智能滴灌机器人解旱地浇灌难题

 

 

不久前,在中国水利教育协会和教育部等主办的2015年第四届全国大学生水利创新设计大赛上,“高效用水”成为参赛作品共同关注的主题,扬州大学水能学院大三学生龚志浩团队凭借“太阳能智能滴灌机器人”作品,获得优胜。据了解,这种机器人可以依靠太阳能工作,使用中会自动监测土壤含水率,并根据旱情自动铺设和回收滴灌带,智能便捷的设计解决了干旱地区灌溉难题。

 

干旱地区滴灌方式存缺陷

 

在干旱缺水地区,滴灌是目前最有效的一种节水灌溉方式。龚志浩介绍,由于可以通过架好的水管直接将水送到作物的根部,流动过程中几乎没有水份的蒸发,灌溉时深层渗漏损失小,所以水的利用率可达95%,大大改善了干旱地区作物的灌溉条件。

“虽然滴灌的好处很多,但现有的滴灌系统在使用过程中还存在不少缺点。” 龚志浩说,滴灌系统可以分为地面固定式、地下固定式和移动式三种。地面固定系统安装、维护方便,便于观察土壤湿润度和滴头流量变化,但毛管和灌水器直接铺在田里,容易损坏和老化,对耕作也造成一定影响。地下固定式系统延长了设备的使用寿命,但不能检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况,发生问题维修也很困难。移动式滴灌系统,特别适用于半干旱地区少遇大旱的抗旱救灾中,但需要随时监测土壤含水率以便铺设和回收滴灌带,人力资源耗费巨大,所花时间极长,难以普及。

龚志浩告诉记者:“研制一种能自动监测土壤含水率,并根据旱情自动铺设和回收滴灌带的智能机器人已成为农业水利工程的急迫任务。”

 

远程遥控进行精准灌溉

 

“太阳能智能滴灌机器人”看上去像一个衣架,两根竖着的管子上,向各个方向伸出几个“触角”。龚志浩告诉记者,别看这个机器人造型简单,却含有多个装置,包括滴灌部分、运载部分、供能部分、气象仪、含水率监测装置、摄像头、避障装置等。

安装在机器人上部的气象仪,可以实时监测田间小气候,包括近地面处的风速、风向、温度、湿度、气压以及降雨量等,同时,根据作物品种,通过事先设置好的程序,机器人可以算出作物的需水量。土壤实时含水量可以通过装在机器人侧面固定电机上的电阻式土壤含水率传感器来检测。将螺杆式传感器插入土中,等待一段时间即可读出含水量。机器人在作物行间运动,只要每隔十米测一个数据,再计算平均值,就能知道土壤有效水含量。“一旦发现检测值小于计算出的需水量,机器人就会紧急出动,自动铺设滴灌带进行滴灌,还会在完成后自动回收滴灌带。”龚志浩说,“有了这个机器人,人们需要做的就是远程控制和监测。”

 

长时间动力驱动靠太阳能

“这个机器使用太阳能作为驱动的主要动力,可以保证该机器人长时间、大范围、远距离地在田间工作,不用人工跟进补充能源,可以获得巨大的经济效益。”龚志浩介绍,正因为机器人长时间工作的特点,不仅可以解决现阶段土壤含水量难以实时监测的问题,也解决了滴灌带布设和回收耗费大量劳动力的问题,保证农民干旱之年不减收。特别适合于半干旱耕地的应急抗旱保苗工作,在北方玉米、高粱等宽行距作物种植区应用前景非常广泛。

 

龚志浩告诉记者,除了绿色环保,这款“太阳能智能滴灌机器人”还有一个特点,就是可以进行精确灌溉。通过对田间小气候的检测,根据作物需水量和土壤实际含水量的对比进行选择性滴灌,避免了无效灌溉,从而节约用水。他希望,进一步完善后,可以将机器人很快投入使用并大规模生产。