智慧农业

1、总体架构

以农业生产指挥中心为核心，通过各种定制开发的智能终端设备监控大棚生产过程中的各类指标，对机电设备的控制，实现大棚信息检测和标准化生产监控，帮助用户精确了解农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况、土壤空气变更等情况。

融合互联网、移动互联网、云计算和物联网技术，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等)和通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能分析、智能决策，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。

2、项目概况

此次实施智能监控管理大棚为国产高档薄膜联栋温室，内共有7个大棚 。要求精细化管理，重点区域视频、大棚内部空气温湿度监控、光照度。数据采集点布置在具有代表性的位置，在大棚选择具有代表性的点位进行数据采集，以实现对整个大棚数据的收集和预测；要做到能将大棚情况及现场  数据可视化于操作，便于管理和科学化种植。

3、大棚温湿度光照采集与自动化控制设计

智能农业信息服务平台主要通过大棚环境温度传感器、大棚环境湿度传感器、数据采集器相连接，通过综合运用传感技术、无线远程通信技术、互联网技术、农机农艺等技术，建成可满足区域性服务的设施农业物联网控制系统，以实现精确感知、精准操作、精细管理，促进产量增加、投入品减少、劳动力消耗减少、 成本降低、质量提高，取得良好的经济效益、社会效益和生态效益的目的。通过网络的云平台数据发布到网页，再将数据通过手机或手持终端发送给农业人员、农业专家；为智能农业人员提供远程管理的方式和手段，给农业专家提供了远程指导、方案决策的数据依据。

4、温室大棚智能管理系统

从温室环境领域来讲，由于各种温室在地域上分散分布，要总览现场环境信息和作物生长状况，或要实现对分散在各地的温室进行状态监控，没有一个远程环境监控系统是很困难的，使用基于总线的数据采集技术和基于光纤网络以及的远程数据传输技术实现远程温室环境监控，即在远离温室现场的异地，通过网络进行温、湿度等环境数据的采集读取；也可以变更数据采集设备的一些工作参数，极大地提高了工作效率、方便了用户。

4.1、温室大棚智能管理系统的功能及特点：

（1）、根据目前正在施工和目前已经存在的温室 ， 实现单个温室作物生长情况的相关数据在线检测，如每个温室的空气温度、土壤温度、光 照强度等，实现远程对这些参数的监测。

（2）、单个温室具备协调作物生长的自动化设备的 集中控制 ：

1）、滴灌功能

2）、卷帘控制

3）、通风口开关控制

（3）、采用现代化的通讯设备将温室组成网络系统 ，并且进行集中控制，从而节省运行成本，提高生产力。温室大棚智能管理系统的任务目标：

通过目前的光纤网络以及、无线网络建造一个现代化温室大棚环境监控系统。

1）、棚内控制系统中涉及的在线采集分析仪表。本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照等参数。

2）、通过软件开发 ，设置参数来实现棚内自动化设备的远程控制，如通风、卷帘升降、滴灌控制等。

3）、温室大棚智能管理系统的组网设计。采用光纤和光电转换技术将分布多点的温室组成可靠的光纤通讯网络，实现远程设备的操作和相关数据的报警提示等。

4）、 实现温室大棚的集中控制。输出帮助种植者做全面细致的数据分析，将数据通过网络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示 区域，实现远程的数据采集。

5）、所有的数据集中到电信云平台系统 ，可以通过手机端，电 脑查看控制可控制灌溉、风机、卷膜、天窗、遮阳等各类设备，同时支持手动和 自动模式。

主要由温室控制器、控制柜以及相应的现场控制设备组成，温室控制器根据采集到的数据，进行处理分析，对控制柜及连接的现场控制设备进行自动智能化控制 ，包括遮阳系统、滴水、风机降温系统、补光系统、开窗系统、灌溉系统等等 ，该系统可根据用户的实际情况 ，选择部署具体的控制设备，也可根据栽培作物品种、生长周期的不同，灵活设定温室环境自动控制目标，确保农作物在最理想的环境 下生长 ，增加农作物产量。

