基于物联网技术的精细农业解决方案.doc

基于物联网技术的精细农业解决方案 一、现代农业发展的趋势 国际农业的发展经历了原始农业、传统农业和现代农业三个主要发展阶段。本世纪以来，农业的发展在取得成就的同时，带来了严重的环境问题。对此，人们提出了一系列的替代农业对策，如回归型农业、生态农业、有机农业、综合农业等发展模式。自90年代以来，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、变量处理设备（VRT）和决策支持系统（DSS）等技术的发展，精细农业作为基于信息高科技的集约化农业问世了，并成为农业可持续发展的热门领域。精细农业的核心是指实时地获取地块中每个小区土壤、农作物的信息，诊断作物的长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，准确地在每一个小区上进行灌溉、施肥、喷药，以达到最大限度地提高水、肥和杀虫剂的利用效率，增加产量，减少环境的污染的目的。 近几年来，美国、欧洲一些技术先进的农场在精细农业方面已经进入中等规模的实施阶段。国外精细农业的实践表明：精细农业不仅具有重要的经济效益，而且其获取的详细耕作信息有助于解决许多未知问题。精细农业的根本效益体现在降低作物的生产成本和过量施用农化产品的污染风险。“精细农业”研究的革命性的意义是提出了一种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践，发展前景已在国际上具有广泛的共识。 体型小巧，安装方便、壳体结构设计合理，使用寿命长密封性好，测量精度高，稳定性好，传输距离长，抗外界干扰能力强，结构设计合理，外观质量佳，可广泛用环境、温室、现代农业等的光线强度测量。 图9 光照传感器 2、数据采集单元 (1)无线温湿度采集器 图10 无线传感器节点 ? 采集温室的温度湿度清况，并无线传输到管理系统， ? 本采集器集数据采集传输一体，电池供电时间长， ? 安装简便，成本低。 ? 适合于只需要采集温度湿度的温室应用。 (2)多通道无线数据采集器 应用在多种数字信号、模拟信号的采集，可应用于不方便布线的场合。 1、功能特点： ? 实现4-20mA信号，0-5V信号，数字信号的采集 ? 太阳能供电、220V电源供电、电池供电可选， ? ZigBee协议、美国TI专有协议 ? 可视传输距离100m ? 对等网络，点对点，点对多点，Mesh网路 ? 安全的数据，128位加密技术，授权与验证，跳频技术 ? 防水，防晒，防雷击设计 ? 可以定制 图11 无线数据采集器 3、互联互通部分 (1) ZigBee调制解调器 性能指标 ? ZigBee转RS232、RS485、以太网 ? 工作频率为ISM 2.4 GHz ? 传输距离室外1600m，室内100m ? RF数据传输率：250000bps ? 工业级温度范围(-40 - 85C) 图12 ZigBee无线装置 (2) ZigBee智能网关 应用范围：在现代农业、生态环境等领域数据的跨区域的传输，且不方便布线的场合。 1、主要功能 ? 实现ZigBee个域网与WIFI网络的信息互通和多网融合 ? RS232接口，以太网接口，串口可选 ? 自带SD存储卡，可数据本地存储 ? 彩屏液晶(可选)，数据本地显示 图13 无线网关 4、无线信号检测仪 检测无线信号的强度与通讯成功率测试，便于无线监测与控制系统的安装与实施 图14 无线信号检测仪 5、智能管理与决策系统软件 （1）农业环境监控子系统 通过计算机对农业环境的温度、湿度、光照、气体、土壤温湿度进行实时监测、图像视频监控、曲线显示、数据保存、数据处理等管理功能，同时根据监测的信息对环境进行控制，使植物生长在合适的环境中。 系统具有多种界面显示、数据存储、数据打印、数据查询与统计、超限报警、用户管理等功能。系统支持数据库持久化存储及Excel格式数据导出。采用MySQL开源数据库存储，支持报表打印、历史曲线打印及在Excel里打印。通过输入查询时间，即可查询所需被测点对应时间内的数据记录和曲线记录。可统计某个时段内的温湿度平均值。当监测数值达到报警条件时，以改变相应数据颜色方式发出警报；根据不同的用户设置管理员、监测员等权限，具有实时数显、实时曲线、数据报表等多种数据显示方式，画面具体生动。 图15 部署架构图 图16 系统界面示例 图17 气体温湿度监控界面 图18 温湿度实时显示与报警 图19 曲线自动设定与调整 图20 数据存储、查询与打印功能 图21 用户管理功能 （2）作物生产专家系统 与中国农业科学院合作开发的作物生产专家系统可以根据监测的信息对作物的病虫害清况、生长周期、结果状况进行预测，对作物的生产进行诊断，从而能够控制作物生长最合适的环境，提高作物产量2-3倍，提高作物的品质。 图21 农作物生产专家系统 六、方案实施效益分析 对于农业种植户而言，传感器网在农业中的应用摆脱了传统农业生产依赖天气，凭经验生产的方式，将使现代农业走上工厂化生产，精细化生产的道路，使农业产业工人足不出户即可接受农业专家的指导，农业产量与质量大大提高。 对于运营商而言，物联网在农业生产的应用，有利于拓展无线城市的应用方向，有效地利用无线网络，一旦网络在农业中得到普及，运营商可以获得源源不断的收益。 对于当地政府而言，农产品产量与品质的提高，有利于塑造地方农业品牌，服务三农，惠及广大农民。同时为物联网在现代农业中的应用抢得先机，尽快提升产业升级。 七、应用案例 图22 在农科院示范应用 图23 温室环境数据采集 图24温室环境监控 图25 系统应用中的太阳能供电系统 通过现代传感技术及软件信息技术对有机农作物从来源、生产、检测体系及快递物流等环节进行全过程可视数字化管理，并为消费者提供全过程可视追溯查询平台。该示范项目将利用温度、湿度、光照、化学等多种传感器对农产品（蔬菜）的生长过程进行全程监控和数据化管理，通过传感器节点实时感知生产过程中是否添加有机化学合成的肥料、农药