物聯網云技術在德清縣現代農業園區的應用分析

◎ 陸小仙 德清縣對河口水庫管理局張世亮 費丹丹 德清縣水利工程管理所段永剛 浙江水利水電學院

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物聯網云技術在德清縣現代農業園區的應用分析

◎ 陸小仙 德清縣對河口水庫管理局張世亮 費丹丹 德清縣水利工程管理所段永剛 浙江水利水電學院

近年來，隨著我國現代農業的快速發展，對水資源、化肥、農藥等資源的有效利用提出了更高的要求。鑒于此，浙江省德清縣提出建設基于物聯網云技術在現代農業園區的應用，以實現德清縣現代園區的智能化灌溉，提高灌溉管理水平，節約人力資源，同時最大限度的節約灌溉用水，提高水資源的利用率。

物聯網 云技術 現代農業 應用

1.引言

我國是農業大國，但不是農業強國，由于農藥化肥的大量使用，導致環境破壞嚴重，給農業的可持續發展帶來了嚴峻挑戰。在此背景下，國家為了加強對現代農業的科學化管理，提出了將物聯網技術應用到農業生產中，將種植設施、養殖情況、生長情況、農產品追溯、生態環境監控等應用到物聯網中，讓顧客在網絡上就可以了解到該食品的整個生產過程，對現代農業的發展必將起到積極的作用。

鑒于此，浙江省德清縣擬以2011年和2012年中央財政小型農田水利重點縣項目——禹越鎮大禹生態蔬菜基地高效節水灌溉工程為基礎，采用物聯網云技術技術建立一套集自動控制技術、傳感器技術、通訊技術、計算機技術為一體的農業園區智能化微灌系統，以實現德清縣現代園區的智能化灌溉，提高灌溉管理水平，節約人力資源，同時最大限度的節約灌溉用水，提高水資源的利用效率。

2.項目實施的必要性和可行性

近年來，浙江省水利事業取得巨大成就的同時也意識到本省在高效節水灌溉方面的發展相對遲緩。農業的戰略地位與農業的經濟價值不相匹配，農業總產值占GDP比重3％，農民家庭收入中農業收入所占比例不到15％，所以推動高效節水灌溉勢在必行。

浙江省水利事業取得巨大成就的同時也意識到在高效節水灌溉方面的發展相對遲緩。農業的戰略地位與農業的經濟價值不相匹配，農業總產值占GDP比重3％，農民家庭收入中農業收入所占比例不到15％，所以推動高效節水灌溉勢在必行。

噴微灌面積所占灌溉面積比例，浙江省為7.5％，人口密度和自然條件相近的韓國為65％、日本為25％，土地貧瘠水資源匱乏的以色列，充分應用噴微灌創造了發達農業的奇跡。再經過5～10年發展，浙江省能夠達到或接近韓國、日本的經濟水平，噴微灌技術的應用水平也應當同步提升，浙江省水土資源稟賦較以色列明顯優越，有條件創建全國現代農業的典范。基于此，浙江省政府為了延續和擴大“百萬畝噴微灌”應用成果，和貫徹落實2015年中央一號文件有關“大力推廣節水技術，全面實施區域規模化高效節水灌溉行動”精神和《浙江省人民政府辦公廳關于加快推進高效節水灌溉工程建設的意見》（浙政辦發〔2015〕3號），浙江省水利廳、浙江省農業廳、浙江省林業廳、浙江省發展和改革委員會、浙江省財政廳、浙江省國土資源廳決定組織《關于開展高效節水灌溉工程總體建設方案編制工作的通知》（浙水農〔2015〕15號）。旨在2016～2020年實施 “四個百萬工程”，即“百萬畝坡耕地雨水集蓄旱糧噴灌工程，百萬畝農業園區智能化標準型微灌工程，百萬畝林園地經濟型噴灌工程和百萬畝水稻區管道灌溉工程”，以高效節水灌溉技術引領農業生產方式進一步轉型升級。

截至2013年底，浙江累計建成驗收的現代農業園區面積已達174萬畝，未來幾年里有望突破500萬畝。在高端技術集成的現代園區影響下，由農民組織經營的農業園區更適合發展標準型微灌，也能更好地推動現代農業技術的發展。該示范項目實施有助于推進德清縣“四個百萬畝”項目實施，尤其是對“百萬畝農業園區智能化標準型微灌工程”具有舉足輕重的作用。

