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      智能灌溉:需要了解的12件事情

      來源:智能灌溉系統

      導讀: 目前,世界人口接近75.3億。最近的一項研究發現,全球平均有33%的人口因某種形式的缺水而遭受痛苦。到2030年,這一數字可能會上升到50%,這清楚地表明缺水問題正在以驚人的速度擴大。有趣的是,世界上 ...

      目前,世界人口接近75.3億。最近的一項研究發現,全球平均有33%的人口因某種形式的缺水而遭受痛苦。到2030年,這一數字可能會上升到50%,這清楚地表明缺水問題正在以驚人的速度擴大。有趣的是,世界上大約70%的取水量用于灌溉,而這正是大部分水資源浪費的地方。大約60%的用于灌溉的水流失了,要么是由于蒸散、地面徑流,要么是由于低效、原始的灌水方法導致水的損失。這反過來又揭示了由物聯網(IoT)驅動的智能灌溉的重要性,它可以在管理全球不斷上升的水資源壓力方面發揮重要作用。下面,我們將重點介紹智能灌溉的一些需要了解的事情:

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      1、自動化灌溉的需求

      智能灌溉是精準農業的關鍵組成部分。它有助于農民避免水資源浪費,并通過:

      a)在正確的時間灌溉,b)盡量減少徑流和其他浪費,以及 c)準確地確定土壤濕度水平,從而找到任何地方的灌溉需求量大小,從而改善農戶在他們田地上的種植作物質量。用自動閥門和系統取代手動灌溉也消除了人為錯誤因素(例如,澆水后忘記關閉閥門),有助于節省能源、時間和寶貴的資源。一般來說,智能灌溉系統的安裝和配置也相當簡單。

      2、基于物聯網的灌溉系統體系結構

      智能微控制器(充當“信息網關”)位于自動化灌溉基礎設施的核心。放置在田間的土壤濕度傳感器和溫度傳感器向微控制器發送實時數據。通常,設定好了“濕度/溫度范圍”,當實測值超出該范圍時,微控制器會自動打開水泵,水泵上安裝有輸水管道。微控制器也有伺服電機端,以確保管道實際上是均勻地澆灌田地,這樣就不會有任何地方被堵塞或導致土壤太干旱。整個系統可以由最終用戶通過專用的移動應用程序進行管理。智能灌溉使種植者能夠遠程監控和灌溉他們的田地,而沒有任何麻煩。

      3、因特網的使用

      來自集中網關(這里是微控制器)的信息流必須由穩定的互聯網服務支持。無線低功耗網絡(如LoRa WAN或Sigfox)可以很容易地用于為傳感器供電。這些傳感器將現場信息發送到用戶的本地計算機或云網絡(根據需要)。該系統可以將這些信息與第三方服務(如當地氣象頻道)的其它輸入信息結合起來,做出“智能灌溉決策”。例如,如果預報中有降雨,即使實時數據表明農田需要灌溉,也不會放水灌溉,而會定期進行重新計算。

      注:與手動澆灌系統相比,智能灌溉系統在旱季可節水45%,在雨季可節約大約80%的水。

      4、成本優勢

      在自動化灌溉基礎設施中,沒有浪費資源的可能空間。因此,也可以獲得成本效益。通過將傳統的灌溉系統替換為完全自動操作的系統,作物因過度(或不足)澆水而死亡的可能性很小,這意味著農民不必擔心頻繁更換植物。此外,由于智能農業和智能灌溉都是為了更快、更健康的作物生長,所以平均作物周期縮短。這也意味著年產量會有可能增加。物聯網驅動的灌溉工具也可用于草坪、花園和景觀。

      5、使用的傳感器類型

      有幾種類型的傳感器用于將數據傳送到灌溉多控制器單元。每個單元都專用于捕獲和傳輸特定的數據。第一個單元是土壤水分傳感器(SMS),它檢測土壤表面的介電常數,以估計表面的體積含水量。該濕度水平與介電常數讀數成正比。SMS控制器可以是“按需”(具有啟動和終止灌溉會話的能力)或“旁路”(允許灌溉會話在預先指定的閾值范圍內)。下一個是溫度傳感器,它通常使用先進的電阻溫度探測器組件(RTD)來精確跟蹤土壤溫度水平。這些“繼電器”系統負責在任何時候根據精確的土壤溫度要求打開或關閉泵。

      注:與傳統的定時灑水系統相比,土壤濕度傳感器提供的田間灌溉效率更高。保證不存在過度噴灑或過度澆水的風險。

      6、綜結氣候參數

      雖然智能土壤濕度傳感器有許多優點,但它們不會以任何方式考慮與天氣相關的因素,這仍然是它的一個局限性。由于蒸騰作用,大量的水分流失(ET;通過蒸騰作用從植物葉片和土壤中損失的總水分)。因此,作物種植者更理想的灌溉思路應該是超過SMS控制器的使用,開始使用“更智能”的蒸騰量控制器或基于天氣的灌溉控制器(WBIC)。這些天氣傳感器和實時的天氣傳感器一起接收實時更新。WBIC 還可以處理歷史天氣信息和/或從衛星接收的數據。從植物類型和土壤性質,到地面坡度和可利用的日照量,特定作物田的其它獨特特征也全都考慮在內。這更精準確定一個地方,在任何特定時間點所需的確切作物需水量。

