智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

1.1 智慧農(nóng)業(yè)的背景和意義

  隨著城市的不斷發(fā)展，環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，同時(shí)耕作土地的減少，農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植逐漸成為新農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要內(nèi)容。農(nóng)業(yè)智能大棚技術(shù)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，利用工控技術(shù)采集大棚各類傳感器的數(shù)據(jù)，并通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)上傳到相關(guān)平臺。實(shí)現(xiàn)了土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2含量等參數(shù)的檢測和圖像、數(shù)據(jù)存儲，并基于采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)溫、調(diào)光、換氣、自動灌溉、自動放風(fēng)、自動卷簾等自動控制，并可以遠(yuǎn)程適時(shí)監(jiān)控，從而提高生產(chǎn)經(jīng)營效率。管理人員可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對所有大棚的實(shí)時(shí)可視化管控。

1.2 智慧農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀

 農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)，但是我國農(nóng)業(yè)長期落后的面貌至今沒有完全改變。黨的十九大報(bào)告和國家“十三五”規(guī)劃，都把推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展擺在重要位置。

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)面臨著資源環(huán)境和勞動力等方面的壓力，處于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，農(nóng)業(yè)正在朝數(shù)字化、精準(zhǔn)化、智能化、生態(tài)化的方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植逐漸成為新農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要內(nèi)容。

1.3 智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展正處在起步階段，未來一個時(shí)期，隨著國家“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃的出臺，現(xiàn)代信息技術(shù)將快速向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域滲透，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展將進(jìn)入加速期，智慧農(nóng)業(yè)將成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代的制高點(diǎn)。

3、智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

維控智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層和傳感層的四層結(jié)構(gòu)體系：

應(yīng)用層（平臺管理層）：將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛的物物互聯(lián)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對信息資源進(jìn)行采集、開發(fā)、利用和存儲，形成與業(yè)務(wù)需求相適應(yīng)、實(shí)時(shí)更新的動態(tài)數(shù)據(jù)資源庫，為農(nóng)業(yè)的各類業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的信息資源支撐。

網(wǎng)絡(luò)層：將來自設(shè)備層的各類信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)層，為設(shè)備層和應(yīng)用層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)備層：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，對來自傳感層的結(jié)果做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)智能控制。

傳感層：感知獲取農(nóng)業(yè)環(huán)境中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)信息（光照、空氣、溫濕度數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)等）。

3.2 平臺部署方式:云商模式

無須經(jīng)過慧網(wǎng)，直接通過V-BOX將用戶的設(shè)備接入第三方云平臺，并將設(shè)備數(shù)據(jù)上報(bào)至該平臺，并支持網(wǎng)關(guān)的自己定義，隨時(shí)可修改對接云平臺的協(xié)議。

3.3 設(shè)備層控制方式

維控智慧農(nóng)業(yè)方案通過PLC自帶的485與各環(huán)境傳感器進(jìn)行modbus通訊包含：空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、土壤EC/PH值等。擴(kuò)展的485口做為從站與LED大屏或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.4 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

1、將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，利用工控技術(shù)采集大棚各類傳感器的數(shù)據(jù)，并通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)上傳到相關(guān)平臺。

2、實(shí)現(xiàn)土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2含量等參數(shù)的檢測和圖像、數(shù)據(jù)存儲，并基于采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)溫、調(diào)光、換氣、自動灌溉、自動放風(fēng)、自動卷簾等自動控制，并可以遠(yuǎn)程適時(shí)監(jiān)控，從而提高生產(chǎn)經(jīng)營效率。管理人員可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對所有大棚的實(shí)時(shí)可視化管控。

3.5 系統(tǒng)應(yīng)用場景

智慧農(nóng)業(yè)大棚控制維控遠(yuǎn)程方案主要由環(huán)境氣象站子系統(tǒng)、大棚智能環(huán)控子系統(tǒng) 、智能灌溉（滴灌）控制子系統(tǒng)等部分組成?？梢詫?shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度及視頻圖像，通過智能分析控制，自動控制簾風(fēng)機(jī)、噴淋灌溉、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)備。同時(shí)系統(tǒng)還可以通過手機(jī)、計(jì)算機(jī)等信息終端向管理者發(fā)送實(shí)時(shí)監(jiān)測信息、報(bào)警信息。

3.5.1 環(huán)境氣象站子系統(tǒng)

環(huán)境氣象站分為室內(nèi)和室外環(huán)境，控制方案主要采用維控PLC：LX-3V0806MR+RS485BD  屏PI3070和V-BOX組成。

環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)主要通過PLC自帶的485與各環(huán)境傳感器進(jìn)行modbus通訊包含：空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、土壤EC/PH值等。擴(kuò)展的485口做為從站與LED大屏或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

屏主要作為本地查看各環(huán)境氣象站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

而通過維控V-BOX可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取大棚的各環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析查看。

例圖：

3.5.2 大棚智能環(huán)控子系統(tǒng)

控制方案主要采用維控PLC：LX-3V3624MR 屏PI3070和V-BOX組成.