5、智能农业现场数据采集

5.1、系统设备组成

基于铁皮石斛和蝴蝶兰的种植要求，实验大棚需要检测大棚“空气温湿度”、“光照度”和，自动卷帘通风控制，重点区域需安装摄像头用以随时观测作物生长状况。依设备可监测范围 ，以及现场勘测情况。

传感器部署如下图：

网络框架：

5.2、数据采集

智能农业现场主要以大棚生产为主，地理环境复杂、区域分布广是智能农业共同的特点，为此我们采用无线分布式数据采集，如上图所示 ，将每个大棚中现场环境数据通过数据采集器采集，经无线传输至采控器，再通过网络的无线传输到远程智能监控系统。

依托无线网络主要为远程传输、无线发布提供高效率的传输网络平台。

（1）信息发布

信息发布主要通过无线网络将采集的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等通过手机手持终端及时、快速地传送到智能农业人员、农业专家手中，以便及时掌握农作物的生产环境 ，避免因为自然环境的变化给农作物带来不利的生长环境，也不会因为智能农业人员不在现场而得不到及时信息，也为农业专家的远程指导提供良好的数据保证。

（2）采集原理

根据智能农业大棚区域分布较广及采集现场相对比较复杂、综合布线难度大等特点，在数据采集方式上不同于传统的工业自动化总线方式考虑网络的覆盖区域广、信号相对稳定， 我们选用小区域内无线技术和远程无线网络技术相结合方式，实现分片采集、广域传输，我们以－个大棚为例，如下图：

根据上图所示，在进行数据采集时，将空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器安置于智能农业现场，并连接到无线数据采集器，考虑大棚内区域较大，我们采用多点测量，通过无线将采集器和采控器进行连接，将智能仪表通讯协议嵌入到数据采集与传输设备中，数据采集与传输设备会自动周期性读取每台智能仪表采集的温度、湿度和实时现场图像，再通过网络将数据通过移动互联的方式发送现场管理人员、农业专家等，减少了大量的现场综合布线，即节约了大量的人力、物力和财力，也提高系统的可维护性。

（3）数据架构

智能农业远程智能监控系统从数据架构上采用先进的三层架构模式，即数据采集层、数据集中层和数据应用层，如下图：

（3）数据采集层

数据采集层主要对智能农业现场农作物生长大棚里空气温度、湿度和土壤的温度、湿度的数据采集和实时现场图像，采集方式为周期性自动采集，采集周期可根据用户要求设定。

（4）数据集中层

主要对采集的数据进行周期性的存储，为数据应用提供数据， 也为农业专家的远程指导提供数据依据。

（5）数据应用层

考虑农业现场环境比较偏远，信息化设施可能不到位，由于手机的普及化程度较高，网络的覆盖面积广，数据应用层主要通过手机短信和现场视频方式将数据及时传送给现场智能农业人员及农业专家。

5.3、设计原则

（1）先进性

采用先进的系统架构体系和基于 5G 的网络通讯技术设备 ，做到配置和技术应用的先进。

（2）经济、实用性

智能农业远程智能监控系统以实用性为原则，充分利用现代化信息技术、移动通讯技术，在系统整体设计、硬件软件选型时结合企业现有系统实际情况，确定了合理、高性价比的建设方案。

（3）开放、可扩展性

软件、硬件平台均采用模块化设计与开发，具有良好的可扩充、 扩展能力，能够非常方便地进行系统升级和更新，以适应今后业务的不断发展，并提供与其它系统的数据接口。

（4）易于管理维护

由于主干网和数据通讯多采用无线通讯技术和中国电信的 5G通讯技术，减少了复杂的人工布线，以便于管理和维护。

6、系统功能

智能农业监控管理系统通过对农作物生长现场的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等数据采集，让智能农业人员、农业专家等实时掌握农作物的现场生长环境，并结合农作物不同生长周期（如：育苗期、开花期、结果期）、不同的季节对温度、湿度、光照的要求，进行人为干预、专家指导，以保证农作物有一个合适的生长环境；作物种植业根据主要关注土壤水份、大棚温湿度及光照的数据采集，实时了解大棚的土壤湿度和大棚内空气温湿度，对于大棚内超过作物种植要求的土壤水份、大棚内温湿度， 通过手机短信及时通知管理人员，通过人工干预及时处理，保证作物有个良好的生长环境。

