物联网技术在稻渔空间生态观光园中的应用

任凯德，董 雪

（国网宁夏电力有限公司贺兰县供电公司，宁夏 银川 750011）

0 引 言

宁夏稻渔空间生态观光园位于银川市贺兰县境内，是宁夏标志性的稻渔种养融合基地。近年来，随着我国经济的迅速发展，进一步推动了我国农业的发展。稻渔空间生态观光园利用地方资源禀赋，采用现代多种传感器和物联网技术，并结合大数据、人工智能对其进行全方面的监测，实现了水资源的集约利用，大大提高了稻渔种养的综合利益，为宁夏现代农业发展提供了可靠的依据[1]。因此，以稻渔空间生态观光园为例，采用物联网技术打造宁夏第一个乡村物联平台具有重要意义。

目前，基于物联网技术对稻渔空间生态观光园多方位智慧监测的研究文献较少，已有文献分别从物联网技术在农业数据采集、农作物的生长环境监测、农作物病虫害监测等方面进行研究。文献[2]主要利用物联网技术实时监测农作物的生长情况和一系列环境参数，从而将农作物的实时生长状况进行反馈，实现农作物生产效率最大化。文献[3]介绍了物联网技术在农作物病虫疫情监测网络中的应用，随着农业信息化程度的改善，极大地提升了重大病虫疫情检测系统自动化预警水平，促进粮食增产。文献[4]采用物联网技术在使用节水灌溉功能时，可以快速高效地收集农田和农作物的详细信息，并将获得的信息进行归纳整合后通过无线通信技术传至物联网平台，对其进行动态监测。虽然以上文献对物联网技术在农业中的应用都做了研究，但是只研究了该技术在农业发展中的部分作用，研究内容比较单一。所以，基于物联网技术、大数据、云计算等相关方法对稻渔空间生态观光园智慧监测和控制尤为重要。

1 物联网技术在稻渔空间生态观光园的应用概述

1.1 物联网技术

物联网技术最先出现于传媒领域，是数字化信息技术产业的第三次革命[5]。物联网技术的原理是以信息传感设备为载体，按照事先约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、监测、采集等功能[6]。物联网应用中的一项关键技术就是利用传感器来实现对事物的监测与反馈。

1.2 传感器技术

随着我国科技水平的逐渐提升，传感器技术逐渐进入大众的视野，该技术是实现测试与自动控制的重要环节，其主要特征是能够准确传递和监测出某一性态的信息，并将其转化为另一个需要的信息。由此可见，传感器技术作为一种新兴技术有利于稻渔空间生态观光园的动态监测。

1.3 物联网技术在稻渔空间生态观光园中的作用

近几年来，稻渔空间生态观光园结合自身属地化优势迅速发展。由于气候、水质、土壤等多种因素的变化都会影响农作物的发展，若不能对生态园进行全面智慧监测，则必定会影响其综合利益。综上所述，本文利用物联网技术对生态园进行立体监测、远程控制、策略控制、能效分析和安全管理，并借助多种传感器采集气象、土壤、水质等25 种数据，通过融合数据后进行综合打分，并反馈至掌上APP，用户可以采用此数据做进一步种养优化调整[7]。因此，物联网技术为稻渔空间生态观光园的发展提供了良好的条件，也为其发展提供了新的方向。

2 稻渔空间生态观光园智慧物联系统的重要技术应用

稻渔空间生态观光园物联网平台系统的总体逻辑架构分为用户层、展示层、应用服务层、数据平台层、基础设施层，安全保障体系和标准规范体系，共五大结构层和两大体系，其结构图如图1所示。

图1 系统总体框架图

2.1 结构层和两大体系的应用

2.1.1 结构层

系统基础设施层包括首部设施、作物感知设施、环境感知设施和通信设施等基础设施[8]。其中，首部设施包括水肥一体化过滤系统；作物感知系统有虫情监测；环境监测系统包括气象环境监测系统、土壤墒情监测系统和视频监测系统；通信设施包括灌溉网关、网线设施等[9]。

综合能源服务平台主要提供基础数据服务、业务数据服务和物联网平台服务。通过数据服务平台为应用层管理和数据分析提供保障。其中，基础数据服务包括数据接入、数据库、标准规范和数据可视化；业务数据服务包括基础数据服务、用户数据服务、设施管理数据、运营数据服务；物联网平台服务包括设备接入、数据采集、设备安全和设备控制。

应用服务层主要有试验基地服务监视/管理设施软件，系统主要包括：土壤和气象采集监测模块、病虫害监测模块、农情监测模块、智慧水肥一体化模块、策略管理、设备管理、报警预警管理、视频监控、智慧农业一张图和农业云平台等。