根據(jù)農(nóng)作物生長實(shí)際的環(huán)境要素指標(biāo)需求，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)作閾值的設(shè)置，使設(shè)備在特定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行特定時(shí)長的開啟/關(guān)閉。設(shè)備運(yùn)作策略的設(shè)置，可使生產(chǎn)設(shè)備24小時(shí)無障礙、自動化，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的變化進(jìn)行智能化的策略應(yīng)對、開啟自動化的運(yùn)作模式?？刂平K端根據(jù)監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程智能控制，例如遮陽、保溫、補(bǔ)光、通風(fēng)等設(shè)備。支持遠(yuǎn)程、本地手自動控制。

3.5.3 智能灌溉（滴灌）控制子系統(tǒng)

控制方案主要采用維控PLC：LX-3V3624MR+RS485BD屏PI8102和V-BOX組成。

水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)。水肥一體化是借助壓力系統(tǒng)（或地形自然落差），將可溶性固體或液體肥料，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律和特點(diǎn)，配兌成的肥液與灌溉水一起。

通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時(shí)、定量，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況；作物不同生長期需水，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物。

3.6 方案建成效果

3.6.1 生產(chǎn)管理界面

3.6.2 視頻監(jiān)控

主要通過維控慧盒V-BOX添加螢石云攝像頭進(jìn)行視頻圖像采集，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控種植區(qū)域內(nèi)環(huán)境、人員、活動、農(nóng)作物生長狀況。可同時(shí)監(jiān)控多個區(qū)域或放大至單個區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的精細(xì)化的查看和管理。

1、規(guī)范和監(jiān)控種植人員的行為，并做好安全化、標(biāo)準(zhǔn)化種植作業(yè)管控；

2、規(guī)范管理采摘人員的行為及違規(guī)預(yù)警；

3、與溫室大棚內(nèi)的溫濕度傳感器物聯(lián)疊加，及時(shí)監(jiān)測預(yù)警大棚內(nèi)的環(huán)境變化；

4、觀察監(jiān)控種植作物的長勢分析應(yīng)用；

5、與巡檢系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)移動可視化種植作業(yè)巡護(hù)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻采集、錄像回放和智能運(yùn)維,并為智能硬件數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)。

3.6.3 云組態(tài)畫面

3.6.4 大屏顯示畫面

4、智慧農(nóng)業(yè)方案總結(jié)

4.1 方案優(yōu)勢

l 一人，一APP，一農(nóng)場

通過在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場搭建全面的“ 物聯(lián)網(wǎng)”監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),在實(shí)時(shí)掌握了生產(chǎn)基地的氣候環(huán)鏡、土壤墑情、作物長勢情況下，同時(shí)可遠(yuǎn)程自動化控制現(xiàn)場農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)備,真正做到24小時(shí)不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測、異常情況智能預(yù)警、險(xiǎn)情災(zāi)害及時(shí)排解、設(shè)施設(shè)備精準(zhǔn)控制，最終實(shí)現(xiàn)降低成本、提高效率、改善產(chǎn)量與品質(zhì)的目的。真正實(shí)現(xiàn)無人值守和遠(yuǎn)程運(yùn)維。

l 群控群力，集中管理

一個灌溉網(wǎng)關(guān)可同時(shí)控制方圓6公里內(nèi)的灌溉節(jié)點(diǎn)，一個節(jié)點(diǎn)可接2個電磁閥,集中管理。且每一次的操作都會生成操作日志，讓設(shè)備的操作有根可尋。

l 智能決策，節(jié)水節(jié)能

用戶可利用電腦、APP等終端，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或策略灌溉，可參數(shù)化地控制灌溉，系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)踐多次地改良，邏輯合理，效果優(yōu)異。

4.2 方案總結(jié)

智慧農(nóng)業(yè)可以讓職工坐在家里只需動動手機(jī)發(fā)個信息，就可以遙控完成大棚卷簾機(jī)自動升降棉被、自動開合風(fēng)口、自動灌水施肥等工序。智慧農(nóng)業(yè)主控設(shè)備具有科學(xué)智能、低成本、安全可靠、省工省時(shí)的特點(diǎn)。

當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)還是四化實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展的短腿，是個弱項(xiàng)，中國農(nóng)業(yè)發(fā)展到這樣一個階段，結(jié)構(gòu)性問題也非常突出，既有產(chǎn)業(yè)本身結(jié)構(gòu)的問題，也有區(qū)域性結(jié)構(gòu)問題，未來的道路依舊任重而道遠(yuǎn)！