功能架构

6.1、功能特点

智能农业远程智能监控系统从功能 特点上分为 5 个模块 ，主要包括数据采集、数据查询、数据分析、报警等，如下图：

6.2、数据采集

数据采集是智能农业远程监控系统的基本功能，数据采集通过数据采集与传输设备和温度传感器、湿度传感器通过无线连 接，通过通讯协议轮训式间答，实时采集每台采集器的数据，包括：大棚的温度、湿度和土壤、湿度及大棚光照度，再通过 5G 无线网络 ，以手机短信方式将数据传送到农业管理人员、农业专家。

6.3、数据查询

数据查询用于查询历史一段时间内数据变化情况，可查询历史任意时间及时间段查询每个大棚的历史数据，并通过图表的方式直观地展现给农业管理人员、农业专家等。

6.4、数据分析与诊断

智能大棚远程监控系统提供高级的数据分析，可同时对某一数据或多个数据进行历史数据分析，分析方式可通过曲线、图标、棒图I饼图等 ，通过历史一段时间内的数据变化趋势及异常数据出现的频率高低 ，可对历史时间内的温度变化、湿度变化进行分析 ，诊断出农作物不同生长周期、不同的季节生产的最佳温度、湿度等 ，给农业专家的远程指导、现场管理人员的协调指挥提供数据依据。

6.5、数据报警

数据报警是智能农业远程监控系统的重要功能，数据报警包括越上限报警、越下限报警、越上限报警和越下限报警，需要预先将每个数据的上限值、下限值、上限值和下限值进行设定，阀值可根据农作物种类、不同的生长周期、不同的季节进行修改，当某个数据超过上限或上上限、低于下限或下下限是，系 统立即 发出报警信息 ，报警信息包括报警时间、报警值、限值，并通过手机短信及时发送给农业管理人员、农业专家等，以便管理人员及时进行人工调节，避免因天气变化、换季、自然灾害等原因造成温度、湿度变化给农作物带来不利的生长条件。

6.6、功能

（1）、定时采集设备控制系统数据

根据与设备控制系统协议，定时读取设备控制系统数据

（2）、根据命令采集设备控制系统数据

通过智能通道平台的命令，临时读取设备控制系统数据

（3）、向设备控制系统发送控制命令

通过智能通道平台，向设备控制系统发送控制命令

（4）、远程更新设备控制系统软件

通过智能通道平台，向设备控制系统发送软件，远程更新（根据与设备控制系统自定义协议）

7、水肥一体化系统

7.1、水肥一体化概述

系统所包含的智能水肥一体化设备，采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站，远程在线采集土壤墒悄、酸破度、养分、气象信息等，实现墒悄（旱情）自动预报、灌溉用水智能决策、远程、自动控制灌溉设备等功能，最终达到精耕细作、准确施肥、合理灌溉的目的。

可根据不同地域的土壤类型、灌溉水源、灌溉方式、种植物等划分不同类型区，在不同类型区内选择代表性的地块，建设具有土壤含水盐，地下水位，降雨量等信息自动采集、传输功能的监测点。通过灌溉预报软件结合信息实时监测系统，获得农作物最佳灌溉时间、灌溉水溢及需采取的节水措施为主要内容的灌溉预报结果，定期向群众发布，科学指导农民实 时灌溉。

7.2、实现的功能

智能水肥一体化系统的核心是灌溉枢纽的供水、配肥和水肥过滤过程的综合调控。主要由阀门、水表、水泵、自动反冲洗过滤系统、智能化施肥机、pH/EC控制器、 施肥罐、 安全阀、电磁阀、 田间管道系统等组成， 可以帮助生产者很方便的实现施肥自动化。

