一、項(xiàng)目背景及建設(shè)意義
在過去的農(nóng)業(yè)種植中，往往存在病蟲害較重灌溉作業(yè)不合理等問題，而由于這些因素的影響，作物不能夠正常生長，從而限制了麥稻等作物的持續(xù)平衡增產(chǎn)。而要解決這些問題最重要的是了解作物的生長情況以及其所處的生長環(huán)境，而苗情、蟲情、災(zāi)情以及墑情是與作物生長息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)信息，因此利用農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對作物進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷，不僅提供了智能化、自動化的解決方案，而且能夠合理調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，保證作物正常生長發(fā)育，減少病蟲草害的發(fā)生，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。
目前，以農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為發(fā)展科技農(nóng)業(yè)的中堅(jiān)力量，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施。政府、科研單位及用戶應(yīng)用農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，一方面可以足不出戶，就能對田間的苗情、墑情、病蟲情、災(zāi)情等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測預(yù)警并自動防控，做到全天候、無人值守、連續(xù)自動工作，真正實(shí)現(xiàn)了生態(tài)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、智能化，而另外一方面則可以大幅度減少水、電、人力等能源和資源使用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域更好的發(fā)揮了節(jié)水、節(jié)藥、節(jié)肥、節(jié)勞動力的作用。
在實(shí)際的應(yīng)用中，也進(jìn)一步驗(yàn)證了農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)所帶來的方便和效果，比如說，在小麥生產(chǎn)中，借助農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和農(nóng)作物“四情”即苗情、墑情、病蟲情、和災(zāi)情監(jiān)測的動態(tài)高精度監(jiān)測，有關(guān)專家針對小麥生產(chǎn)中存在的品種布局不合理、偏施氨肥、病蟲害較重等問題進(jìn)行了分析和診斷，并提出了合理有效的解決方法，有效解決了麥稻持續(xù)平衡增產(chǎn)的技術(shù)問題，為小麥田管工作提供了技術(shù)支撐。
從這方面來看，農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，為專家會診提供了重要的技術(shù)支持。農(nóng)林四情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過傳感器、小型氣象站、視頻監(jiān)控設(shè)備自動監(jiān)測和人工采集苗情、墑情、病蟲情、災(zāi)情信息，并對信息進(jìn)行上傳、匯總、存儲、分析，有關(guān)的農(nóng)業(yè)專家在電腦端或手機(jī)上就能實(shí)時了解到農(nóng)作物的生長信息，改變了以往專家必須深入田間地頭才能夠診斷分析的面貌，提高了工作的效率和防控的及時性，也為農(nóng)情預(yù)警、科學(xué)制定生產(chǎn)措施、分析增減產(chǎn)原因預(yù)測農(nóng)作物生長趨勢提供數(shù)據(jù)支持。
二、方案簡介
農(nóng)林 “四情” 是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，動態(tài)監(jiān)測田間作物的墑情、苗情、病蟲情及災(zāi)情的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。農(nóng)林“四情”監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)以先進(jìn)的無線傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，由墑情傳感器、苗情災(zāi)情攝像機(jī)、蟲情測報燈、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、作物生理生態(tài)監(jiān)測儀，以及預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、信息管理平臺組成。