什么是农业物联网工程

1．1 物联网的产生及概念
2009年以来．物联网的相关概念大量在人们的视野中出现，然而早在1999年，物联网的概念就已经被提出来。物联网是以感知为目的．实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出的特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理．从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网就是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中．具体地说，就是把感应器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中。然后将物联网与现有的互联网整合起来．实现人类社会与物理系统的整合，使人类可以更加精细和动态的管理生产和生活，达到“智慧”状态，改善人与自然之间的关系。提高资源利用率和生产力水平。
目前我国物联网的主要应用领域是现代物流领域、城市管理领域、智能交通系统及物联网农业。利用物联网技术来推动物流信息技术的应用和标准体系的建设，能够极大的降低物流成本。在“智慧地球”和“数字城市”的理念指导下．在物联网和3S等关键技术的支撑下，可以将城市管理中分散、独立的图像采集点进行联网，实现实时远程监控、传输、存储和管理等。物联网在智能交通领域的应用则主要包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通5种业务。物联网在农业上的应用可以有效地解决现阶段我国农业生产效率低和频繁出现的食品安全问题。主要体现在远程控制与实时采集两方面。“智能农业”可以通过无线信号收发模块传输数据．实现对大棚温湿度的远程控制，如自动开启或者关闭指定设备，调节温湿度等环境条件。还可实时采集光照、土壤温度、CO 浓度等环境参数，随时进行处理，为农业综合生态信息自动监测、环境自动控制和智能化管理提供科学依据。另外还可以运用成熟的物联网传感技术，在生态农业基地与消费者之间搭建一个网络销售平台，使消费者通过实时的网络视频了解农副产品种植全过程，从而达到对农产品的放心使用。

近些年，随着科技的发展，高科技在农业领域的应用也得到了长足的发展，利用人工智能、物联网、区块链等新一代信息技术，完善智慧农业平台，为农民的增收、创收创造了条件，因此，越来越受到人们的关注，但从我国的国情出发，我国农业面临诸多问题，和一些智慧农业发展较好的国家仍存在不小的差距。认清现实、找出差距，才能再出发。

一、我国农业当前面临的问题

当前我国的农业仍然以小农经济为主，从个体的角度来说，具有一定的竞争力 ，但如果从产业资源、劳动力等层面来看，却面临着诸多的挑战。

从产业面来看，我国大约有18亿耕地面积，从事农业生产的人口7亿4，平均到人不到25亩，稳定供货的能力明显偏弱，使得农业从业者与农民暴露在风险销售中，不利于市场竞争。

从资源来说，我国农业投入的研发能量明显弱于其它领域，低于风险的能力明显偏弱，土壤恶化、缺水、自然灾害、信息不对称等常常导致农民的农产品损失惨重。

从劳动力来看，农村人口老龄化严重，农村将成为更多老年人的“聚集和沉淀”之地，同时受粮食价格低、农业投入品如化肥、农药等价格高等因素的影响，年轻农民宁愿外出务工，也不愿从事农业劳动。因此，每年到采收季节，总是呈现缺工的情况，以小农为主体的农业面临可持续发展的挑战。

说完了国内，我们看看国外标杆国家是如何面对农业挑战的。以我们临近的日本为例，投入了大量的人力物力，研发与应用智慧农业技术，实现了超省力与大规模生产、粮食作物的潜能也发挥到了最大化、生产环境安全便利。尤其是利用互联网技术，开发的云端服务系统，从生产、经营到消费服务三个区块全覆盖。

再以德国农技产业为例，通过农机与通信公司的跨领域合作，应用先进的传感、云端计算等技术，有效提升了农业的作业效率。

我们可以看到，这些农业先进国家以工程技术进行跨领域整合，让一个传统的行业迈向新时代。反观我们，在农业领域的投入与研发和这些国家还存在不小的差距。

因此，将生产智慧化、农业产销数位化，透过云端科技、大数据分析、物联网、智能机械、感应设备等，应用在农业上，促进国内农业创新升级与转型，从而降低因人口老龄化、劳动力不足、极端气候对农业产业带来的冲击。

