智慧園林

智慧園林智能灌溉自動測量每個地塊的土壤需水量并優(yōu)化灌溉系統(tǒng)

自動化灌溉系統(tǒng)是指在監(jiān)視之外無需人工干預或僅需很少人工干預的系統(tǒng)運行。幾乎所有的系統(tǒng)（滴灌，灑水器，地面）都可以借助土壤傳感器，氣象傳感器或計算機或機械設(shè)備實現(xiàn)自動化。它使灌溉過程更有效率，工人可以專注于其他重要的農(nóng)業(yè)任務(wù)。另一方面，這樣的系統(tǒng)可能是昂貴的并且其設(shè)計非常復雜，并且可能需要專家來計劃和實施它。自動化消除了手動操作打開或關(guān)閉閥門的麻煩，改變灌溉和施肥過程的頻率并優(yōu)化這些過程的可能性，采用先進的作物系統(tǒng)和新技術(shù)，特別是復雜且難以手動操作的新作物系統(tǒng)，使用不同來源的水，提高水和肥料的使用效率，該系統(tǒng)可在夜間運行，從而將蒸發(fā)引起的水分損失降至最低，灌溉過程恰好在需要時啟動和停止，從而優(yōu)化了能源需求。

缺點
該系統(tǒng)可能非常昂貴
自助系統(tǒng)與大型系統(tǒng)的兼容性非常低
大多數(shù)自動化灌溉系統(tǒng)都需要電力

灌溉系統(tǒng)的自動化具有若干積極作用。安裝后，在田間或小規(guī)模花園中的配水更加容易，并且不必由操作員進行永久控制。設(shè)計自動灌溉系統(tǒng)有多種解決方案。現(xiàn)代大型系統(tǒng)只允許一個操作員管理大區(qū)域。噴頭，滴灌或地下滴灌系統(tǒng)需要泵和一些高科技組件，如果用于大型地面，還需要熟練的操作員。還存在使用GIS和衛(wèi)星的極高科技解決方案，可自動測量每個農(nóng)作物地塊的需水量并優(yōu)化灌溉系統(tǒng)。但是有時也可以使用簡單的機械設(shè)備來實現(xiàn)灌溉自動化：使用泥鍋或多孔膠囊灌溉網(wǎng)絡(luò)或瓶式灌溉（另請參見手動灌溉）。灌溉系統(tǒng)的自動化是指無需任何人工干預或只有很少人工干預的系統(tǒng)的運行。灌溉自動化是合理的，將一個大的灌溉區(qū)域分成稱為灌溉塊的小部分，然后按順序灌溉這些部分，以匹配水源的可用排放量。有六個高科技自動化系統(tǒng)，如下所述。灌溉時間時鐘控制器或土壤傳感器是自動灌溉系統(tǒng)的組成部分。土壤傳感器是必不可少的工具，可以在正確的時間噴灑必要數(shù)量的水。如果土壤傳感器的編程不正確或水量計算不正確，則土壤傳感器可能會導致灌溉不足或灌溉過量根據(jù)所需的水量（需水量-每天升）和平均水流量（施藥量-每小時升）計算運行時間（灌溉時間–每天小時）。土壤傳感器啟動和停止灌溉過程預設(shè)的水量可以通過使用自動音量控制的計量閥在田間應(yīng)用。在開環(huán)系統(tǒng)中，操作員可以決定要使用的水量和灌溉時間。相應(yīng)地對控制器進行編程，并根據(jù)所需的時間表使用水。開環(huán)控制系統(tǒng)使用灌溉持續(xù)時間或指定的應(yīng)用量進行控制。開環(huán)控制器通常帶有一個時鐘，用于開始灌溉。灌溉的終止可以基于預設(shè)時間，也可以基于流經(jīng)流量計的指定水量。
在閉環(huán)系統(tǒng)中，操作員會制定通用的控制策略。一旦確定了一般策略，控制系統(tǒng)就會接管并就何時加水以及應(yīng)加多少水做出詳細的決定。這種類型的系統(tǒng)需要來自一個或多個土壤傳感器的反饋。根據(jù)土壤傳感器數(shù)據(jù)做出灌溉決定并采取措施。在這種類型的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的反饋和控制是連續(xù)進行的。閉環(huán)控制器需要獲取環(huán)境參數(shù)（例如土壤濕度，溫度，輻射，風速等）以及系統(tǒng)參數(shù)（壓力，流量等）的數(shù)據(jù)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的簡單版本是灌溉控制器。濕度土壤傳感器會中斷灌溉過程。當土壤水分降至某個閾值以下時，傳感設(shè)備將關(guān)閉電路，從而允許控制器為電動閥供電并開始灌溉。實時反饋系統(tǒng)，在該應(yīng)用中，灌溉基于植物本身的實際動態(tài)需求。植物根區(qū)有效地反映了影響植物的所有環(huán)境因素。在受控參數(shù)范圍內(nèi)運行，設(shè)備本身可以確定所需的灌溉程度。各種土壤傳感器，張力計，相對濕度土壤傳感器，降雨土壤傳感器，溫度土壤傳感器等控制灌溉計劃。這些土壤傳感器向控制器提供反饋以控制其操作。

