基于IOT 云平台的智慧农业联动系统*

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（山西机电职业技术学院，山西 长治 046011）

我国是农业生产、农作物耕种大国，而非农业机械化、智能化普及应用强国[1]。农作物大田、水果种植园、日光温室、春秋大棚的高产量主要依赖于农药、无机化肥的大量使用和投入，土壤板结、环境污染情况时常发生[2]，水肥利用率低、无机物流入水体造成水资源污染，由此导致的农户经济损失及环境污染代价沉重。

1 智慧农业发展背景

现阶段，我国北方地区多数果蔬生产主要依靠种植户的生产经验及精心管理，农业生产缺乏系统科学的可持续指导。为了实现农业生产的科学化、效率化，应优化农业设施的生态环境控制方式、环境监控信息获取渠道，这是提高农业生产效率的重要途径之一[3-5]。IOT 云平台节点由大量精度高、功耗低的智能传感器组成，可以实时监测、感知、采集多种环境信息，并对采集的指标进行及时有效处理[6]。

2 智慧农业发展政策

国家先后出台了《中共中央 国务院关于实施乡村振兴战略的意见》《数字农业农村发展规划（2019—2025 年）》《“互联网+”农产品出村进城工程试点工作方案》等支持智慧农业发展的政策。

地区政策支持力度也在加大。如长治市人民政府办公室发布《长治市支持第一产业高质量发展补充政策》（长政办发〔2022〕21 号），要求深入实施“特”“优”战略，夯实现代农业发展基础，推进第一产业高质量发展，确保实现农业稳产保供，在执行《长治市支持第一产业高质量发展补贴政策》（长政办发〔2021〕29 号）的基础上，制定地方补充奖补政策：在设施农业、规模化畜禽养殖场、种子种苗繁育基地、粮油种植、撂荒地复耕复种等方面制定具体的补贴措施，例如新完成智能化改造且实现温度、湿度、光照、肥水等自动化管控的日光温室、覆被式全钢架大棚和连栋大棚，每亩补贴1万元。

3 智慧农业监测架构

3.1 智慧农业监测的功能

通过对农业大田、蔬菜大棚主要环境数据的实时监测及监控，巡线数据的实时上传查询，监测数据的智能结果分析，可实现实时了解阈值状态并做出预测预警，为科学决策提供依据[7]。监测的主要任务包括：

1）采用实时监测技术，监测大田的二氧化碳、光照、温湿度的变化情况以及土壤含水率、土壤温度、土壤肥力等情况；

2）采用监测数据管理系统，对监测数据进行接收、管理、曲线成图、报警等；

3）农业监测数据管理系统可实现农业数据管理中心、云数据中心以及总站数据中心的数据共享。

3.2 IOT智慧农业管理云平台

根据多年来对农业生产需求的摸索，山西机电职业技术学院机械工程系现代农业制造团队自主研发设计了智能化农业管理平台。该平台结合农产品生长需求，利用大数据、物联网、移动互联数据传输技术，改变传统农业生产现状，提供环境监控、资源整合、数据集成化管理以及农业营销社交等服务，提升农业产前、产后效率，打造一个全方位、高集成度的智能农业大数据管理平台[8]。

3.3 系统的功能实现

1）实现数据库的交互；

2）根据农业大数据研究的个性化需求，形成一系列发布数据的机制，将数据采集的相关程序设计完善，部署在平台上周期运转；

3）数据的浏览，对数据进行查询、展现、基础统计分析等初步应用；

4）实现农业大数据分析人员的交流；

5）建立起农友圈，通过农业信息的交流，推动涉农行业的共同发展；

6）建立农业互助平台，开设农业专家问答及农业信息整合平台，打破农业传统的经营经验交流模式；

7）打造农业电商平台，增加农业收入。云平台管理服务流程如图1 所示。

图1 云平台管理服务流程

3.4 本研究云平台的知识产权备案

本研究获得的知识产权有：智慧农业构件自动化系统（2022SR1145942）、积木式智慧农业系统（2020SR1147314）、智慧农业IOT 应用系统（2021SR1491816）、一种智慧农业积木式采集系统（2021SR1491837）。

