智能灌溉文獻(xiàn)綜述

1、智能灌溉文獻(xiàn)綜述國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀由于我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，目前在各行各業(yè)的應(yīng)用正處于研究推廣階段，自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用程度更低，所以，目前自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)還處于研制、試用階段。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院聯(lián)合多家單位研制了溫室自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在手動(dòng)控制、程序控制和自動(dòng)控制等多種灌溉系統(tǒng)模式之間進(jìn)行切換，能滿足溫室作物的大部分需求，但是成本較高（趙瑋娜2009）。中國(guó)灌排技術(shù)開(kāi)發(fā)公司（2006）以單片機(jī)為控制核心開(kāi)發(fā)了微灌自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)檢測(cè)、控制，同時(shí)還能進(jìn)行事故處理（沈緒榜2001）。北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)利用8031單片機(jī)研制了一套灌溉控制系統(tǒng)（毛慎建1995），該系統(tǒng)是

2、一個(gè)多輸入、多輸出系統(tǒng)，可采集多路土壤水分信號(hào)，并對(duì)單獨(dú)回路進(jìn)行控制，使用方便。但上述系統(tǒng)功能單一，擴(kuò)展性差，在控制對(duì)象復(fù)雜情況下難以正常運(yùn)行。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，福建省水利建設(shè)技術(shù)中心（陳文清2004）開(kāi)發(fā)了一套節(jié)水灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)灌溉、恒濕灌溉和人工選擇三種工作方式。WT-02型微噴灌定時(shí)自動(dòng)控制器是由北京奧特思達(dá)科技有限公司研制的一種電子灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)（賀良才2010），該系統(tǒng)使用對(duì)象廣泛，能在多種工作模式下工作。上述兩種系統(tǒng)在一定程度上能進(jìn)行自動(dòng)化灌溉控制，但僅限于定時(shí)操作或人工操作，還不能實(shí)現(xiàn)根據(jù)作物需要進(jìn)行適時(shí)、適量的灌溉。廖功磊等（2006）應(yīng)

3、用可編程序控制器（PLC）、工控機(jī)和工業(yè)遙控器構(gòu)成核心控制部件，采用組態(tài)軟件（MCGS）及WPL編程軟件設(shè)計(jì)了全自動(dòng)智能控制系統(tǒng)。崔天時(shí)等（2010）針對(duì)溫室灌溉受多因素影響難以建立精確控制模型的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了基于LabVIEW平臺(tái)的溫室節(jié)水灌溉模糊控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤水分適時(shí)、適量的灌溉，對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展起到了一定的作用。國(guó)內(nèi)還有直接以PC機(jī)進(jìn)行控制的自動(dòng)灌溉控制器，不僅使成本增加，而且不易在田間較惡劣的環(huán)境下使用，所以實(shí)用化程度很低?？傊谖覈?guó)，雖然有多種灌溉控制器，但多數(shù)規(guī)模較小，局限于實(shí)驗(yàn)和理論的探討，而且開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，農(nóng)民盡管知道能節(jié)能、節(jié)水、增產(chǎn)，但由于一次性

4、投資太大，多數(shù)農(nóng)民承受不起，所以根本無(wú)法普及應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)在國(guó)外普及較早，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用目前已經(jīng)很成熟，帶有智能控制的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用面積和產(chǎn)業(yè)化程度很高。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，美國(guó)、前蘇聯(lián)的噴灌面積己占其總灌溉面積40%以上，英國(guó)、德國(guó)、奧地利、丹麥、瑞典、日本等國(guó)的旱地灌溉面積中90%以上采用噴灌。這些系統(tǒng)中，廣泛使用灌溉控制技術(shù)。控制模式也由早期的當(dāng)?shù)乜刂瓢l(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙控的集中控制模式（史愛(ài)克2001；陳莉2002；王長(zhǎng)德2002；唐黎標(biāo)2002；馬學(xué)良1999）。法國(guó)和日本等國(guó)家開(kāi)發(fā)并使用多功能壓力流量控制設(shè)備，該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)給水、壓力控制、流量顯示、水量控制等功能；日本在大多數(shù)旱地