二、迈向未来的智慧农业是什么样的？

当无人机飞梭于农田上空，一面将资料传送云端，透过云端运算，进行符合成本与环境伤害最少的农药与化肥施用分析等等，农民只要通过手机或平板电脑与云端连接，就能轻松完成田间管理；采用遥感技术、定位系统、智慧化决策系统、大数据分析等，将农业生产中遇到的问题及时与这些技术结合，快速进行土壤、作物生长检测及与当时的气候结合做分析，进而让系统做出决策建议。通过大数据分析，生产端的农民可了解作物特性，以适时调整养分、灌溉、轮作等生长条件；使用感应器测量植物含水量、土壤湿度、温度的改变，优化灌溉，调整作物生长环境；拍摄作物并上传云端就可实现销售，让农民不需要离开自己赖以生存的土地就可参与全球的经济活动。

而消费者只要扫扫二维码，就可以在家看到自己订购的农产品的生产及采收过程；客商则可以通过云供应链系统，将外销的农产品迅速在各级终端销售市场铺货等等，总之，将上述诸如此类的情景融入农业产销活动中，是未来智慧农业的愿景之一。

三、未来智慧农业发展的方向

1、以省工、省力为目标，提高作业效率

前面我们说，因人力短缺及老龄化是我们农业目前面对的难题，因此，提高农业生产效率，应用人机协同的机械作为辅助工具，让种植者能够省力省时的耕种。如传统的浇水方式需要耗费大量的人力、时间，而且无法精准稳定供水，通过改良浇水机具，可根据植株位置自动调整出水方向，免去人为调整以减少作业负荷，并能节省人工、减少水资源的浪费。

2、建立溯源制度，确保农产品安全

为了使消费者对农产品安全放心，如果从生产到销售的过程能够透明化，有助于消费者建立信心，而产品溯源正是了解这整个过程的捷径。通过溯源系统，消费者可以简单、准确、及时地通过网络或手机APP，查询感兴趣的产品，详细了解农产品的生产过程、产品品质等，进而建立消费者对品牌的忠诚度。

从消费者的角度来说，可得到更多的生产信息；从生产者的角度来说，透过消费者习性可获得更多消费者信息，对生产决策提供帮助。

创新科技是农业进步最重要的原动力，为提高我国农业竞争力，期待智慧农业能开创高质、便捷及人性化的新典范农业，让我国的农业从传统农业迈向效率、安全及风险可管控的新农业时代，推动智慧农业的发展，让农民增收有奔头。

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

当前，智慧农业、农业物联网和智能大棚控制系统被不断的提起和广泛热议。那么，这三者如何区别？这里我们重点探讨一下。
一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控：通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点，实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析，从而有针对性地投放农业生产资料，并根据需要调动各种执行设备，进行调温、调光、换气等动作，实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全：利用技术，建设农产品溯源系统，通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，实现农产品追踪、清查功能，进行有效的全程质量监控，确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节，实现全过程严格控制，使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程，从而为食品供应链提供完全透明的展现，保证向社会提供优质的放心食品，增强用户对食品安全程度的信心，并且保障合法经营者的利益，提升可溯源农产品的品牌效应。

二、农业物联网
1、定义

农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

2、应用功能

a实时监测功能

通过传感设备实时采集温室（大棚）内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据；将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台，服务服管理平台对数据进行分析处理。

b远程控制功能

针对条件较好的大棚，安装有电动卷帘，排风机，电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关；也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。

c查询功能

农户使用手机或电脑登录系统后，可以实时查询温室（大棚）内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息； 登录系统后，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等，实现有针对性的综合信息服务。

d警告功能

警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统

1、定义

深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。

智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成

整个系统主要三大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。

A、数据管理层（监控中心）：硬件主要包括：工作站电脑、服务器（电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式）； 软件主要包括： *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台（采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看）、 防火墙软件；

B、数据传输层（数据通信网络）：采用移动公司的GPRS网络传输数据，系统无需布线构建简单、快捷、稳定；移动GPRS无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点；

C、数据采集层（温室硬件设备）：远程监控设备：远程监控终端；传感器和控制设备：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等；

智能灌溉系统——数字农业新发展！

随着人口的不断增长，我国工农业水平逐渐提高，但水资源的问题日渐浮出水面。智能灌溉系统不仅能够节省人力物力财力，还能够通过智能算法缓解农业灌溉用水的问题。

一、智能灌溉的优点