人参种植智能精准灌溉系统的开发*
王瑛彤，刘文亮，胡 浩，马 巍，王新阳，姜彩宇
【摘 要】吉林省是国内乃至世界最大的人参主产区，人参栽培总面积近几年稳定在4000万到5000万平方米左右。人参面积和产量占世界的70%左右，占全国的85%以上，是吉林省极具特色的优势产业。本项目将结合我国东北人参种植农艺和规范化生产的要求，建立人参不同生长阶段的需水模型，同时结合多传感器信息融合技术，开发具有自主知识产权的人参种植智能精准灌溉系统。 【期刊名称】南方农机 【年(卷),期】2015(046)012 【总页数】2
【关键词】人参种植；精准灌溉；规范化生产；多传感器融合
本项目所开发的人参智能精准灌溉系统按照人参的需水要求进行精准、智能灌溉。在人参的不同生长阶段，通过传感器原位实时检测，将数据传输至计算机，经计算机分析后，将灌溉指令发送至水泵及电磁阀，达到灌溉要求后，停止灌溉，实现了“按需灌溉”[1]。高精度的土壤湿度传感器，可以实时监测不同根深的土壤湿度，保证人参在不同生长阶段其根系所处位置的水分供给，同时又避免因为过分灌溉导致空气不足的问题，始终将土壤湿度控制在最佳范围，保证人参的正常生长，不会发生过量灌溉和灌溉不足的情况。在春夏等季节，还可以通过土壤湿度的实时检测起到预警涝灾的作用，帮助参农及时排涝。本系统还结合日照和温度等传感器，根据日照、温度等因素的变化，通过建立数学模型进行修正，改变灌溉量，实现人参种植灌溉的智能控制。
1 人参智能灌溉系统
整个人参智能灌溉系统包括数据采集部分，数据传输部分，数据处理部分和灌溉设备。
1.1 数据采集部分
采用高精度土壤传感器、光照传感器、温度传感器等多传感器。这些传感器具有误差小，抗干扰能力强，能适应人参生长周期长、需要越冬等特点。通过多传感器融合，形成数据采集模块对人参生长条件进行实时监控。 1.2 数据传输部分
分为本地数据传输和远程数据传输。本地数据传输采用信号电缆和数模转换器及开关量发送器（继电器）完成。经传感器采集的模拟信号，经数模转换器转换为数字信号发送至计算机，经计算机处理后，发送的数字信号由开关量发送器转换为开关量，发送至水泵和电磁阀。远程数据传输采用GPRS/3G模块，将分散的数据传输至主机或手持设备，可以在远程实现控制和查看[2-3]。 1.3 数据处理部分
数据处理采用普通计算机进行处理。将传感器采集的数据经过分析后，发送灌溉指令到灌溉设备，灌溉执行过程中，检测到满足灌溉要求后，发送停止指令到灌溉设备，同时记录所有的灌溉操作。在山地、林地等没有电力供应的地点，可以采用单片机+电瓶的方案进行替代。 1.4 灌溉设备
灌溉设备由水泵、电磁阀、滴管带、过滤器等部分组成。其主要功能就是按照计算机的指令进行均匀与定量的灌溉。电磁阀和水泵由计算机控制，在有水源的地方可以采用地下水，在没有水源的参地，可以采用水箱、水车、水袋等进行替代。
该系统主要有以下功能（如图1）：
1）精准控制灌溉量。通过传感器和计算机使得整个灌溉过程都按照人参需水模型进行，根据人参不同的生长阶段，按需灌溉，避免过量或不足，同时记录所有的操作步骤。
2）可以通过物联网技术实现远程监控。通过3G\\GPRS等方式进行远程控制和查看，实现无人化管理。同时针对人参种植在山地、林地等没有供电条件的情况，还可以采用小型柴油发电机等替代等手段。
3）提供生长环境参数。提示当前的日照强度、温度等信息，调整灌溉量。例如在日照或温度升高时，适当增加灌溉，在低温或日照不足时，适当减少灌溉。同时还可以预警春夏季节的参地涝害，指导参农采取相应措施，及时排涝。 该系统主要技术经济指标：
1）人参土壤水分需求模型总体误差<5%； 2）土壤水分检测误差<±3%； 3）灌溉精度>90%； 4）水资源利用率提高15%；
5）相比较传统的灌溉设备，可以提高出苗率5%～7%，保苗率8%～10%，提高生长速度4%～8%，提高产量8%～20%，提高人参皂甙含量5%～10%，总体经济效益提高20%～50%。
2 技术应用和产业化前景
本项目所开发的人参智能精准灌溉系统，可以广泛应用于我国东北的人参种植区[4]。根据使用者条件不同，设计了两套方案：一是适用于人参种植示范区、大规模非林地种植区的方案；二是适用于个体农户的中小种植规模的集成式方
人参种植智能精准灌溉系统的开发