基于計算機的灌溉控制系統(tǒng)，基于計算機的控制系統(tǒng)由硬件和軟件的組合組成，它們充當管理者，旨在管理灌溉和其他相關(guān)措施，例如施肥和維護。通常，用于管理灌溉系統(tǒng)（例如滴灌系統(tǒng)）的基于計算機的控制系統(tǒng)可以分為兩類：交互式系統(tǒng)和全自動系統(tǒng)。控制板顯示土壤傳感器，土壤濕度土壤傳感器控制器，電磁閥接線和流量計數(shù)據(jù)記錄器。除了這些高科技解決方案之外，還有一些無需任何能源供應(yīng)的有效方法。在重力的幫助下機械優(yōu)化系統(tǒng)可以使灌溉過程自動化。示例是此處描述的小型和自制滴灌系統(tǒng)或以下描述的系統(tǒng)。舊系統(tǒng)已經(jīng)過現(xiàn)代化改造，并在缺水地區(qū)重新應(yīng)用。該技術(shù)包括使用陶罐和多孔膠囊（另請參見投手灌溉）），通過增加儲存量和改善土壤中水的分布來改善灌溉方式。這種小流量灌溉技術(shù)基于使用通過塑料管道相互連接的陶罐和多孔囊，將水存儲并分配到土壤中的功在墨西哥和巴西測試過的類似系統(tǒng)，使用的是較小的密閉容器或多孔膠囊，它們完全埋在土壤中。這些容器通過土壤中的吸力和毛細作用，或通過恒定水位的水箱提供的外部壓力來分配水（與先前的系統(tǒng)一樣）。每個膠囊通常具有兩個開口，以允許連接將膠囊互連的塑料（PVC）管道。這些膠囊的容量在7到15升之間，向系統(tǒng)供應(yīng)的儲罐被提升到土壤表面以上1或2 m。膠囊被埋在距離土壤頂層至少10 cm處的相距2米的線中。使用的盆或膠囊的數(shù)量是耕種面積，土壤條件，氣候和盆大小的函數(shù)。

自動喘振流量和重力水箱灌溉系統(tǒng)，這是間歇性重力流灌溉系統(tǒng)。它幾乎僅用于小型農(nóng)業(yè)和家庭園藝。在開發(fā)該技術(shù)之前，使用電子控制閥來產(chǎn)生間歇性的灌溉水流。這些閥門價格昂貴，并且需要一些技術(shù)培訓才能操作。虹吸管用一種更具成本效益，更易于操作和維護且能耗最小的裝置代替了這些閥門。該系統(tǒng)由一個裝有一個或多個虹吸管的儲罐組成。由于虹吸作用，水箱中的水流到田間。一旦水箱排空，流量就會停止。對于下一個灌溉過程，必須將水箱注滿以再次開始虹吸效果。恒定水位的水池用于維持穩(wěn)定的靜水壓力。陶罐的頂部是敞開的，通常是用當?shù)孬@得的陶土或與沙子混合的陶土制成的，然后在家用爐中燒制。這些盆通常呈圓錐形，容量為10至12升，部分埋在土壤中，只有頂部露出。通過塑料（PVC）管道進行分配，以確保相當均勻的滲透性和孔隙率。在儲油罐中保持恒定的液位可調(diào)節(jié)靜水壓力。
產(chǎn)生類似結(jié)果的另一個系統(tǒng)是使用帶有底部排放口的儲罐。它配備了一個漂浮物，可以周期性地打開和關(guān)閉儲罐底部的閘門。實際上，浮子的操作類似于馬桶沖洗系統(tǒng)的儲水箱中的機構(gòu)。通常用于建造儲水箱的材料是礫石和水泥，鋼筋混凝土或塑料。虹吸管通常由柔性塑料制成。成本在很大程度上取決于所應(yīng)用的系統(tǒng)。它從非常便宜的（例如土壤傳感器）到非常昂貴的系統(tǒng)，其中包括對土壤質(zhì)量和技術(shù)材料的研究。自動灌溉系統(tǒng)需要熟練的工人進行操作并經(jīng)常維護。必須不惜一切代價避免土壤傳感器和閥門的故障，并且還必須考慮進行常見的維修工作（例如，瀝濾，堵塞）。幾乎每個灌溉系統(tǒng)都可以自動化。它在世界每個地區(qū)都有意義，因為它可以節(jié)省時間和水。此外，高科技設(shè)計可實現(xiàn)非常高效的灌溉，即更精確地計量水量。一旦系統(tǒng)得到優(yōu)化，勞動者就不必擔心灌溉過程，而可以專注于更重要的任務(wù)。

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