各級用戶通過Web、PC與移動客戶端可以訪問數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理功能，對每個監(jiān)測點(diǎn)的病蟲狀況、作物生長情況、災(zāi)害情況、空氣溫度、空氣濕度、露點(diǎn)、土壤溫度、光照強(qiáng)度等各種作物生長過程中重要的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、管理。系統(tǒng)聯(lián)合作物管理知識、作物圖庫、災(zāi)害指標(biāo)等模塊，對作物實(shí)時遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測與診斷，提供智能化、自動化管理決策，保證農(nóng)作物在適宜的環(huán)境條件下生長，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，增加農(nóng)民收入。
三、子系統(tǒng)介紹
1、田間氣象多要素自動監(jiān)測系統(tǒng)
多要素自動監(jiān)測系統(tǒng)能監(jiān)測99%的氣象要素，例如空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、PM2.5、PM10、大氣壓力、雨量、光照、雨雪、紫外線、總輻射、CO、O3、NO2、CO2、蒸發(fā)量、負(fù)氧離子濃度等等。同時，該系統(tǒng)還可以擴(kuò)展配置土壤溫度、土壤水分、土壤EC、土壤PH等土壤墑情數(shù)據(jù)。
氣象站通訊方式靈活多樣，支持GPRS/4G、以太網(wǎng)、RS485等多種傳輸方式供客戶選擇，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制和傳輸。
可通過GPRS/4G的方式將數(shù)據(jù)上傳至綜合環(huán)境監(jiān)控平臺，也可以通過網(wǎng)口接入局域網(wǎng)。同時該氣象站還帶有1路ModBus-RTU從站接口，可以將數(shù)據(jù)通過485通信的方式上傳至客戶的監(jiān)控軟件或PLC組態(tài)屏等。
2、土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)
（1）墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)主要是針對土壤水分含量進(jìn)行監(jiān)測，通過墑情傳感器測量土壤的體積含水量（VWC）。同時，可以根據(jù)用戶的需求，該系統(tǒng)可以擴(kuò)展配置土壤溫度、土壤電導(dǎo)率、空氣溫濕度、太陽輻射、二氧化碳等氣象傳感器。
（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一由自動監(jiān)測站發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺，數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式進(jìn)行存儲，通過圖表格式直觀展現(xiàn)給用戶。
（3）平臺設(shè)置有圖形預(yù)警和災(zāi)情渲染模塊，可以根據(jù)作物種類和土壤類型設(shè)定不同的預(yù)警閾值，當(dāng)實(shí)測數(shù)據(jù)低于預(yù)警閾值后，平臺會及時向用戶發(fā)送預(yù)警信息，同時災(zāi)情渲染模塊將按照災(zāi)情嚴(yán)重程度分為不同顏色，在省行政地圖上面以點(diǎn)的形式展現(xiàn)，可直觀顯示各區(qū)域的災(zāi)情動態(tài)信息。
3、田間苗情災(zāi)情一體化自動監(jiān)測系統(tǒng)
田間苗情、災(zāi)情一體化自動監(jiān)測系統(tǒng)，是指由自動監(jiān)測系統(tǒng)對農(nóng)作物的生長發(fā)育狀態(tài)、病蟲害情況以及災(zāi)情進(jìn)行實(shí)時視頻監(jiān)控（包括日間圖像和夜間的紅外圖像）。結(jié)合氣象、墑情等傳感器以及蟲情預(yù)報燈等，可以對田間苗情、蟲情、災(zāi)情實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測，使管理人員可以遠(yuǎn)程關(guān)注作物生長狀況，根據(jù)作物在不同生長周期的需求，指導(dǎo)灌溉、施肥、噴藥等措施。
4、田間蟲情自動監(jiān)測系統(tǒng)
自動蟲情測報燈（可視化）利用現(xiàn)代光、電、數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在無人監(jiān)管的情況下，能自動完成誘蟲、殺蟲、收集、分裝、排水等系統(tǒng)作業(yè)，通過GPRS移動無線網(wǎng)絡(luò)，定時拍照采集接蟲盒內(nèi)收集的蟲體圖片，自動上傳到遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，平臺每天自動記錄采集數(shù)據(jù)，形成蟲害數(shù)據(jù)庫，可以通過數(shù)據(jù)列表和圖表的形式展現(xiàn)，工作人員可隨時遠(yuǎn)程了解以蟲體的情況和變化，制定防控措施。