5、灌溉系統(tǒng)中使用恒壓噴灌技術(shù)，取得良好的效果。世界著名的耐特費(fèi)姆（Netfim）灌溉設(shè)備和滴灌系統(tǒng)公司生產(chǎn)的微灌系統(tǒng)基本由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制運(yùn)行，可根據(jù)作物的生長(zhǎng)及水、肥狀況進(jìn)行灌水和施肥，節(jié)約大量人力，且管理及時(shí)，使作物產(chǎn)量和品質(zhì)都有較大幅度的提高。在發(fā)達(dá)國(guó)家，先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛使用。這些國(guó)家大都采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，采用遙感技術(shù)，監(jiān)測(cè)土壤墑情和作物生長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)和制造了一系列用途廣泛，功能強(qiáng)大的數(shù)字式灌溉控制器，并得到了廣泛的應(yīng)用。特別是以色列這個(gè)干旱國(guó)家，目前全國(guó)農(nóng)業(yè)土地基本上實(shí)現(xiàn)了灌溉管理自動(dòng)化，并且普遍推行自動(dòng)控制系統(tǒng)，按時(shí)、按量將水、

6、肥直接送入作物根部，水資源利用率和單方水的糧食產(chǎn)量都相當(dāng)高。另外，北美、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都己有發(fā)展成熟并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，微灌方式普遍采用計(jì)算機(jī)控制，埋在地下的濕度傳感器可以傳回有關(guān)土壤水分的信息，還有的傳感器系統(tǒng)能通過(guò)檢測(cè)植物的莖和果實(shí)的直徑變化來(lái)決定對(duì)植物的灌水間隔。在溫室等設(shè)施內(nèi)較多使用小型灌溉管理程序，澆水時(shí)間可按日期設(shè)定每次每路灌水起止時(shí)間，操作便于小規(guī)模經(jīng)營(yíng)。計(jì)算機(jī)化操作運(yùn)行精密、可靠、節(jié)省人力，對(duì)灌溉過(guò)程的控制可達(dá)到相當(dāng)?shù)木?，在以色列，已?jīng)出現(xiàn)了在家里利用電腦對(duì)灌溉過(guò)程進(jìn)行全部控制（無(wú)線、有線）的農(nóng)場(chǎng)主?？傊?，目前國(guó)外灌溉控制器已逐步趨于成熟、系列化，并朝著大

7、型分布式控制系統(tǒng)和小面積單機(jī)控制兩個(gè)方向發(fā)展，產(chǎn)品一般都能與微機(jī)進(jìn)行通信，并由微機(jī)對(duì)其施行控制。二、節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)現(xiàn)狀目前多數(shù)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)的基本模式為模擬傳感器加A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，再經(jīng)由RS-485總線接入PC計(jì)算機(jī)。但由于農(nóng)業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，PC計(jì)算機(jī)不適合在上述場(chǎng)合工作，同時(shí)PC機(jī)能耗大、費(fèi)用較高、長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)性能不夠穩(wěn)定。另外RS-485總線傳輸距離相對(duì)較短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性，近年來(lái)人們開(kāi)始著手研究農(nóng)業(yè)設(shè)施遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。高軍（2010）等采用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與GPRS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，基于CC2530芯片設(shè)計(jì)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，

8、開(kāi)發(fā)了此節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤溫濕變化，根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實(shí)施精準(zhǔn)灌溉。黎撤:江等（2010）利用遠(yuǎn)程無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)組成智能灌溉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出一套適用于溫室大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能監(jiān)控水肥中的電導(dǎo)率、酸堿度值及其它環(huán)境參數(shù)，能對(duì)水肥進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。方旭杰等（2009）針對(duì)麗水黑木耳的種植,研究設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線智能灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了灌溉的智能化和無(wú)線化,通過(guò)在灌溉現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,充分證明了系統(tǒng)的可行性和可靠性，為建立大型的遠(yuǎn)程智能灌溉系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。雷碩，趙賢林（2008）設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程節(jié)水灌溉網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系

9、統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、傳感器等先進(jìn)技術(shù)對(duì)農(nóng)田灌溉進(jìn)行監(jiān)控管理，保證適時(shí)適量地滿足作物生長(zhǎng)所需要的水分。張彩萍（2008）介紹了一種利用GPRS實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田節(jié)水灌溉設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的農(nóng)田節(jié)水灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由客戶/服務(wù)器模式框架構(gòu)成，模擬實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)具有一定的使用價(jià)值。韓祥波（2007）提出了農(nóng)田遠(yuǎn)程供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及實(shí)施方案，對(duì)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了闡述，對(duì)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和研究。胡鋼，吳正陽(yáng)（2006）提出了一種基于GPRS網(wǎng)的節(jié)水灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)利用Win輸出口網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)和GPRS網(wǎng)的資源實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸與現(xiàn)場(chǎng)控制；采用ADO數(shù)據(jù)