4 监测系统云平台应用

4.1 监测系统云平台界面

本监测系统坚持经济实用、科学先进的原则，根据规范要求，监控内容有：

1）智慧大棚环境监测系统、大田环境监测系统；

2）土壤墒情监测系统，虫情、苗情监测系统；

3）水肥一体系统、视频监控系统；

4）农业大数据平台系统。

4.2 智慧大田环境监测

本系统数据采集采用高度集成的传感器，芯片全量程标定485 输出，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

山西机电职业技术学院机械工程系现代农业制造团队自主研发数采系统，集显示、上传、控制功能于一体，可与市面上常见的传感器连接。设备数据采用7 寸触摸中控屏实时显示，并可通过内置5G 传输模块上传至农业大数据管理系统。同时，监测平台可发出命令控制继电器，实现大田浇灌、电机联动、设备开启和关闭等功能，为植物营造最佳的生长环境。

4.2.1 传感器监测点位设计流程

传感器监测点位设计流程为：运用气体质量和监测点建立监测网→建立工作基点，安装农业主机设备→数据自动采集及传输→通过对数据的处理、对比，分析大田、大棚的环境情况→通过环境情况自动做出预警，实现大田、大棚硬件设备的运行和关闭→绘制数据分析曲线图，提交资料。

4.2.2 设备安装要求

设备安装要求为：1）远离大功率无线电发射源；2）远离高压输电线和微波无线电传送通道；3）尽量靠近数据传输网络；4）远离强电磁干扰。

4.2.3 环境参数传感器

通过与农业主机相连，可做到将大田、大棚的空气温湿度、光照、二氧化碳、土壤温湿度、土壤pH值、土壤EC值等数据，上传至农业主机，通过云平台中控屏查看实时数据。同时，通过智慧农业大数据平台系统，可在Web 端或手机App、小程序查看数据。平台连接农业主机监测数值如表1所示。

表1 平台连接农业主机监测数值

4.2.4 设备特点

设备特点为：1）一体式设计，高度集成化，安装工艺简化，安装方便；2）低功耗设计，极大延长续航时间；3）云服务功能，实时掌控接收机状态以及外部供电状态；4）远程控制功能，可以通过网页云端实现控制。

4.3 土壤墒情监测

土壤墒情监测主要通过土壤墒情传感器，搭配太阳能供电系统实现全天候不间断监测。现场远程监测设备自动采集土壤墒情实时数据，并利用5G 无线网络实现数据远程传输；监控中心自动接收、存储各监测点的监测数据到数据库中[9]。

4.4 虫情、苗情监测

4.4.1 监测原理

通过对农田进行农业物联网传感器布局，对整个农业生产过程中的播种、施肥、采摘等各个环节进行监控，从而方便管理人员远程在线查看农作物生长状况，方便质量监督检验检疫部门、上级主管部门对生产过程的有效监督和及时干预，方便信息技术管理人员对现场数据信息和图像信息的获取、备份和分析处理。视频监控系统也为以后获取生物信息提供了必要的基础条件[10]。

4.4.2 监测点位设计流程

监测点位设计流程为：根据实地情况和监测点建立监测网→根据实地情况确定红外虫情测报灯和摄像头整体安装设计和布局→数据自动采集及传输→通过对抓拍数据的分析、比较，分析虫子种类情况，并对虫情做有效预测→通过视频监控系统有效地分析和判断农作物长势，判断苗情→通过大数据平台分析，减少人为干预。

4.4.3 设备安装要求

设备安装要求为：1）远离大功率无线电发射源；2）远离高压输电线和微波无线电传送通道；3）尽量靠近数据传输网络；4）远离强电磁干扰。

5 结束语

智慧农业系统可实现对园区农业环境数据及苗情、虫情数据等的可视化展示，可远程查看和管理采集数据。通过平台设定环境数据预警值，系统自动预警，生成预警事件，通过手机短信及网页报警提示管理人员及时进行处理和控制。IOT 云平台可将大田和大棚空气温度、湿度、二氧化碳浓度等环境监测数据以及环境预警事件信息以图表、曲线的形式形成统计报表，管理人员据此做出科学合理的作物生长管理、分析与决策。