果園土壤墑情監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)

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一、建設(shè)必要性

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展已經(jīng)具備良好建礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)條件。農(nóng)業(yè)是大數(shù)據(jù)產(chǎn)生和應(yīng)用生要領(lǐng)域之一，是大數(shù)據(jù)發(fā)展的重要組成部分。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)歷史長(zhǎng)、數(shù)量大、類型多，但長(zhǎng)期底數(shù)不清、核心數(shù)據(jù)缺失，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，共享開放不足、開發(fā)利用不夠等問題，無法滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代技術(shù) 的快速發(fā)展，各種類型海量數(shù)據(jù)快速形成，發(fā)展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)具備 良好的基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)條件，為解決農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的困難和問題提供了有效途徑，逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的定位儀、農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的導(dǎo)航燈和噥業(yè)管理的指揮棒。

二、核心價(jià)值體現(xiàn)

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智慧農(nóng)業(yè)是指集物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、AI等多方位技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感器節(jié)點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能分析、智能決策、專家在線指導(dǎo)等的新興科技理論。它可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。

將數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、音視頻）互聯(lián)（物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、4G、WIFI），使應(yīng)用（線下應(yīng)用、線上應(yīng)用）全線打通、讓農(nóng)產(chǎn)品科學(xué)種植管理，同時(shí)把生態(tài)旅游（旅游、科教、農(nóng)場(chǎng)）及專家智慧與知識(shí)體系運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。最終使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更具有“智慧"，讓數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值，讓決策更科學(xué)。

三、建設(shè)目標(biāo)

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“智慧農(nóng)業(yè)"作為“智慧產(chǎn)業(yè)"不可分割的有機(jī)組成，其發(fā)展對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的高效、智慧運(yùn)轉(zhuǎn)，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)生態(tài)、綠色、健康、可持續(xù)的新型城鄉(xiāng)建設(shè)具有十分重要的意義。

本智慧大棚綜合監(jiān)管平臺(tái)目標(biāo)是：

1. 實(shí)現(xiàn)大棚 “數(shù)字化，自動(dòng)化，智能化"，形成“云端管理，自動(dòng)報(bào)警，遠(yuǎn)程查看"的物聯(lián)網(wǎng)高效監(jiān)管模式。

2. 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大棚室外氣象實(shí)時(shí) 雨量、風(fēng)速，光照,電腦，手機(jī)小程序上能查看現(xiàn)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)。

3. 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)智能判斷雨量大小，風(fēng)速大小，自動(dòng)控制卷簾，天窗，塑料雨棚自動(dòng)關(guān)閉。

4. 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)遠(yuǎn)程控制卷簾，天窗，塑料雨棚打開。

5. 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi) 空氣溫濕度，水質(zhì):PH, ODO, 水溫。

6. 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)智能識(shí)別大棚內(nèi)溫度，自動(dòng)控制天窗、風(fēng)機(jī)換風(fēng)，當(dāng)棚內(nèi)溫度合適時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

7. 實(shí)現(xiàn)大屏實(shí)時(shí)展示。

四、建設(shè)框架

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在農(nóng)業(yè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面：

1) 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境管理：光照，大氣、水質(zhì)、氣象等。全面監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)控制。

2) 生產(chǎn)過程管理：設(shè)施種植業(yè)、設(shè)施養(yǎng)殖業(yè)（畜禽和水產(chǎn)等）、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等。提高 整個(gè)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)、智能化決策、科學(xué)化管理和調(diào)控，是農(nóng)業(yè)信息化的緊迫任務(wù)。

3) 農(nóng)業(yè)資源管理：土地資源、水資源、農(nóng)業(yè)生物資源、生產(chǎn)資料等。我國(guó)農(nóng)業(yè)資源緊缺、生態(tài)環(huán)境與生物多樣性退化，要摸清家底基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化配置、合理幵發(fā)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)量，節(jié)能效的可持續(xù)展。

4) 產(chǎn)品與食品安全管理大數(shù)據(jù)：產(chǎn)地環(huán)境、產(chǎn)業(yè)鏈管理、產(chǎn)前產(chǎn)中產(chǎn)后、儲(chǔ)藏加工、市場(chǎng)流通領(lǐng)域 物供應(yīng)涯與溯源系統(tǒng)等。

5) 農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施監(jiān)控：設(shè)備和實(shí)施工況監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、服務(wù)調(diào)度等。農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品安全、農(nóng)業(yè)市場(chǎng)和消費(fèi)的監(jiān)測(cè)預(yù)警等很關(guān)鍵。