3.項目實施技術路線

德清縣現代園區示范項目建設，擬建立一套集高度自動化控制技術、傳感器技術、通訊技術、計算機技術為一體的農業園區智能化標準型微灌系統，實時采集灌溉點的土壤濕度、溫度、CO2濃度和光照強度，通過對現場控制柜中“遠程/現場”切換開關的掌控；建成云服務平臺，實現灌區電磁閥就地手動、遠程計算機和手機自動開閉的功能；實現智能化灌溉，提高水資源的利用率。

3.1智能化灌溉系統的設計架構

本項目是一個集成的物聯網智能系統，采用“分層設計、模塊構建”的設計思路，劃分不同功能模塊的邏輯架構，描述系統主要接口，以保證系統結構的合理性、可擴展性，具體應用架構如下圖所示。

平臺應用架構分為4個層次，依次是感知控制層、網絡傳輸層、數據處理層和服務應用層，下面就各層進行詳細說明。

（1）數據采集層。感知控制層主要實現物理信息的采集、終端設備的控制。信息采集通過各類傳感器、采集節點實現；設備控制通過控制節點實現。

（2）網絡傳輸層。網絡傳輸層將采集的物理信息傳輸到服務平臺軟件，并將服務平臺軟件的控制命令傳輸到終端設備。

傳感器與采集節點之間通過RS-485接口連接，采集節點、控制節點與網關之間通過ZigBee網絡連接，網關通過Wi-Fi接入局域網和因特網。

（3）數據處理層。數據處理層為網絡傳輸的數據提供接收、存儲、統計、搜索、呈現功能。主要功能在云端實現，通過云服務器實現遠程控制管理。

（4）服務應用層。系統通過服務應用層向用戶提供各項服務功能，包括：設備控制、環境感知、物聯網設備管理和系統管理。

3.2智能化灌溉系統在現代園區工作原理

該灌溉系統，需要通過設施作物對光、溫、水、肥、氣等環境參數的要求，選用適合設施作物生產管理物聯網技術要求的傳感器，并通過無線網絡技術或現場總線技術組成傳感網絡；溫室測控無線傳感網采用分層網絡結構，單個溫室作為無線傳感網的一個測量控制區，傳感器節點和控制節點進行自組織組網，節點間信息傳遞采用多跳路由協議，所有傳感器節點的數據經由網關到達控制中心，對溫室環境的調控信息經由網關反饋到控制節點，對閥門、風機、溫度調節設備等進行控制，從而實現溫室環境的無線測控。應用基于物聯網的設施蔬菜生產智能管理與決策系統，實現溫室大棚內蔬菜生長環境的自動監測和遠程傳輸、數據采集和處理、設施環境的智能調控、蔬菜生長模擬與預測、栽培方案的制訂與優化等。構建現場控制、遠程監控、智能農業物聯網平臺三級信息傳輸網絡體系，實現設施作物生產的遠程監管，確保信息傳輸實時、安全、穩定。

圖1　平原現代農業園區智能化節水灌溉系統應用架構設計圖

圖2　平原現代農業園區智能化節水灌溉系統網絡架構設計圖

圖3　示范設施大棚智能灌溉系統詳圖

4.預期成果

該項目示范成果可廣泛應用于蔬菜、花卉、草莓、西甜等高效節水灌溉生產過程，尤其對浙江省政府提出的“四個百萬畝工程”具有推動作用。本示范項目可在“百萬畝農業園區智能化標準型微灌工程”進行推廣，示范成果擬在浙江省范圍內推廣應用，這將極大的促進浙江省現代農業的發展。

［1］李瑾，郭美榮，高亮亮.農業物聯網技術應用及創新發展策略［J］.農業工程學報，2015.31（Z2）:200-209.

［2］周小波.基于物聯網技術的設施農業在線測控系統設計［J］.太原科技大學學報，2011.32（3）:182-185.

［3］秦懷斌，李道亮，郭理.農業物聯網的發展及關鍵技術應用進展［J］.農機化研究，2014.（4）:246-252.

浙江省2015年農業產業技術創新與推廣項目：基于物聯網云技術在現代農業園區的示范應用。】