智慧农业中物联网全方位技术应用与经济效益分析

作者: 刘照霞

智慧农业中物联网全方位技术应用与经济效益分析0

随着科技的快速发展和社会的不断进步,作为信息时代重要的一环,物联网技术在各个领域都显示出了巨大的潜力和应用价值。物联网技术的应用在农业领域也渐成潮流。物联网技术的核心是通过网络将各种物体连接起来,为农业生产提供全方位的技术支持,实现信息的自动收集、传递和处理。目前,物联网技术在农业领域的应用已经涵盖了多个方面,包括土壤监测、气象监测、作物生长状态监测、精准施肥、智能灌溉、智能农药喷洒等方面的应用。农民可以通过安装传感器等设备,采集数据,实时了解土壤的湿度、温度、光照等关键参数,从而对作物进行精确施肥、灌溉、增产、提质。同时,物联网技术还能帮助农民实现智能管控农药、降低农药使用量、减少污染环境、实现农业绿色生产。

应用物联网技术在智慧农业中,不但是技术的运用,更多的是对农业生产模式的一次革新和升级,能够提高农业生产的信息化和智能化程度,在提高生产效率和资源利用率的同时,帮助农民对农业生产进行实时的监控和数据分析,从而在提高作物种植质量和产量的基础上,使生产成本有较大幅度地降低。并且由于物联网技术的运用能够为农业生产环境带来较好的改善,对生态环境的保护也起到了积极的作用。而传统的农业生产中,由于缺乏有效的监测手段和管理手段,往往会造成农药化肥的过量使用以及土壤水源的污染问题。因此,物联网技术在智慧农业中的应用,对于促进农业可持续发展具有重要的现实意义。应用物联网技术,对农药化肥进行精确施用,在减少污染、保护环境等方面发挥了积极作用。

一、物联网技术在智慧农业实时监测中的应用

1、土壤参数监测

土壤参数监测在智慧农业中占有举足轻重的地位,它是物联网技术在农业领域应用的一个重要组成部分。传统的土壤监测主要是依靠人工采集样品后送往实验室进行分析,而这一方式存在时间比较长、成本较高和资料收集不及时等诸多问题,对农业生产的应用效果形成了一定的制约,而物联网技术的出现则在很大程度上改变了这一现状,它通过在田间地头布设土壤传感器等设备,能够对土壤参数进行实时监测和数据收集,为农业生产提供精准化智能化的决策支持。从这一点来说,物联网技术在智慧农业中的应用,为农业生产带来了极大的便利。

传统的土壤监测方式需要花费数天甚至更长时间,在实验室对样品进行一系列的化验分析才能得出结果。而物联网技术应用可以实时监测包括土壤湿度温度pH值等在内的一些关键参数,并将数据传输到农民的手机上或电脑端,使他们在任何时候都能随时查看土壤状况,从而及时调整农业生产策略,满足作物的生长需要。这样,无论是对土壤质量的把握还是对作物的栽培管理都将起到极大的促进作用。

传统的土壤监测方式一般只可以获取土壤的个别基础参数,如湿度温度等;而将物联网技术应用到土壤监测中,可因使用者的具体需求而选用不同种类的传感器,从而能够对土壤的各种参数进行全方位的监控,如营养元素含量和微生物活性等,在为农民提供较为完整的土壤信息的同时,帮助农民对土壤的健康状况做到准确把握,从而在农业生产方面进行有目的的调整,使作物得到更好地生长发育。这有助于实现对土壤的可持续利用与保护。

2、气象参数监测

农业生产及时准确获取气象信息至关重要,气象因素直接影响作物的生长发育和产量质量。传统的气象监测方式往往依赖气象站等设备,采集数据难度大、成本高,而物联网技术的出现为农业气象监测的实现提供了一种新的解决方案。传统的气象监测方式,往往不能满足农民及时获取气象信息的需求,需要借助气象站等设备,数据收集周期长。而物联网技术应用的气象传感器,则可以通过网络将数据传递到农户手机或电脑端,实现实时监测气象参数,包括温度、湿度、风速、降水量等关键参数,让农户随时随地获得最新的气象信息,及时调整农业生产策略,有效应对气象灾害,保障作物健康成长。

3、农作物生长状态监测

智能农业物联网技术应用的关键环节之一是农作物生长状态监测。农作物生长状况直接关系到农业生产的收成和质量,因此及时调整管理措施,确保其健康生长,对农作物生长状况的准确监测至关重要。传统的农作物生长状态监测主要依靠人工观测和经验判断,存在着主观性强、数据不够准确等问题,而物联网技术的出现为农作物生长状态监测的实现提供了一种新的解决方案。