展示层主要通过移动端小程序和系统应用服务Web端的试验基地服务监视/管理设施软件展示，同时应用智慧农业一张图实现全局展示。

用户层主要包括生产农户、政府监管部门、企业和其他。

2.1.2 两大体系

安全保障体系是保障系统安全应用的基础，包括物理安全、网络安全、信息安全及安全管理等。标准规范体系是支撑项目系统建设和运行的基础、实现应用协同和信息共享的需要、提高项目建设效率的需要、系统不断扩充和持续改进的需要。

2.2 软硬件系统功能建设

稻渔空间生态观光园建设包含以下内容：一个平台，两套系统、两个端口。一个平台是稻渔空间种养管理客户侧物联服务平台；两套系统分别是智慧稻渔种养监测系统建设、智慧稻渔种养控制系统建设；两个端口包括移动端（聚能慧APP）和Web 端。

客户侧物联平台硬件包括传感器设备、虫情测报灯、袍子捕捉仪、称重设备、智能广播系统、防水喇叭、智能电表、液位检测仪。软件由远程控制的实现使技术人员在办公室就能对稻渔种养基地的环境、水体信息进行监测并可对设备进行控制[10]。采用无线网络来测量获得作物、水产的最佳生长条件，可以为精准调控提供科学依据，通过策略系统设定数据阈值或作物生长模型关联硬件设备，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。综合客户侧物联平台硬件和软件功能可以实现对生态观光园立体监测、远程控制、策略控制、能效分析和安全管理等功能[11]。

2.3 基于物联网平台各功能的研究

图2为物联网平台各功能实现的技术路线图。其中，在全面监测方面，共计配置了21 类、102 个传感器，采集气象、土壤、水质等25 种数据，实现对稻园区立体化的信息采集和监测，数据融合后进行综合评定打分，农户可以借助掌上APP 获取数据结果，进一步做种养优化调整。在远程控制方面，共计建设增氧机、投料机、虫情监测设备等3 类9 台设备，农户可通过掌上APP 实现对增氧机、投料机等设备远程控制。在策略控制方面，通过设备与设备、设备与时间的联动制定策略，根据采集数据与设定值的比对实现增氧机开关、水位控制阀的自动控制。在能效分析方面，安装2 块智能电表实现设备用能分析，电能供给方面用光伏板储能发电，做到发电量原地消纳的同时给出农户节能节水建议[12]。在安全管理方面，共计安装8 个摄像头和8 台公放，实现园区全可视化监控。同步投资1 套水稻种植追溯系统，对作物生长进行跟踪分析，深挖作物生长潜力。

图2 物联网平台各功能实现的技术路线图

3 稻渔空间生态观光园智慧物联平台展示

稻渔空间生态观光园智慧物联平台系统构建包括1 个平台（物联服务平台），2 套系统（监测系统、控制系统），2 个端口，可实现立体监测、远程控制、策略控制、能效分析和安全管理五大功能。其系统结构图如图3所示。

图3 智慧物联平台系统结构图

监测系统由稻水监测、虫情监测以及物联称重设备、水质信息传感器、气象站以及物联网电子秤组成。设备均通过无线采集终端以GPRS/4G 方式将采集数据传输至监控中心指导生产。图4为水质监测系统，图5为气象监测系统。

图4 水质监测系统

图5 气象监测系统

控制系统由水闸、增氧机、投料机等设备组成，可以实现管理人员对设备的远程控制。通过设定数据阈值或作物生长模型关联实现自动启停。图6为增氧机、图7为控制阀。

图6 增氧机

图7 控制阀

图8为物联网控制柜，主要实现前端电机接入以及后端平台联动，实现设施的智能化控制。

图8 物联网控制柜

综上，物联网平台实现了稻渔空间生态观光园区地块数据、监测数据、物联网数据、农产品数据等多源信息的集合展示，以及智慧农业管理和业务空间数据远程可视化管理。

4 结 语

稻渔空间生态观光园智慧物联平台建设充分利用地方资源优势，秉持“以种带养、以养促种”的种养循环发展理念，以循环农业为技术路线、以“无污染零排放”为技术特点，构建一种可持续的农业耕作模式。在贺兰县农业发展的道路上提供了新的引领，探索了新途径，形成了新格局，摸索了新办法，建立了新机制。

（1）将电力能源服务与新兴物联网技术相结合，开拓了农村市场企业化用能服务的蓝海市场。拓展乡村观光农业产业电气化，促进乡村产业电能替代和用能结构转变，实现了乡村用电增供扩销。

（2）预计园区资源成本较同期节约20%，人工成本较同期节约10%，农户收入较同期增长7%左右，水资源同比利用率预计可提升15%，水稻年产量预计可以同比提升6%。