5、專家診斷系統(tǒng)
生產(chǎn)使用人員可以將植物的病害特征以及危害植物生長的病蟲害種類，以文字描述和圖片的方式發(fā)送至監(jiān)控平臺，由專家在線解答回復(fù)，建立一個互動的平臺。
四、數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備
數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)信息化管理、智能化控制的基礎(chǔ)。由于農(nóng)業(yè)行業(yè)的特殊性，傳感器不僅布控于室內(nèi)，還會因?yàn)樯a(chǎn)需要布控于田間、野外，深入土壤或者水中，接受風(fēng)雨的洗禮和土壤水質(zhì)的腐蝕，對傳感器的精度、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性要求較高。
1、氣象觀測站
可監(jiān)測風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、雨量、土壤溫濕度等等常規(guī)氣象要素，具有自動記錄、超限報警和數(shù)據(jù)通訊等功能
可遠(yuǎn)程設(shè)置數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送時間間隔，無需現(xiàn)場操作
太陽能供電，可在野外長期工作
可根據(jù)市級需求定向搭配多種氣象參數(shù)
2、墑情監(jiān)測站
主要用于實(shí)時采集土壤的墑情溫濕度、鹽分、酸堿度等數(shù)據(jù)。實(shí)施采集上傳分析，主要用于田間土壤墑情的監(jiān)測。廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、節(jié)水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場土壤速測、植物培養(yǎng)、糧食倉儲及各種顆粒物含水量和溫度的測量。
3、各類傳感器
葉面監(jiān)測類：用于精細(xì)農(nóng)業(yè)，室內(nèi)外長期測量，不會腐蝕。
土壤墑情類：條帶式可測量切面3-10m的土壤水份，求平均值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；管式土壤墑情傳感器可一次性測量四層土壤水份。
環(huán)境傳感器：空氣溫濕度、光照、二氧化碳、風(fēng)速風(fēng)向、降雨、土壤溫濕度等傳感器為主，是了解作物生長環(huán)境的傳感器。
植物本體傳感器：能實(shí)時或階段性地監(jiān)測植物莖稈粗細(xì)的變化、葉面的溫度、莖流速率、果實(shí)增重與膨大速率、植物的光合作用等植物本身的一些參數(shù)，能直觀地反應(yīng)植物的生長狀態(tài)。
4、蟲情測報燈
自動蟲情測報燈主要利用現(xiàn)代光、電、數(shù)控技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建出一套害蟲生態(tài)監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。可廣泛應(yīng)用于：農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、蔬菜、煙草、藥材、園林、果園、城鎮(zhèn)綠化、檢疫等領(lǐng)域。
測報燈會對設(shè)定時間段內(nèi)收集的害蟲分別進(jìn)行分段存放和拍照與計(jì)數(shù)，測報燈內(nèi)置高清工業(yè)攝像頭，通過系統(tǒng)設(shè)置或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置后自動拍照，將現(xiàn)場拍攝的圖片無線發(fā)送至監(jiān)測平臺，平臺整理并計(jì)算每天的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫，以供農(nóng)業(yè)專家遠(yuǎn)程診斷。根據(jù)圖片與數(shù)據(jù)，專業(yè)分析人員可對每個時間段內(nèi)收集的害蟲進(jìn)行分類與計(jì)數(shù)。
5、高空測報燈
高空測報燈專為草地貪夜蛾測報而研制，該燈利用現(xiàn)代光、電、數(shù)控技術(shù)，采用高強(qiáng)度探照燈投射的誘蟲方式，投射距離高達(dá)1000米，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測報燈對遷飛型害蟲幼蟲能力不足的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了蟲體遠(yuǎn)紅外自動處理、整燈自動運(yùn)行等功能。在無人監(jiān)管的情況下，能自動完成誘蟲、殺蟲、排水等系統(tǒng)作業(yè)?？稍鲈O(shè)風(fēng)速風(fēng)向、環(huán)境溫濕度、光照等多種傳感器接口，并可通過GPRS上傳數(shù)據(jù)，以監(jiān)測環(huán)境與病蟲害之間的關(guān)系。
6、孢子捕捉儀