      7、LED燈的作用

      一個以微控制器為核心的智能灌溉裝置會有預先測試過的LED燈泡。當現場傳感器報告濕度水平已降至建議/閾值水平以下時,燈泡會發光,表示必須啟動灌溉事件(即,必須打開灑水器閥門)。LED燈也是“水箱溢流控制模型”的重要組成部分,該模型使用強大的超聲波傳感器。只要水泵電機在運行,水箱中的水位低于臨界水位,燈泡就會發光。本質上,LED燈是一種方便的警示工具,可以隨時指示水泵和灑水車的狀態。SMS 或超聲波傳感器的讀數可以顯示在移動應用程序上,方便農民使用。

      注:用戶可以在液晶屏上看到水箱的水位或土壤濕度。

      8、傳感器的布置

      使用網關、水泵和其他工具來幫助灌溉是很好的思路,但是,除非傳感器正確地放置在田間,否則智能灌溉網絡所做的“決定”很可能是錯誤的。專家建議,在任何時候,都要將氣象傳感器放置在離地面 5英尺高的地方,并確保傳感器遠離地面。為了獲得最佳效果,傳感器應選擇性地放置在能接收最大陽光的區域和植物根部區域內(深度為 0~3”)。土壤濕度傳感器必須覆蓋土壤,但周圍的土壓力也不應過高。

      9、智能噴灌的興起

      改用智能灌溉制度的最大優勢之一是可以節省大量的水。這些節省可以增加約20%,通過拋棄過時的噴灌系統和使用的噴嘴,可以通過旋轉水流在多個軌道噴灑。這些“更智能的灑水器”在確保水均勻分配到田地的所有部分(或特定區域)方面有很大的幫助,并且對天氣條件(風速、霧等)的變化提供了更大的抵抗力。這些旋轉噴頭釋放的水主要被土壤浸透,從而最大限度地減少徑流和其他形式的浪費。

      注:雨量傳感器也已經在不同國家的作物種植者中得到廣泛接受。這些傳感器兼作“關閉裝置”,在暴雨時(以及之后)發送信號停止自動噴水裝置。

      10、更及時的故障檢測和維修

      傳統灌溉系統(水箱、水庫等)的小泄漏和裂縫會導致相當大的損失,加劇已經日益嚴重的全球水危機。更重要的是,手動檢測這些問題的泄露根源通常很困難,而且可能是一件耗時的事情。安裝智能灌溉工具是一個很好的方法來解決問題。有了物聯網的支持,這些控制器可以實時檢測到任何灌溉單元中存在的問題,這反過來又使用戶很容易立即進行必要的維修。從本質上講,互聯網灌溉系統可以“監控”水箱、水泵和其他裝置的狀況,而用戶無需一直呆在電腦前。

      11、成本因素

      雖然在農田上實施智能灌溉解決方案需要一些投資,但傳感器的成本遠沒有過高。平均來說,一個土壤濕度傳感器的價格在150美元到160美元之間,而更先進的WBIC的價格在300美元左右。順便說一句,旋轉式灑水器是在斜坡上灌溉的理想選擇,其單價約為6美元或7美元。大型制造商還提供傳感器和灑水裝置的特別折扣??紤]到升級為智能植物灌溉系統的潛在好處,成本相對合理。

      注:SoCal WaterSmart是灌溉控制器系統的領先制造商之一。對于技術水平最低的農作物種植者來說,像CropX這樣的物聯網灌溉設備,可以減少水資源浪費,有助于提高產量,是非常理想的。

      12、挑戰

      近年來,物聯網在農業中的應用大大增加。即便如此,“智能灌溉”的概念還是一個相對較新的概念?,F有的智能灌溉控制器大多具有許多復雜的特性和功能。雖然它們非常適合大規模的商業用途,例如在高爾夫球場上,但對于小農場主和獨立園丁來說,它們太過精致了。需要提高個人對這些智能灌溉系統的認識和熟悉程度,特別是因為用戶輸入數據的知識(例如,作物類型、土壤、地表坡度等)對這些系統的性能至關重要。此外,還必須記住,“智能系統”中的錯誤率遠低于傳統設置。但是機械故障或網絡故障可能會造成嚴重后果。

      有很多事情可以說是有利于智能灌溉系統。首先,它們有助于水的最佳利用,確保植物的均勻澆水。在高端傳感器的幫助下,他們還可以考慮氣候參數,使灌溉程序更有效。在水資源浪費大大降低的同時,也減少了對體力勞動的需求,這將大大節省開支。憑借智能的“灌溉決策”能力,先進的物聯網支持的智能灌溉控制器正在改變農業的面貌。該領域正在迅速發展,在可預見的未來,追逐這一領域的進一步發展將是很有意思的。

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