基于物联网的精准灌溉系统设计与应用评估

引言

农业灌溉在保障作物生长中占据重要地位，传统灌溉方式依赖经验判断，存在用水过量、调控不及时等问题，导致水资源浪费与作物生长受影响。物联网技术的发展为精准灌溉提供了技术支撑，通过实时采集环境参数、智能分析需水信息、自动执行灌溉操作，实现灌溉过程的精准化与智能化。基于物联网的精准灌溉系统能根据作物实际需求动态调整供水，对提高水资源利用率、促进农业可持续发展具有重要意义，深入研究其设计与应用评估具有现实价值。

一、基于物联网的精准灌溉系统设计要点

1.1 感知层的多参数监测节点部署

感知层作为系统数据采集基础，需科学部署多参数监测节点。根据作物类型与种植规模，合理选择土壤墒情传感器，监测不同深度的土壤含水量，反映根系层水分状况。配置空气温湿度传感器记录环境气候参数，为蒸腾量计算提供依据。针对高附加值作物，可增加作物长势监测设备，通过图像或生理参数反映作物水分需求。节点布设需考虑田间代表性，在地形差异区域增加监测点密度，确保数据采集的全面性[1]。

1.2 传输层的组网方式与数据传输优化

传输层负责数据的可靠传输，需根据农业场景特点选择适配的组网方式。在小规模种植区域，可采用无线传感网络实现近距离数据传输，降低部署成本；大规模连片农田则适合结合移动通讯网络，实现远距离数据实时上传。传输协议需进行轻量化优化，减少数据冗余，提高传输效率。针对田间信号不稳定问题，可部署中继节点增强信号覆盖，避免数据传输中断。采用动态休眠机制降低节点能耗，延长设备续航时间。建立数据校验机制，对传输数据进行完整性检测，确保接收数据与采集数据一致，为系统决策提供准确的基础数据。

1.3 应用层的智能决策与控制模块开发

应用层是系统智能决策核心，需开发功能完善的智能决策与控制模块。构建基于作物生长阶段的需水模型，结合土壤墒情、气象数据计算最佳 直观展示监测数据、灌溉状态与作物生长信息，支持管理人员远程 策结果向灌溉设备发送控制指令，实现阀门自动开关与水量精准调控。设 预接口 根据实际情况调整灌溉方案。建立系统日志记录功能，存储灌溉历史数据与设备运行状态，为后续系统优化与效果评估提供数据支持，提升系统的实用性与可控性。

二、基于物联网的精准灌溉系统应用效能体现

2.1 水资源利用效率提升效果

系统通过精准调控显著提升水资源利用效率，实现按需灌溉。根据土壤墒情与作物需水模型计算灌溉量，避免传统灌溉中的过量供水问题，减少水分深层渗漏与地表径流损失。通过实时监测土壤水分变化，在作物需水关键期及时供水，提高水分利用转化率[2]。优化灌溉时段选择，避开高温强蒸发时段，降低水分蒸发损失。系统记录的灌溉数据可用于分析用水规律，进一步优化灌溉方案，形成节水增效的良性循环。水资源利用效率的提升不仅减少农业用水消耗，还降低灌溉成本，实现经济效益与生态效益的双赢。

2.2 作物生长环境优化与产能提升

系统通过精准调控为作物生长创造适宜的水分环境，优化作物生长条件。避免土壤过干或过湿对作物根系生长的影响，促进根系发达，增强养分吸收能力。根据作物不同生长阶段的水分需求特点动态调整供水，满足作物关键生育期的水分需求，减少因水分胁迫导致的生长不良。稳定的土壤水分环境有利于作物光合作用与养分积累，改善作物生长态势，减少落花落果、畸形果等现象。同时，合理的水分调控可降低田间病害发生风险，减少农药使用量。作物生长环境的优化最终体现为产量提升与品质改善，增加农业生产收益。

2.3 农业生产管理效率改进

系统应用显著改进农业生产管理效率，实现灌溉过程的自动化与智能化。管理人员可通过远程平台实时监控田间状况，无需现场巡查即可掌握灌 减少人工投入。 自动控 制模块根据决策结果自动执行灌溉操作，降低人工操作误差，保证灌溉质量的 提供数据支撑，帮助管理人员分析作物生长规律与灌溉效果，优化生产 通过数据化管理 模式， 实现灌溉计划的精准制定与执行，提高农业生产管理的精细化水平。管理效率的提升减轻了管理人员劳动强度，降低了管理成本，适应现代农业规模化发展需求。

三、基于物联网的精准灌溉系统优化方向探索

3.1 系统硬件的低成本与耐用性优化

硬件优化需平衡成本与性能，开发低成本传感器与控制设备，降低系统整体部署成本，提高技术推广可行性。采用新型材料与工艺提升硬件耐用性，增强传感器抗腐蚀、抗老化能力，适应田间潮湿、多尘的复杂环境。优化设备结构设计，提高安装维护便捷性，降低后期运维成本[3]。开发通用接口设备，增强不同品牌设备的兼容性，方便系统升级与扩展。硬件的低成本化与高耐用性改进可扩大系统应用范围，使更多种植户能够负担并长期使用，提升技术的普及度与实际效用。

3.2 数据驱动的决策模型精准化升级

决策模型升级需依托多源数据融合技术，整合土壤、气象、作物生长等多维度数据，提高模型预测精度。引入机器学习算法，通过分析历史灌溉数据与作物生长表现，优化需水模型参数，增强模型对不同作物、不同环境的适应性。开发动态调整机制，使模型能根据作物生长阶段变化与环境条件波动实时优化决策结果。结合区域农业特点进行模型本地化校准，提高模型在不同地域的适用性。决策模型的精准化升级可增强灌溉决策的科学性，进一步提升水资源利用效率与作物生产效益。

3.3 系统应用的场景适配与推广模式创新

系统应用需针对不同场景进行适配改造，根据作物类型调整监测参数与需水模型，如针对果树、蔬菜、大田作物开发专用系统版本。结合不同种植模式特点优化系统功能，适应温室大棚、露天种植等不同场景的需求。探索多元化推广模式，建立 “技术示范基地” 展示系统应用效果，发挥示范引领作用。推行 “技术服务托管”模式，为小农户提供系统租赁与运维服务，降低应用门槛。加强技术培训与指导，提升用户操作能力，确保系统功能充分发挥，扩大系统应用覆盖面与实际应用效果。

四、结论

基于物联网的精准灌溉系统通过感知层、传输层与应用层的协同设计，实现了灌溉过程的精准化与智能化。其应用显著提升了水资源利用效率，优化了作物生长环境，改进了农业生产管理水平，展现出良好的经济与生态效益。当前系统需在硬件低成本化、模型精准化、场景适配性等方面持续优化，通过技术创新与模式创新降低应用门槛。

参考文献

[1]吕俊,郭俊,艾京,等.温室环境下番茄精准灌溉技术的应用与效益分析[J].河北农业,2025,(05):81-82.

[2]任嘉颖.农业物联网技术在农业机械装备中的应用研究[J].南方农机,2025,56(02):60-62.

[3]李小燕.基于物联网支持的农业自动灌溉系统设计与应用[J].农村科学实验,2024,(16):181-183.