智慧农业关键技术中自动灌溉

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

智慧农业关键技术中自动灌溉

1 土壤墙情监测系统

土壤墙情监测系统的建立对提高农牧业抗早管理水平、快速掌握土地旱情动态、避免或减少旱灾造成的损失是十分有必要的。土壤墙情监测系统主要组成包括土壤水分监测站、监测信息收集网和监测信息收集加工处理中心。该系统可收集各监测站测得的不同深度土壤水分数据，形成监测区域内的土壤水分数据库，对监测数据进行加工处理和分析，生成各种加工产品，对土壤墙情监测、农田合理施水、宜种作物选择、早情预测等提供即时有效的服务。土壤墙情监测系统还可以对土壤墙情（土壤湿度）进行长时间实时性的连续监测，用户可以根据监测需要，将传感器布置在不同的深度，对不同剖面土壤水分情况进行监测，同时，可以根据监测需求增加监测不同参数的传感器，如土壤温度、电导率、pH、地下水水位、地下水水质、空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、雨量等传感器，从而满足系统功能升级的需要。整套土填墙情监测系统在反映被监测区的土壤变化中做到了全面、科学、真实，对各监测点的土壤填情状况的实时监测做到了准确、及时，为农田监测的减灾抗早提供了重要的基础信息。土壤墙情监测方法可以分为三类。

第一类为移动式测填监测技术，该技术采用便携式仪表在不同采样点进行不定期、不定点的测墙，然后通过数理统计分析和地统计分析得到区域内的土壤墙情。移动式测墙监测技术在田间和小区域内的墙情监测与分析中应用广泛，具有费用低、应用灵活等优点，但是不适用于大范围连续的土壤墙情监测。

第二类为遥感监测墙情，利用卫星和机载传感器为检测工具，从高空对电面土壤水分分布进行遥感监测，通感测墙适用于实时、大面积的监测，但是遥感测响准确度不高。

第三类为固定站监测墙情，先在目标区域内建立多个固定测墙点并组成土壤墙情监测网，利用无线传感器网络技术将各固定站连续测量的土壤墙情数据汇聚到土壤墙情监测中心，实现远程实时控制，然后利用空间插值法得到目标区域内的土壤墙情。固定站测墙不仅能够提高监测精度，而且能够长期连续监测，在上述三类方法中具有显著优势。

2 自动灌溉

土壤墙情信息是制定作物生长季灌溉计划和开展防旱抗早的重要基础信息，也是农田土壤墙情监测、精量灌溉和建设节水农业的重要基础。精量灌激是农田土填墙情监测的重要目的，墙情监测结果可为精量灌激实现适时性和适量性提供决策依据，是实现精量灌溉的关键技术手段。

我国农田空间分布范围广，农田土壤墙情监测范围广大，各地土壤质地地形条件、气候条件、种植作物等影响土壤墙情的环境因子差异大，因此，农田土壤墙情监测布设样点多。同时，土壤墙情监测需要时间上的连续性，监测周期长，设备和人力投入巨大。因此，我国农田墙情监测具有范围大、布点多和投入高的特点。

农业自动化灌溉系统是为实现节水灌溉而设计的，该系统采取因地制宜的原则，依据不同地区、不同作物的不同需求，选择不同的灌溉设施，并利用计算机、无线数据通信、采集控制器、传感器等先进技术对农田灌溉进行监控管理，保证适时、适量地提供作物生长所需要的水分，实现了自动化节水灌溉。

农业自动化灌溉系统按功能可分为土壤墙情监测系统、气象监测系统浇灌控制系统、云端数据处理系统，如图1 所示。检测系统将检测到的数据通过通信协议信号传输至网关，网关将数据上传至云平台进行对比分析处理，当检测数据小于或大于设置阀值时，云端平台会向终端下发指令，用户也可通过客户端下发指令，实现精准浇灌。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

图1 农业自动化灌溉系统

土壤墙情监测系统由网关设备、LoRn传输设备、土壤温度传感器和土壤湿度传感器组成，主要针对土壤水分进行采集与处理。网关设备支持本地轮询采集，规则可设，可采用云平台管理，它将前端设备采集到的数据利用无线通信终端，通过4G网络传送到云平台，实现分布监控、集中控制和管理的功能。

气象监测系统由网关设备、气象传感器、电源主控箱和立杆支架组成。集气象综合数据采集、传输、云端管理的无人值守解决方案于一体，能够通过对网关设备设置轮询采集规则，全天候不间断地、准确地采集农业气候（大气温度、大气湿度、大气压强、光照强度、降水量、风向、风速）,并及时通过4G网络传输到云端平台，形成数据报表，全面、直观地呈现各个监控站点的农业综合数据及其变化情况，稳定、准确、可靠地实现区域性智慧农业数据监测。

浇灌控制系统能够实现远程控制，可以通过手机电脑实现对相应电磁阀的远程开关。具有智能自动灌溉、定时自动灌溉、手动灌溉、定量自动灌溉、循环灌溉等多种模式，用户可根据需要灵活选用。

