学体育场，从投入运行的情况来看，情况良好。国内外智能灌溉实例：不足之处：1、国外灌溉控制器已趋于成熟，但价格昂贵。国内虽引进一些，但多数是农业示范区、科研单位、高校。2、国外生产的灌溉控制器性能优越，但没有考虑我国特殊的自然、气候、土地资源、农民经济状况等因素，因而国外引进的灌溉控制器在国内应用并不普及。3、开发性能完善的灌溉控制系统需要大量的人力、物力的投入，需要多部门、多学科的融合，这在一定程度上限制了它的开发。4、精确度有待提高，维修保养的解决困难。谢谢！2014/4/15