6) 各種科研活動(dòng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，如大量遙感數(shù)據(jù)，包括空間與地面數(shù)據(jù)；大量的生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如基因圖譜、大規(guī)模測(cè)序、農(nóng)業(yè)是因組數(shù)據(jù)、大分子與藥物設(shè)計(jì)等。

7) 各個(gè)農(nóng)場(chǎng)每年的農(nóng)資采購(gòu)品種、供應(yīng)商、規(guī)劃、數(shù)量、價(jià)格、使用情況。

8) 農(nóng)場(chǎng)信息包括農(nóng)場(chǎng)規(guī)模，規(guī)劃、農(nóng)機(jī)農(nóng)具信息，從業(yè)人員基本信息，周邊環(huán)境場(chǎng)所信息，安全投入信息等。

9) 農(nóng)作物信息各個(gè)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)作物生長(zhǎng)周期、生長(zhǎng)模型的操作流程、種植規(guī)范、適宜環(huán)境、病蟲害防治，預(yù)計(jì)產(chǎn)量、投入成本的信息化。

10) 專家?guī)炫c專家知識(shí)庫(kù)、專家入駐服務(wù)于農(nóng)戶，以科技指導(dǎo)生產(chǎn)。

11) 農(nóng)場(chǎng)區(qū)域、農(nóng)作物、農(nóng)機(jī)農(nóng)具監(jiān)控信息

智慧農(nóng)業(yè)綜合監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷閉環(huán)，線上商城提供，價(jià)格監(jiān)測(cè)，宣傳產(chǎn)品，吸引客戶，從而產(chǎn)生訂單，產(chǎn)前由平臺(tái)指揮調(diào)度生產(chǎn)，產(chǎn)中通過智慧種植，聯(lián)合系統(tǒng)，形成生長(zhǎng)模型監(jiān)管高產(chǎn)高效，產(chǎn)后產(chǎn)品溯源，提高整個(gè)流程的效率，以及售后服務(wù)，提高消費(fèi)滿意度，從而形成更多的訂單，最終形成一個(gè)產(chǎn)銷閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

五、數(shù)據(jù)建設(shè)

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六、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

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智慧監(jiān)控設(shè)備架構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)理念，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，并結(jié)合了“多端顯示"的思想，監(jiān)測(cè)硬件設(shè)備作為前端，24小時(shí)不停電監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括大棚、機(jī)械，土壤，水質(zhì)，蟲情，水質(zhì)，氣象，水肥，無人機(jī)，溫濕度，視頻等數(shù)據(jù)，并通過wifi,網(wǎng)口，5G/4G /NB-iot/zigBee等數(shù)據(jù)鏈路往云平臺(tái)上傳數(shù)據(jù)；智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)不利于環(huán)境生長(zhǎng)時(shí)，自動(dòng)采取解決措施(也可通過手機(jī)端與電腦端強(qiáng)制采取相應(yīng)的措施)，如光照不足，自動(dòng)打開日熾燈補(bǔ)光照；CO2不足，自動(dòng)充氣；溫度過低，自動(dòng)開啟空調(diào)；當(dāng)大棚溫度過高，自動(dòng)打開卷簾機(jī)；土壤濕度不足，自動(dòng)控制水閥噴水；同時(shí)接入視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)融合，燈光控制，供水控制，控制規(guī)則可定制，參數(shù)可配。

綜合監(jiān)管平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)24小時(shí)全天侯實(shí)時(shí)，接收、保存，下載、圖表顯示、智能分析、智能告警提醒(支持5路，短信，電話，微信)，用戶可以通過微信公眾號(hào)端，小程序，電腦端，大液晶電視屏都可以直觀查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，規(guī)律等。最終形成“云端管理，自動(dòng)報(bào)警，遠(yuǎn)程查看"的物聯(lián)網(wǎng)高效監(jiān)管模式。

七、平臺(tái)建設(shè)

1. 物聯(lián)網(wǎng)感知與智慧控制平臺(tái)

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智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)能夠統(tǒng)計(jì)出作物生長(zhǎng)對(duì)溫、濕、光、土壤的需求規(guī)律，提供精準(zhǔn)的科研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過智能分析與聯(lián)動(dòng)控制功能，能夠及時(shí)精確地滿足植物生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境和養(yǎng)分等各項(xiàng)指標(biāo)的要求，達(dá)到大幅增產(chǎn)的目的；通過光照和溫度的智能分析尋優(yōu)與精確調(diào)控，使植物的生長(zhǎng)*遵循人工調(diào)節(jié)等，達(dá)到優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)之目的。