孢子捕捉是新一代圖像式病菌檢測工具，專門收集隨空氣流動而傳播的病原菌孢子及花粉塵粒。主要用于檢測病害孢子存量及其擴(kuò)散動態(tài)，為預(yù)測并預(yù)防病害流行、傳染提供可靠數(shù)據(jù)。該設(shè)備主要由孢子捕捉裝置、孢子承載裝置、圖像采集裝置、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、電源與防雷系統(tǒng)組成。該設(shè)備利用現(xiàn)代光電數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動捕捉各種花粉和孢子信息，自動更換載玻片，自動拍照，圖片數(shù)據(jù)自動上傳，自動運(yùn)行等功能?？筛鶕?jù)需要實(shí)時對環(huán)境氣象和孢子病害情況上傳到指定網(wǎng)絡(luò)平臺，專業(yè)分析人員可在平臺對每個時間段內(nèi)收集到的孢子進(jìn)行手工分類與計(jì)數(shù)，形成孢子測報數(shù)據(jù)庫，供專家遠(yuǎn)程對病害的發(fā)生與發(fā)展進(jìn)行分析和預(yù)測，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供服務(wù)，滿足病情預(yù)測預(yù)報及標(biāo)本采集的需要，及時防治病害發(fā)生。
7、害蟲遠(yuǎn)程實(shí)時檢測器
害蟲遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測器是新一代害蟲自動監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要運(yùn)用電子機(jī)械技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、生物信息素技術(shù)，構(gòu)建出一套害蟲監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)集害蟲誘捕和計(jì)數(shù)、環(huán)境信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析于一體，實(shí)現(xiàn)了害蟲的定向誘集、分類統(tǒng)計(jì)、實(shí)時報傳、遠(yuǎn)程檢測、蟲害預(yù)警的自動化、智能化。具有性能穩(wěn)定、操作簡便、設(shè)置靈活等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)害蟲、林業(yè)害蟲、倉儲害蟲等監(jiān)測領(lǐng)域。
8、殺蟲燈
殺蟲燈是利用害蟲趨光性進(jìn)行誘殺的一種物理防治方法。物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈是在傳統(tǒng)殺蟲燈的基礎(chǔ)上，添加無線通訊模塊，將殺蟲燈的運(yùn)行狀態(tài)和采集的數(shù)據(jù)實(shí)時上報到云端。用戶通過網(wǎng)頁，足不出戶便可遠(yuǎn)程查看殺蟲燈的工作狀態(tài)和其他保護(hù)狀態(tài)，如雨控保護(hù)、傾倒保護(hù)，濕溫度等。極大的降低農(nóng)業(yè)種植在人力物力上的投入成本。
五、軟件平臺
農(nóng)業(yè)“四情”監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件平臺是通過無線傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)基礎(chǔ)，將氣候、墑情傳感器、苗情災(zāi)情攝像機(jī)、蟲情測報燈、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、作物生理生態(tài)監(jiān)測儀，以及田間氣象多要素自動監(jiān)測系統(tǒng)、土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)、田間苗情災(zāi)情一體化自動監(jiān)測系統(tǒng)、田間蟲情自動監(jiān)測系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)等各子系統(tǒng)進(jìn)行組合組成。各級用戶通過PC與移動端可以訪問數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理功能，對每個監(jiān)測點(diǎn)的病蟲狀況、作物生長情況、災(zāi)害情況、空氣溫度、空氣濕度、露點(diǎn)、土壤溫度、光照強(qiáng)度等各種作物生長過程中重要的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時，監(jiān)測、管理。系統(tǒng)聯(lián)合作物管理知識、作物圖庫、災(zāi)害指標(biāo)等模塊，對作物實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷，提供智能化、自動化管理決策，是農(nóng)業(yè)技術(shù)人員管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“千里眼”和“聽診器”。
六、案例展示
