物联网技术在智慧园林灌溉系统中的精准控制与节水效益研究

一、引言

园林作为城市生态环境的重要组成部分，对于改善城市空气质量、美化人居环境具有重要意义。然而，传统的园林灌溉方式大多采用人工灌溉或定时定量灌溉，存在灌溉缺乏针对性、水资源浪费严重、灌溉效率低下等问题。随着城市化进程的加快和水资源短缺问题日益突出，如何实现园林灌溉的精准化、智能化，提高水资源利用效率，成为园林建设与管理面临的重要课题。物联网技术作为新一代信息技术，通过将传感器、通信网络、云计算等技术相结合，能够实现对园林灌溉系统的实时监测、精准控制和智能管理，为解决园林灌溉问题提供了新的途径。因此，研究物联网技术在智慧园林灌溉系统中的精准控制与节水效益，具有重要的现实意义。

二、物联网技术在智慧园林灌溉系统中的应用原理

2.1 数据采集层

物联网技术在智慧园林灌溉系统中的应用，首先通过数据采集层实现对园林环境信息的实时感知。该层主要由各类传感器组成，包括土壤湿度传感器、气象传感器（如温度、湿度、光照、风速、降雨量传感器等）、植物生理传感器等。土壤湿度传感器用于监测土壤含水量，判断土壤的干旱程度；气象传感器可以实时获取天气状况信息，如温度、湿度等参数的变化会影响植物的蒸腾作用和需水量，光照强度和降雨量则直接关系到土壤水分的补充和蒸发；植物生理传感器能够监测植物的生理指标，如叶片水势等，更精准地反映植物的需水状态 。这些传感器将采集到的环境信息转化为电信号或数字信号，为后续的精准控制提供数据基础。

2.2 网络传输层

网络传输层负责将数据采集层获取的数据传输到数据处理中心。常见的传输方式包括无线传感器网络（WSN）、4G/5G 移动通信网络、Wi-Fi 等。无线传感器网络具有自组织、低功耗、低成本等特点，适用于传感器节点分布密集的园林区域，能够实现传感器之间的数据传输和汇聚；4G/5G 移动通信网络和 Wi-Fi 则可以将汇聚的数据快速、稳定地传输到远程的数据处理中心，方便管理人员随时随地对灌溉系统进行监控和管理。通过网络传输层，实现了园林灌溉数据的实时、高效传输，打破了时间和空间的限制。

2.3 数据处理与决策层

数据处理与决策层是智慧园林灌溉系统的核心部分。在该层，利用云计算、大数据分析等技术对采集到的大量数据进行处理和分析。首先，对数据进行清洗、过滤和整合，去除噪声数据，提高数据质量；然后，建立数学模型和算法，分析土壤湿度、气象条件、植物生长阶段等因素与植物需水量之间的关系，预测植物的需水趋势。根据分析和预测结果，结合预先设定的灌溉策略和阈值，自动生成合理的灌溉决策，如确定灌溉时间、灌溉水量和灌溉方式等，实现对园林灌溉系统的精准控制 。

2.4 执行控制层

执行控制层根据数据处理与决策层生成的灌溉决策，控制灌溉设备的运行。主要包括电磁阀、水泵、喷头等灌溉设备。当系统发出灌溉指令时，电磁阀自动开启，水泵启动，将水输送到相应的喷头，按照设定的水量和喷洒模式进行灌溉；当达到设定的灌溉时间或土壤湿度达到适宜水平时，系统自动关闭灌溉设备，停止灌溉。通过执行控制层，实现了灌溉过程的自动化和精准化操作。

三、物联网技术实现智慧园林灌溉系统精准控制的关键技术

3.1 传感器技术

高精度、高可靠性的传感器是实现精准控制的基础。土壤湿度传感器的准确性直接影响对土壤水分状况的判断，新型的电容式、频域反射式土壤湿度传感器能够更精确地测量土壤含水量，并且具有响应速度快、受土壤盐分影响小等优点。气象传感器的多样化和集成化发展，使得能够实时获取全面的气象信息，为灌溉决策提供更丰富的依据。此外，植物生理传感器的应用，如基于红外技术的叶片温度传感器、基于微电极技术的叶片水势传感器等，能够从植物本身的生理状态出发，更准确地判断植物的需水情况，进一步提高灌溉的精准度 。