10、庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理與處理?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)控制軟件采用模糊控制理論，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化灌溉管理作業(yè)。國(guó)外對(duì)遠(yuǎn)程灌溉系統(tǒng)的研究已經(jīng)比較成熟，控制器的種類比較齊全，但由于國(guó)內(nèi)外的種植方式相差較大，所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)不適合我國(guó)的現(xiàn)狀?？傊壳?，國(guó)內(nèi)對(duì)遠(yuǎn)程灌溉控制的研究方興未艾，但是還沒(méi)有出現(xiàn)很完善的系統(tǒng)能適用于各種種植條件，因此針對(duì)我們課題組所研究的干旱半干旱地區(qū)的灌溉條件，研究相應(yīng)的遠(yuǎn)程灌溉控制系統(tǒng)有著重要的意義。本課題統(tǒng)以Internet網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，下位機(jī)采用性價(jià)比較高的ARM控制器LCP2368采集和發(fā)送底層控制信號(hào)，通過(guò)串口與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器以Internet為載體與各個(gè)客戶端

11、進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)多用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控灌溉系統(tǒng)。果園智能節(jié)水灌溉技術(shù)插上了騰飛的翅膀，使精確灌溉技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代灌溉農(nóng)業(yè)的主體。溉在世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)中已經(jīng)占據(jù)了重要地位，尤其是近幾年連年出現(xiàn)的大旱天氣，使得實(shí)施智能節(jié)水灌溉任務(wù)變得重之又重，但是由于技術(shù)設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨、復(fù)雜的任務(wù)，因此更尖端、更高效設(shè)備需要好幾代人的努力（李曉東，2007）。國(guó)外智能節(jié)水灌溉發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，電子技術(shù)水平較高，人工成本高，所以與智能節(jié)水灌溉相配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)也較完善和先進(jìn)。中國(guó)在這方面與他們相比就遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后了，在中國(guó)由于起步時(shí)間比較晚、人工成本低使得大型智能灌溉系統(tǒng)得不到很好的推廣，因此制約了這方面的發(fā)展，現(xiàn)有的

12、智能灌溉系統(tǒng)大多是依賴于國(guó)外進(jìn)口（朱德蘭，2001）。美國(guó)，早在1984年Benami和Offen開(kāi)發(fā)了一套節(jié)水灌溉控制器，通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤水分來(lái)確定是否打開(kāi)灌水閥門。Phene（1973）、Phena和Howell（1954）,Phena（1989）分別在灌溉系統(tǒng)的控制中使用了土壤濕度傳感器，通過(guò)土壤濕度傳感器把土壤濕度信息反饋給控制系統(tǒng)，再根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)決定是否灌溉，使作物根部總能保持一定的濕度。他們所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)經(jīng)運(yùn)行表明，控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的好壞主要取決于四個(gè)因素系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)所采用的算法、土壤濕度傳感器的可靠性、螺旋形電磁閥和壓力調(diào)節(jié)裝置以及流量計(jì)、過(guò)濾器等設(shè)備的性能。鑒

13、于當(dāng)時(shí)傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)時(shí)技術(shù)水平此套系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，因而也沒(méi)有大范圍的推廣。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，許多專業(yè)做灌溉系統(tǒng)的公司逐漸興起，最具代表性的是美國(guó)的雨鳥(niǎo)、亨特，這兩個(gè)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)走在了世界的最前沿，以雨鳥(niǎo)ESP-4M系統(tǒng)為例，主要性能包括：可升級(jí)性，模塊控制器基本型為4站，通過(guò)增加每單元3戰(zhàn)的模塊，可簡(jiǎn)單將控制器擴(kuò)展為7、10、13站控制器，實(shí)現(xiàn)了大面積的智能化節(jié)水灌溉（章軍富，2010）。據(jù)美國(guó)自來(lái)水協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)安裝智能灌溉系統(tǒng)，美國(guó)人每年能夠節(jié)省大約8520億升水，這些水每年都因過(guò)度澆溉而被浪費(fèi)，而智能灌溉系統(tǒng)可以幫助人們?yōu)橹参锾峁┖线m數(shù)量的水（丁寶瑩，2004）。