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)站產(chǎn)品為提搞農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量而生，為更高效，更方便快捷地從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，釋放農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力而生。智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)站產(chǎn)品通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境，自動(dòng)保持與改善農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境，從而滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。 依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感器節(jié)點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能分析、智能決策、專家在線指導(dǎo)等的新興科技理論。它可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。

1) 功能特點(diǎn)

智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)站采用嵌入式技術(shù)，可用于測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣濕、氣壓、全輻射、雨量、蒸發(fā)、土壤溫度、土壤水份、土壤養(yǎng)分等各類氣象數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶需要（測(cè)量的氣象要素）靈活增加或減少相應(yīng)的模塊和傳感器，任意組合，方便、快捷地滿足各類用戶的需求。 該系統(tǒng)自帶顯示、自動(dòng)保存、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)通訊等功能，具有技術(shù)*，測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)容量大，遙測(cè)距離遠(yuǎn)，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、大中專院校、科研機(jī)構(gòu)或組網(wǎng)于機(jī)場(chǎng)、交通運(yùn)輸、軍事、水文、極地考察等諸多領(lǐng)域方面氣象研究，并適合于野外科研試驗(yàn)應(yīng)用。

●通過聯(lián)動(dòng)空調(diào)，水閥，風(fēng)機(jī)，可自動(dòng)保持與改善農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境；

●氣象觀測(cè)支架整體采用碳鋼工藝，具有良好的防腐蝕性，可長(zhǎng)期運(yùn)行于各種惡劣的室外環(huán)境，適應(yīng)各種復(fù)雜天氣；

●系統(tǒng)具有多種供電方式，交直流兩用或配太陽能電池供電；

●用于對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、大氣壓力等氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)?？梢酝ㄟ^專業(yè)配套的數(shù)據(jù)采集通訊線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笥?jì)算機(jī)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于統(tǒng)計(jì)分析和處理；

●由氣象傳感器、氣象數(shù)據(jù)記錄儀、電源系統(tǒng)、野外防護(hù)箱和不銹鋼支架等部分構(gòu)成。風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、大氣壓力等傳感器為氣象專用傳感器，具有高精度高可靠性的特點(diǎn)。氣象數(shù)據(jù)記錄儀具有氣象數(shù)據(jù)采集、氣象數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定、友好的軟件人機(jī)界面和標(biāo)準(zhǔn)通信功能，圖形數(shù)據(jù)顯示，有線通訊方式，在Windows2000 以上系統(tǒng)環(huán)境即可運(yùn)行,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為EXCEL標(biāo)準(zhǔn)格式，可生成氣象數(shù)據(jù)圖表，供其它軟件調(diào)用；

●有線傳輸方式：通過標(biāo)準(zhǔn)USB/RS485通訊接口，與監(jiān)測(cè)中心PC機(jī)有線連接；

●無線傳輸方式：可通過WIFI/網(wǎng)線/GPRS/NB/LTE無線傳輸；

●安裝支架高度為3m，規(guī)范地安裝氣象傳感器；

●可靠的三防設(shè)計(jì)，防護(hù)級(jí)別達(dá)到IP65級(jí)，完善的防雷擊、抗干擾等保護(hù)措施；

●工作溫度為-30℃~80℃，工作濕度0~1百%，抗風(fēng)等級(jí)：≤75m/s；

●可以配套多種戶內(nèi)戶外型顯示屏，顯示屏可選單色、雙色、全彩屏；

●支持接入阿里云iot物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

●云端管理

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設(shè)備通過4G/網(wǎng)絡(luò)寬帶/wif等多種方向接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云端管理

●遠(yuǎn)程查看

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●自動(dòng)預(yù)警

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八、果園土壤墑情監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)部分相關(guān)案例

（一）湛江市坡頭區(qū)國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園對(duì)蝦產(chǎn)業(yè)--氣象站

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（二）廣西貴港市漁米之鄉(xiāng)東津大棚基地

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蔬菜大棚區(qū)監(jiān)測(cè)空氣溫濕度，土壤溫度度

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鮮花區(qū)監(jiān)測(cè)溫濕度+CO2

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鮮花區(qū)照明聯(lián)動(dòng)