3.2 无线通信技术

无线通信技术的发展为园林灌溉数据的传输提供了便利。低功耗广域网（LPWAN）技术，如 NB-IoT、LoRa 等，具有功耗低、覆盖范围广、连接容量大等特点，适用于园林中大量传感器节点的数据传输，能够保证传感器节点长时间稳定工作，减少维护成本。5G 通信技术的高速度、低延迟特性，则可以实现灌溉设备的远程实时控制和高清视频监控，便于管理人员及时了解园林灌溉现场情况，进行精准操作和故障排除 。

3.3 智能控制算法

智能控制算法是实现精准灌溉决策的核心。常用的算法包括模糊控制算法、神经网络算法等。模糊控制算法能够根据土壤湿度、气象条件等多个因素的模糊逻辑关系，制定合理的灌溉策略，不需要建立精确的数学模型，具有较强的适应性和鲁棒性；神经网络算法通过对大量历史数据的学习和训练，能够建立复杂的非线性关系模型，准确预测植物的需水量，为灌溉决策提供科学依据 。此外，将多种算法相结合，形成混合智能控制算法，能够进一步提高灌溉决策的准确性和可靠性。

四、物联网技术在智慧园林灌溉系统中的节水效益分析

4.1 减少无效灌溉用水量

通过物联网技术的精准控制，智慧园林灌溉系统能够根据植物的实际需水情况进行灌溉，避免了传统灌溉方式中因过度灌溉或不合理灌溉导致的水资源浪费。例如，在降雨后土壤湿度较高时，系统会自动暂停灌溉，直到土壤湿度下降到适宜水平；在不同天气条件下，系统会根据气象数据调整灌溉水量和时间，使灌溉量与植物需水量相匹配。据实际应用案例统计，采用物联网技术的智慧园林灌溉系统相比传统灌溉方式，可减少无效灌溉用水量 30%-50% 。

4.2 提高水资源利用率

物联网技术可以实现对灌溉水资源的合理分配和高效利用。系统通过对土壤湿度、植物生长状况等数据的实时监测和分析，能够将水资源精准地输送到需要灌溉的区域和植物根部，减少水分在传输过程中的蒸发、渗漏等损失。同时，结合雨水收集、中水回用等技术，将收集到的雨水和经过处理的中水用于园林灌溉，进一步提高了水资源的综合利用率。一些采用智慧园林灌溉系统的园区，水资源利用率可提高至 70%-80% 。

4.3 降低灌溉成本

节水效益的实现直接带来了灌溉成本的降低。一方面，减少水资源的使用量意味着水费支出的减少；另一方面，物联网技术实现了灌溉系统的自动化运行和远程监控，降低了人工管理成本。此外，精准灌溉有助于植物健康生长，减少了因灌溉不当导致的植物死亡和补种费用，从多个方面降低了园林灌溉的总成本 。

五、结论

物联网技术在智慧园林灌溉系统中的应用，通过实现精准控制，有效解决了传统园林灌溉存在的问题，带来了显著的节水效益。未来，随着物联网技术的不断发展和完善，其在智慧园林灌溉系统中的应用将更加广泛和深入，为推动园林灌溉向智能化、节水化方向发展，促进水资源的可持续利用发挥更大的作用。

参考文献

[1]李蕊,宋学毅,吴云梅,等.基于物联网的智慧园林灌溉及监测系统研究[J].农业技术与装备,2025,(05):1-3.

[2]王春梅,刘杰.草坪微喷技术在现代园林灌溉中的应用与效果分析[J].新农民,2024,(29):97-99.

[3]王天琦.基于 LoRa 自组网的智慧园林喷灌系统的设计[D].河北科技大学,2023.DOI:10.27107/d.cnki.ghbku.2023.000724.