用户通过操作触摸屏进行管控，控制器会按照用户设定的配方、灌溉过程参数自动控制灌溉、 吸肥藏、肥液浓度、 酸碱度等水肥过程中的重要参数，实现对灌溉、施肥的定时、定时控制，节水节肥、省力省时、 提高产量，专用于温室大棚的大田种植灌溉作业。通过对水、肥、土壤多因子的综合调控，解决种植过程中水肥耦合，帮助用户提高水肥管理效率，真正做到 “ 科技惠农 ” 。

7.3、水肥体化管理系统

水肥一体化管理系统由水肥一体化灌溉设备，农业环境感知设备， 一体化管理平台，以及配套的通信设备，手机APP端等软硬件构成。整套系统实现了自动感知，自动上传，自动分析，自动管理等功能，是物联网技术与农业管理的完美结合。

自动灌溉施肥机的目标是实现水肥供应的自动管理和分配。灌溉施肥机工作的基本原理 是： 系统根据用户设定好的施肥比例、 施肥时间及循环模式、EC/pH平衡条件等各种逻辑组令，由控制器通过一组注肥器电磁阀门和一套EC/pH监测系统适时适品定比例地将各种肥料注入到灌溉管道中，自动完成施肥任务，合理控制水肥供应。

灌溉施肥技术以自动灌溉为基础，以自控单元为核心，结合了传感检测技术、微处理器技术、计算机技术等现代信息化技术。一套完整的自动化灌溉施肥管理系统通常包括注肥系统、混肥系统、控制系统、检测系统和其他配件等。

7.4、水肥一体化控制系统

控制系统软件是安装千微机设备上的，其内容有信息采集与处理模块、信息数据显示模块、信息记录与报警模块、阀门状态监控模块和首部控制模块等组成。施肥机最核心的功能单元，是负责人机交互、系统通讯、参数检测、逻辑判断、条件控制等为体的主控单元。

7.5、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的获取的弊端，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。可以从整体上给衣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口在已有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，为管理人员和衣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。本系统中采用高容证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。

8、中央管理软件应用平台

中央管理室软件部分主要包含管理中心远程发布服务器，环境参数电脑在线管理软件设备，手机APP远程监测软件， 图像视频管理软件设备， 和大屏信息显示发布设备。

8.1、电脑管理软件平台

在办公室内安装工控机和显示器，能够实时在线显示农业大田间采集到的 数据信息，并以实时曲线的方式显示给用户。界面可分区域显示每个监测点的

参数值。包括空气温湿度土壤温湿度、风速风向、太阳辐射、水试、水面蒸发， 数值显示清晰，一目了然。

8.2、友好的用户登陆管理界面

规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全， 操作简单而富有人性化。

8.3、实时、历史、曲线、报表数据分析

系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户， 并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便对农田环境运转情况进行分析做出改进，提高农田的生产效率。

8.4、多种形式的报警功能，适合不同场合需要

工作人员根据农田的具体情况设置温度、湿度等参数限值。在监测时，如发现有监测结果超出设定的值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警等。

8.5、大屏信息显示发布平台

大型LED显示屏主要在农田中心地带作实时数据的显示与设备动作的指示使用，提升基地项目整体形象和观赏性与实用性，同时也方便了管理员的日常数据检查和实时信息参考。

大型LED显示屏有落地式和吊挂式两种，并且分为数码管显示和点阵显示两种类型。数码管显示直观的数字变化且显示模式固定，对千不需要做显示界面修改的地方比较适用。而点阵显示屏的显示比较细腻，并且可以自由定制显示界面，可实现分页显示，定时刷新和显示图片和动画等功能。根据需要，可分多钟语言显示。

8.6、智能手机APP远程监测平台

目前，由我公司自主研发的智能大棚农田环境监测物联网系统，推出的最新系列，配备了手机APP端的监控系统。意味着大鹏管理监测的智能化，又向前迈出了一大步。

基于Android智能手机端的智能大棚环境监测系统， 重点设计有基千电子地图的试点基地、农业大鹏分区域展示，环境实时数据、环境数据趋势、环境预警信息，利用移动终端统一展现田间作物种植、工人劳动等基地的生产信息、环境信息。

用户可以通过手机端操作平台，远程随时随地查看自己大棚的环境参数， 能够使用手机端及时接受、查看环境报警信息。