14、但是現(xiàn)階段美國(guó)還有4,500萬(wàn)個(gè)僅是安有簡(jiǎn)易計(jì)時(shí)器的灌溉系統(tǒng)，它們?cè)跁r(shí)間控制上還可以，但精準(zhǔn)度不高。Spain稱，城市灌溉系統(tǒng)占城市用水的58%，這些被浪費(fèi)的水資源每年生產(chǎn)54.4萬(wàn)噸溫室氣體。以色列是世界上微灌技術(shù)發(fā)展最具有代表性的國(guó)家，目前他們?nèi)珖?guó)農(nóng)業(yè)土地基本上實(shí)現(xiàn)了灌溉管理的智能化和自動(dòng)化，并且普遍推行自動(dòng)控制系統(tǒng)，按時(shí)、按量將水、肥等直接送入作物根部，水資源利用率相當(dāng)高。在以色列，已經(jīng)出現(xiàn)了在家里利用電腦對(duì)灌溉過(guò)程進(jìn)行全程控制的灌溉系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程設(shè)定灌溉間隔時(shí)間，操作方便。由于引進(jìn)先進(jìn)的傳感器技術(shù)，因此對(duì)灌溉過(guò)程的控制可達(dá)到相當(dāng)高的精度?，F(xiàn)在他們也正在著力隨著現(xiàn)代電子工業(yè)不斷進(jìn)步，使得

15、微電子技術(shù)與機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)控制、航空航天等高新技術(shù)在不斷的應(yīng)用于智能灌溉領(lǐng)域，給高效果園智能節(jié)水的灌解決把空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用到大型灌溉系統(tǒng)中（許一飛，1998）。加拿大、澳大利亞和韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)也都有開(kāi)發(fā)成功并形成系列的灌溉控制器產(chǎn)品，其中比較有代表性的是澳大利亞公司的灌溉控制器，已形成了多個(gè)系列，幾十種型號(hào)的產(chǎn)品。其中系列成本較低，是一種小型化自動(dòng)灌溉控制器，主要是面對(duì)家庭庭院和小面積的商業(yè)綠化場(chǎng)地的灌溉。該系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，可與上位機(jī)雙向通信，用微機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程操作和對(duì)其子控制器進(jìn)行控制，并能用微機(jī)隨時(shí)監(jiān)控灌溉系統(tǒng)的工作狀況。國(guó)內(nèi)在開(kāi)發(fā)灌

16、溉自動(dòng)控制系統(tǒng)方面現(xiàn)在還僅處于研制試用階段，能實(shí)際投入應(yīng)用且應(yīng)用較廣的灌溉控制器還不多見(jiàn)。從上世紀(jì)七十年代引進(jìn)墨西哥滴灌設(shè)備開(kāi)始，在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于安裝和便于推廣的精神，在全國(guó)水利、農(nóng)業(yè)、輕工、農(nóng)機(jī)等主要部門和科研院所、高等院校、灌溉企業(yè)及各地有關(guān)部門的密切合作和共同努力之下，灌溉技術(shù)的開(kāi)發(fā)、設(shè)備研制生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)等方面都取得了一定的成果（李鐵男，2000）。在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)能在實(shí)際推廣應(yīng)用的產(chǎn)品中最具代表性的是中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院聯(lián)合多家單位研制的智能型溫室自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目中自主研發(fā)的科技產(chǎn)品，該系統(tǒng)結(jié)合我

17、國(guó)溫室的環(huán)境和實(shí)際使用特點(diǎn)，以積木分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，解決了計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、控制顯示中文、施肥泵混合比可調(diào)、電磁閥開(kāi)度可調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。2007年鄭重等人提出一種基于GSM技術(shù)和FSK技術(shù)的農(nóng)田水分檢測(cè)與決策支持系統(tǒng)，通過(guò)FSK調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同采集單元間的分布式數(shù)據(jù)通訊，該系統(tǒng)可以將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳到PC監(jiān)控器，并通過(guò)水分傳感器測(cè)得土壤中水分含量并將測(cè)得的結(jié)果以SIM卡短信形式發(fā)送至用戶手機(jī)，為農(nóng)田的信息化管理提供技術(shù)支持。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)田水分實(shí)時(shí)檢測(cè)、數(shù)據(jù)的無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸（鄭重，2007）。2008年靳廣超等人應(yīng)用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)土壤墑情檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以

18、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)土壤中的溫度和濕度，為噴灌和滴灌提供可靠的信息，適合土壤墑情檢測(cè)的需要（靳廣超，2008）。對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求的增加。而我國(guó)耕地資源有限，水旱災(zāi)害嚴(yán)重，要應(yīng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品總需求與總供給不平衡的巨大挑戰(zhàn)，必須提高單產(chǎn)。據(jù)水利部80年代初的調(diào)查，全國(guó)灌溉農(nóng)田的單產(chǎn)為7290kg靦“，非灌溉農(nóng)田的平均單產(chǎn)僅為2100kg小mZ,不及灌溉農(nóng)田產(chǎn)量的1/3。因此，灌溉是提高單產(chǎn)的前提和保證。一方面，新增灌溉區(qū)面積需要增加用水，改善現(xiàn)有灌溉面積的灌溉條件也需要增加淡水資源的耗費(fèi)，另一方面工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水日益增加，因此改善我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉情形，提高現(xiàn)有灌溉面積保證我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展就必須走節(jié)水高效的道路4。近幾

