智慧农业解决方案—农业大田种植环境物联网系统

智慧农业解决方案—农业大田种植环境物联网系统

概述

智能农田种植环境监测物联网系统，针对农业大田种植分布广、监测点多、布线和供电困难等特点，以数字农田和农田远程管理为切入点，采用物联网技术、利用网络构建统一便捷的信息交互平台。

（1）系统设计原理

此系统采用传感器测量影响植物生长的光照强度、温湿度、土壤墒情、二氧化碳浓等环境参数，通过物联网将所测量参数传送到管理中心，实现对农作物生长环境实时监测；管理中心对测量数据进行综合分析，按照规则给出控制决策，通过物联网将控制指令下发，由现场控制器实现对各类设施的智能控制，保障农作物的生长环境，降低成本，促进增产增收。管理中心软件可根据农作物种类设置生长环境参数范围和控制决策规则，并对所有测量数据进行存储，可依据条件对历史数据进行管理和查询。

（2）系统组成结构

智能农田种植环境监测物联网系统，主要由下位机采集系统、上位机软件应用平台及辅助扩展部分组成。下位机信息采集系统中包含土壤墒情监测系统、水肥一体化系统、田间气

候观测站、视频图像采集终端等，上位机软件部分又包含电脑显示控制、手机显示控制、LCD 显示屏等，辅助扩展部分根据客户需要，可加入农田病虫害防治、农业专家在线指导、农产品质量追溯、线上交易云平台等一系列农业物联网所包含的系统设备。

农田数据信息采集系统

农业大田的各参数传感器，对农田整体环境进行多点实时动态采集，显示装置实时显示农田的温湿度、光照度等数值，能够更加一目了然地展示整个大田的数据全貌。

传感器是系统整个检测环节的重要组成部分，用于将农田环境因子等非电学物理量转变为控制系统可识别的电信号，为系统管理控制提供判断和处理的依据。传感器的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、漂移、精度等。常用传感器主要有温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2(二氧化碳)传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器以及营养液的盐分(EC)和酸度(PH)传感器等。

（1）农田“四情”监测

农田“四情”是指利用物联网技术，动态监测田间作物的墒情、苗情、病虫情及灾情的监测预警系统。用户可以通过电脑和手机随时随地登陆自己专属的网络客户端，可以访问田间的实时数据并进行系统管理，对每个监测点的环境、气象、病虫状况、作物生长情况等进行实时监测。结合系统预警模型，对作物实时远程监测与诊断，并获得智能化、自动化的解决方案，实现作物生长动态监测和人工远程精准管理，保证农作物在最适宜的环境条件下

生长，提高农业生产力，增加农民收入。

（2）温湿度监测

通过温湿度传感器监测农田环境空气温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。

（3）光照度监测

通过光感和光敏传感器监测记录农田光线的强度，通过无线传输技术将相关数据传送到

用户监控终端。

（4）CO2、O2浓度监测

在农田部署二氧化碳浓度传感器，实时监测二氧化碳的含量，当浓度超过系统设定

阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。

（5）田间小气候观测

农田小气候观测站可对常规气象因

子（大气温度，环境湿度，平均风速风向，

瞬时风速风向，降水量，光照时数，太阳

直接辐射，露点温度，土壤温度，土壤热

通量，土壤水分，叶面湿度）进行直接测

量，还可以测量水面蒸发，太阳光合有效

辐射等多种要素。

使用雨量、风速、风向、气压传感器

可收集大量气象信息，当这些信息超出正

常值范围，用户可及时采取防范措施，减

轻自然灾害带来的损失，更好地指导农业

生产。

（6）灌溉及设备联动控制

水灌溉与农药喷洒采用一套管线系统，根据植物生长模式，可通过自动、手动方式进行操作。

（7）报警控制

用户可设定某些参数指标的上限和下限，高于或低于某个温度范围都会产生报警信息，并在上位机中控平台和现场控制节点显示出来。报警系统可将田间信息通过手机短息和弹出到主机界面两种方式告知用户。用户可通过视频监控查看田间情况，然后采取合理方式应对田间具体发生状况。

（8）自定义控制模式

可以根据农业大田种植监测需要，定制一些相应的监测项目及控制内容，该项目可以对模拟信号、数字信号、开关信号、频率信号等监测和控制。

视频图像采集监控

农业物联网的基本概念是实现农业上作物与

环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络，通过

多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环

境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员

而言，仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物

最佳生长条件。

视频与图像监控为物与物之间的关联提供了

更直观的表达方式。比如：哪块地缺水了，在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端，而很难从单纯的技术手段上进行突破。

视频监控的引用，直观地反映了农作物生产的实时状态，引入视频图像与图像处理，既可直观反映一些作物的生长长势，也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。

基于网络技术和视频信号传输技术，对农田作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet上，只要能够上网就可以根据用

户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。

农田环境物联网视频监控系统的组成核心主要包含以下几个方面。

（1）视频采集系统

视频采集系统主要由各观测点的摄像机组成，完成对作业现场每个采集点的视频图像信号采集。按照摄像机是否能移动等要求配置云台装置，主要可实现较广泛区域的监视。通过平台设置联动报警功能，当设备感应到人员作业时，自动启动视频录制，并开放给用户，以便远程随时查看。

（2）通信传输系统

在本系统中信号传输系统主要包括电源信号的传输、视频信号的传输和控制信号的传输线路三部分组成。

（3）视频远程访问

将视频监控系统进行整合，使管理人员可以对生产区域进行生产实时监控，消费者也可以通过远程访问视频系统，为管理人员和农户提供查看和监管农田作物生长环境的平台，可以进行基地基础信息查询、生长区环境视频监控。

（4）视频处理系统

视频处理系统主要完成对视频信号的数字化处理、图像信号的显示、图像信号的存储、及图像信号的远程传输。本系统中采用高容量硬盘录像及远程传输系统实现对所有采集点的显示、录像和回放以及远程浏览。

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