常规的监测手段往往需要农户定期到田间地头进行观测,实时监测农作物的生长状况是一件很难做到的事情。而应用物联网技术的作物生长状态监测系统,通过影像传感器、红外传感器等设备布设在田间地头,则可以实现实时监测和作物生长状态的数据采集。例如,红外线感应器监测小麦田地叶片面积指数,可实现实时监测小麦生长状况和精确预报实际产量,使农户及时调整农业经营措施,提高作物产量和品质。

应用物联网技术的作物生长状态监测系统,能够实现精确监测和分析作物生长状态,通过图像识别、遥感技术等手段。例如,水稻生长速率、叶片面积指数等关键参数可通过无人机搭载的多光谱相机定期对稻田土地进行航测,结合遥感影像处理技术进行精确测定,从而为提高作物生长效率和产量提供更为精确的决策支持。

二、物联网技术在智慧农业精准施肥与灌溉中的应用

1、实时施肥技术

实时施肥技术主要依赖土壤和作物感应器等装置来实时监测土壤的养分含量和作物生长状况,并根据监测数据自动对施肥装置进行调节,以做到对作物的精确施肥,主要有以下几个方面的技术:

①土壤养分含量监测技术:土壤中的氮、磷、钾等营养成分含量通过在田间地头布设土壤传感器进行实时监测。这些传感器通过探头直接插入土壤,对土壤养分数据进行采集并向监控系统传输。作物生长所需养分供给量由监测系统根据采集到的数据对土壤的营养成分含量进行分析后确定。

②作物生长状态监测技术:通过影像感应器、红外线感应器等设备布设在田间地头,对作物生长状况进行实时监测。这些传感器能够实时监测作物生长高度、叶片面积指标等参数,从而提供可靠的数据支持,从而进行决策。例如,每隔一段时间就能对玉米生长高度进行测量并生成生长曲线的传感器系统,用于监测玉米生长情况。

③智能施肥控制技术:在检测土壤养分含量和作物生长状态的基础上,运用智能算法对施肥设备进行调整和控制。智能算法可以根据作物的生长需求和土壤的养分状况进行自动调节施肥设备的运行状态和施肥量,做到有的放矢地对作物进行精确施肥,从而达到理想的生长发育效果。如检测发现土壤中某种营养成分偏低时,智能控制系统会相应提高施肥量以满足作物的生长需求。这样可以使施肥过程更有针对性,最大限度地提高作物生长发育的效果和质量。以某农场为例,其应用实时施肥技术前后数据如表1所示:

由表格可知,应用实时施肥技术可使作物产量得到显著提高,进而使农民收入有所增加,同时也为农业生产的发展和现代化起到推动作用。

2、精准灌溉技术

在智慧农业中,物联网技术的应用被作为重要的组成部分,以帮助精确控制灌溉设备的工作来实时控制土壤的湿度和作物的生长需水量。从而做到对水资源的高效利用和对农田的精准管理,而传统的灌溉方式往往是按照固定的时间和水量进行灌溉,这就存在着水资源浪费和土壤湿度不均匀的问题,精准灌溉技术的出现则为人们解决这一难题提供了一个新的解决方案,因此具有十分重要的意义。精确灌溉技术主要依靠土壤湿度传感器、气象传感器等设备,根据监测数据自动调控灌溉设备的工作,实现农田精确灌溉,对土壤湿度、大气湿度、温度等环境因素进行实时控制。具体而言,精确灌溉技术主要包括以下技术:

①土壤湿度监测技术:土壤湿度感应器网格布设在玉米田地的中间,每隔一定的距离(例如每隔10米),就会埋入一个感应器,将采集到的土壤湿度数据通过无线网络传输到数据中心。传感器会对土壤的湿度状况进行实时监测,比如传感器可以对土壤的电导率数据进行采集,从而对土壤湿度等级进行测算。

②大气湿度监测技术:气象站可实时监测大气湿度、温度等气象因素,在玉米田地周围或内部布设气象站。这些数据将会和土壤湿度数据一起,被传送到数据中心。比如玉米地的水分蒸发量,通过对大气湿度的监测,可以得到比较准确地判断。

③智能灌溉控制技术:数据中心会利用智能算法,在接收土壤湿度、大气湿度等数据后进行分析运算。该算法将自动调整灌溉系统的工作状态,根据玉米生长阶段、土壤湿度和大气湿度等因素进行调节。比如,该系统将增加灌溉水量,以满足作物在干旱季节或作物快速生长阶段的需要;该系统在雨水较多的季节或土壤湿度较大的情况下,为避免水量过多而减少灌溉水量。以某农场为例,其土壤湿度的不同时间点及玉米单产的变化情况如表2所示:

从表中可以看出,实施精准灌溉技术后,土壤湿度得到了更精准地控制,并且玉米产量也相应提高了。这个例子展示了精准灌溉技术如何通过实时监测和智能调控,提高农作物的生长效率和产量。

三、物联网技术在智慧农业智能农药喷洒中的应用

1、农药使用监测

智慧农业中物联网技术应用的一个重要环节是农药使用监测,能够实时对农药的使用情况进行监测,对农药的施用量和施用时机进行科学管理,对农业生产起着重要的促进作用。过量使用或者不当使用农药可能会对环境和人体健康造成危害。所以,对农药的使用进行实时监测意义重大,有助于促进农药科学合理地使用。

现阶段农药使用的监控主要是依靠物联网技术中的各种传感器来实现的,这些传感器能够对农田中的环境参数以及作物的生长状态进行实时的监测,如土壤肥力的感应器可以检测出土壤的肥力状况等;监测设备则可以对农药的施用量以及施用位置等数据进行有目的的记录和跟踪;数据分析系统则可以对监测到的数据进行整合分析处理,为农民提供合理使用农药的依据,从而提高作物的产量和品质。同时也为农业生产的精准化管理提供了有力的技术支撑。

例如,目前普遍采用的农药使用情况监控系统,通过在农作物种植区域安装土壤湿度传感器和气象站。土壤湿度传感器能够实时监控土壤中的湿度情况,一旦出现土壤湿度报警情况时,及时发出警报以提示农民采取相应的防治措施。气象站对大气中的温度湿度等气象参数进行实时监测分析,能够对病虫害的发生进行预测与分析并采取相应的防治措施来减少农药的使用量,从而有效地提高农药的使用效率,减少对环境的污染。

2、农药喷洒量智能控制

农药喷洒量的智能控制在智慧农业中属于物联网技术应用的关键环节之一,传统的农药喷洒方式是按照固定的剂量进行喷洒的,这样会造成一定程度的农药浪费和环境污染问题;随着智能控制技术的发展,通过对农田的环境参数、病虫害的程度和作物的生长状态进行实时监测,进而对农药喷洒设备的工作状态做出相应调整,从而达到对农药喷洒量进行精确控制的目的。

智能控制技术主要依靠物联网技术中的传感器、智能算法和喷药装置来实现农药喷洒量的智能控制。传感器能对农田中的作物高度、病虫害情况等环境参数和作物生长状态进行实时监测。可根据监测数据和智能算法调整农药喷雾量。喷药设备则负责对农田进行精确管理,按照智能算法的指令进行农药喷药。 该系统通过智能控制技术,可动态调整农药喷洒量,根据实时监测的数据,在降低农药使用量、减少对环境污染的同时,使农药使用更精确、更高效。

四、物联网技术在智慧农业中应用的经济效益分析

1、降低生产成本

降低生产成本是智慧农业中物联网技术应用的重要目标之一。物联网技术中的自动化设备和传感器,实现了农业生产过程的自动化操作,减少人工操作和劳动力成本。例如,自动化喷灌系统可以根据土壤湿度和气象条件自动控制灌溉,减少人工操作成本。

物联网技术对农业生产过程进行智能化管理,利用智能算法和数据分析技术,对资源进行优化配置,在降低能源消耗的同时,提高了农业生产的效率。对农田的土壤养分状况进行监测和优化施肥方案,使农药和化肥的使用量得到降低,从而降低了生产成本。同时采用节能环保的农业生产技术,在减少能源消耗和污染排放的同时,也提高了农业生产的效率。为可持续发展的农业生产提供了有力的技术支撑,是一种既环保又高效的农业生产方式。

2、提高农产品产量和质量

智慧农业的一个核心目标是提高农产品的产量和质量。利用物联网技术对农田环境和作物生长状态进行实时监测和精确调控,对农业生产过程起到优化作用,从而在提高农产品产量和质量上起到了促进作用。以土壤湿度传感器和气象站为基础,以物联网技术为依托,实现对农田的精准灌溉,在根据作物生长需水量和土壤的湿度状况对灌溉设备进行精确控制的基础上,使作物获得充足的水分,进而提高作物的生长速度和产量,从而达到对农产品质量有进一步的提升。在智慧农业中,物联网技术中的土壤养分传感器和智能施肥设备,对农田进行智能化施肥,能够根据土壤的养分状况和作物的需求,对施肥量和施肥时间进行精确控制,在为作物提供所需养分的同时,促进作物的生长,提高产量和质量。

(作者单位:276402山东省沂水县许家湖镇人民政府)

经典小说推荐

杂志订阅

友情链接