19、年發(fā)展改革委等有關(guān)部門啟動(dòng)了全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009一2020年）編制工作。為了彌補(bǔ)糧食缺口及保障規(guī)劃順利實(shí)施，必須大力普及推廣節(jié)水灌溉。三、智能灌溉系統(tǒng)灌溉方式的研究傳統(tǒng)的灌溉方式主要是漫灌，即直接通過(guò)溝渠將灌溉用水輸送到灌溉區(qū)域。這種方法簡(jiǎn)單，但耗水量大并且容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)。采用管道輸送灌溉用水，可以大幅度減少滲透和蒸發(fā)耗水。但該方式對(duì)管道成本和管網(wǎng)設(shè)計(jì)要求較高?，F(xiàn)代的灌溉方式主要有滴灌、噴灌以及其改進(jìn)型。這些灌溉方式都是基于管道輸水。滴灌是水到灌溉區(qū)以后通過(guò)重力或土壤的吸力使水到達(dá)作物灌溉區(qū)，噴灌則是通過(guò)管道加壓，使水流經(jīng)噴頭后均勻的散落在灌溉區(qū)，噴灌的灌溉范圍廣

20、，多用于大面積花卉、蔬菜、草坪等灌溉，噴頭的噴灑效果直接影響到整個(gè)灌溉系統(tǒng)的效果。一般的噴頭，灌溉范圍即噴灑域是圓形或者扇形，這種噴頭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但經(jīng)學(xué)者分析這種噴頭在組合噴灌時(shí)噴灑面積重疊度高，不利于精確灌溉控制。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了大量研究38。韓文霆設(shè)計(jì)出了一種方形噴灑域變量施水精確灌溉噴頭，有效解決了一般圓形噴頭的超噴、漏噴以及界外重疊噴灑的問(wèn)題，可大量節(jié)約水資源。四、智能灌溉系統(tǒng)通信方式的研究灌溉系統(tǒng)中的通信方式主要包括有線通信和無(wú)線通信。有線通信是大多數(shù)灌溉系統(tǒng)所采用的通信方式。北京林業(yè)大學(xué)的趙燕東、章軍富等通過(guò)RS一485總線建立了一個(gè)按作物需求的分布式智能灌溉系統(tǒng)27】

21、。孫剛、吳文彪等人在RS一485總線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了M0dbus通信協(xié)議，使各個(gè)灌溉系統(tǒng)中各部分能簡(jiǎn)單快捷的通信28。伍偉杰、葉邦彥則基于cAN總線對(duì)節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并以cAN控制器sJA1000設(shè)計(jì)了一套灌溉通信系統(tǒng)29。國(guó)家信息研究中心的陳鳳、趙春江等人則是利用低壓電力線載波（L0wv0ltageP0werLineCarrierCOunicatf0n）技術(shù)，基于低壓載波通信控制芯片RlsE3301設(shè)計(jì)了一套灌溉通信系統(tǒng)130。有線通信技術(shù)成熟，信號(hào)不易受外部干擾，但是這種方式需要大量的布線，開(kāi)銷昂貴且易受地理環(huán)境影響，拓展性不強(qiáng)。無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為智能灌溉系統(tǒng)帶來(lái)了新的

22、機(jī)遇。無(wú)線傳感網(wǎng)的低成本，網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)使其適合于智能灌溉系統(tǒng)3。王驥、周文靜等以sA68D21DL無(wú)線收發(fā)模塊為硬件平臺(tái)，通過(guò)平面信息傳播路由DD（DirectedDi肋sion）協(xié)議組建了農(nóng)田灌溉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)32。董杰設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLc的灌溉無(wú)線通信系統(tǒng)，所使用的無(wú)線通信模塊傳輸距離遠(yuǎn)可達(dá)7一8玩非常適合數(shù)據(jù)采集33。馮友兵、張榮標(biāo)等針對(duì)噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)的部署做了詳細(xì)的研究34。無(wú)線傳感網(wǎng)中的zigBee協(xié)議及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更是以極低的功耗，時(shí)延短，安全可靠并且能夠自組網(wǎng)等特點(diǎn)，在灌溉系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。AnuragD，Roys等分析了印度的灌溉情況，展望了zigBee網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用35。Qiuwz，saleemK等設(shè)計(jì)了