云端数据处理系统主要对区域内土壤墙情监测站远程监控，对土壤墙情等数据进行接收、判错、存储，实现实时数据的显示、查询、统计、分析、决策，以及自动灌溉执行单元的远程控制等功能。

3 功能设计

①.墒情与灌溉实时监测

墒情与灌溉实时监测可以自动接收、海量存储、在线处理、高可视化地展示灌溉感知信息，提供全方位灌溉信息的实时监测，包括墒情监测、农田环境监测、苗情监测、灌溉设备监测、视频监测五个灌溉监测主题，可实时获取并发布监测信息服务，提供按照时间、空间、适宜度综合处理分析的数据变化分析服务。监测服务范围通过注册监测站点和感知设备确定，服务可面向监测区域内的农场、农户等农业生产者，以及有关农业生产部门、农业管理部门。

墒情实时监测功能包括：(1)接收并处理物联网传输平台传送的4层深度的土壤水分和土壤温度监测数据，并按照标准格式写入监测数据库；(2)在地图上用动态图片或渲染的方式实时展示墒情监测结果：(3)以列表、地图、专题图的形式展示不同范围不同时间段各监测点的墒情监测结果；(4)以曲线、图形等形式提供不同范围、不同时间、段各监测点、各监测项目的变化走势分析：(5)通过图标闪烁、在线消息、手机短信、移动端消息推送等方式提供摘情适宜度异常提醒功能；(6)提供墒情监测数据标准Excel文件输出功能并可在线预览、打印及离线保存。

农田气象与环境实时监测功能包括：(1)接收并处理物联网传输平台传送的空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射、降雨等农田环境监测数据，并按照标准格式写入监测数据库；(2)以列表、地图、专题图的形式提供不同范围、不同时间段各监测点的区域农田环境监测结果；(3)以曲线、图形等形式提供不同范围、不同时间段各监测点、各监测项目的变化趋势分析；(4)提供农田环境监测数据的标准Excel文件输出功能，并可在线预览、打印及离线保存。

农田气象与环境实时监测功能包括：(1)接收并处理物联网传输平台传送的空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射、降雨等农田环境监测数据，并按照标准格式写入监测数据库；(2)以列表、地图、专题图的形式提供不同范围、不同时间段各监测点的区域农田环境监测结果；(3)以曲线、图形等形式提供不同范围、不同时间段各监测点、各监测项目的变化趋势分析；(4)提供农田环境监测数据的标准Excel文件输出功能，并可在线预览、打印及离线保存。

苗情实时监测功能包括：(1)接收并处理物联网传输平台传送的苗情监测站点图像信息、作物冠层温度信息，并按照标准格式写入监测数据库；(2)以列表、地图、专题图的形式提供不同范围、不同时间段各监测点的区域农田环境监测结果；(3)以曲线、图形等形式提供不同范围、不同时间段各监测点、各监测项目的变化趋势分析；(4)提供农田环境监测数据的标准Excel文件输出功能，并可在线预览、打印及离线保存；(5)为第三方提供图像处理、分析的接口，为实现进一步的数据挖掘和应用提供技术支持。

灌溉设备实时监测功能包括：(1)以在线地图方式提供灌溉控制设备的分布和布设信息；(2)提供放大、缩小、平移、点选、框选、定位等通用WEBGIS功能；(3)提供属性和图形双向查询和地图定位功能；(4)以动态图片或地图渲染的方式展示灌溉系统中阀门、喷头等设备的工作运行状态；(5)通过图标闪烁、在线消息、手机短信、移动端消息推送等方式提供灌溉系统异常状况自动报警功能。

视频实时监测功能包括：(1)远程实时监控，实时接收监测视频图像信息；(2)接收通过物联网传输平台远程传送的视频图像，并以文件的形式保存至服务器；(3)实现对灌溉井房摄像头的控制（左右、上下、远近景、调焦等）、画面切换的控制及录像控制。

②.灌溉控制服务

灌溉控制服务针对棉花、小麦等主要粮食作物，基于灌溉实时监测服务，结合作物生长模型、需水模型与生产经验，推算灌溉时间和灌水量，制定智能灌溉计划，通过无线灌溉控制技术，实现大田农产品灌溉水量的智能分析决策和远程控制。服务面向区域内农场和农户，服务能力决定于服务所依赖的自动化控制设施水平，还可根据实际情况定制相应等级的灌溉控制服务，根据科学的灌溉计划指导农业生产，实现适时灌溉、适量灌溉。

灌溉控制服务可基于传感器和作物生长模型，推算科学的灌溉时间和灌水量，制定智能灌溉计划，还可以基于作物生长阶段和周期灵活配置灌溉计划，定制区域传感器和作物生长模型，用户还可以通过模型定制界面灵活配置灌溉模型。

灌溉控制服务可根据智能灌溉计划服务，按照物联网传输平台数据传送要求，自动向指定灌溉设备发送灌溉控制指令信息，遵从水利规划设计方案，把灌溉阀门编入轮灌组，实现轮灌制度。按照物联网传输平台数据传送要求，向指定灌溉设备发送灌溉控制指令信息，控制灌溉阀门的启闭。