智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)初步設(shè)計

劉強

為了更好將現(xiàn)代信息技術(shù)、計算機與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無線通信技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理上實現(xiàn)應(yīng)用，促進現(xiàn)代信息技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)有機結(jié)合，加快農(nóng)業(yè)的提檔升級，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)引領(lǐng)帶動當?shù)噩F(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技進步和示范應(yīng)用，我們設(shè)計了阿勒泰地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)方案。該方案主要依靠遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、視頻監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)、智能專家決策系統(tǒng)、智能裝備自動控制系統(tǒng)。

1項目功能

智慧農(nóng)業(yè)示范重點是要打造示范宣傳展示、生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測和控制的功能。對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，通過專家系統(tǒng)分析，系統(tǒng)利用自動操控設(shè)備保證農(nóng)作物處于最佳的生長環(huán)境條件，從而達到增產(chǎn)增收，節(jié)約人力成本的目的。同時，自動控制設(shè)備廣泛應(yīng)用也減輕了勞動強度。

宣傳展示主要包括園區(qū)短片、重點區(qū)域360°實景和生產(chǎn)過程實時監(jiān)控等內(nèi)容。

生產(chǎn)控制主要通過監(jiān)控、傳感及控制設(shè)備，實現(xiàn)作物栽培農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管控，通過對環(huán)境變量的采集讓系統(tǒng)自動控制各種現(xiàn)場設(shè)備為農(nóng)作物提供更優(yōu)質(zhì)的生長環(huán)境，達到增產(chǎn)增收、節(jié)約人力成本的目的。

2項目分析

阿勒泰地區(qū)位于新疆北端，阿爾泰山南麓，介于東經(jīng)85°31′73″～91°01′15″、北緯45°00′00″～49°10′45″之間，地處歐亞大陸中心腹地，遠離海洋，屬于中溫帶大陸性氣候區(qū)。這里冬季漫長而寒冷，夏季短促、氣溫平和，無霜期平均為151天。考慮阿勒泰地區(qū)的氣候特點，再結(jié)合該地區(qū)有較好的畜牧業(yè)基礎(chǔ)，我們決定在示范基地種植鮮食玉米。鮮食玉米不僅能改善居民膳食結(jié)構(gòu)，而且玉米秸稈又是畜牧業(yè)比較好的青貯飼料基質(zhì)。同時，示范基地依靠銷售鮮食玉米和青貯秸稈可產(chǎn)生比較高的土地附加值。

3設(shè)計原則

以實用為基礎(chǔ)，用成熟技術(shù)做保證。遵循技術(shù)和功能匹配、設(shè)備和技術(shù)匹配、硬件和軟件的匹配。具體設(shè)計原則表現(xiàn)為：

（1）可行性和適應(yīng)性原則：要保證技術(shù)上可行，經(jīng)濟上可能，并能滿足今后不斷發(fā)展的需要。

（2）實用性和經(jīng)濟性原則：項目建設(shè)出發(fā)點堅持面向應(yīng)用，注重實效的方針，堅持實用、經(jīng)濟的原則。

（3）先進性和成熟性原則：項目設(shè)計既要采用先進的理念、技術(shù)和方法，又要考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備的相對成熟性。示范區(qū)要反映當今的先進水平，還要具有進一步發(fā)展空間。

（4）開放性和標準性原則：考慮到系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備的后續(xù)運行維護升級問題，必須追求系統(tǒng)的開放性和標準性。

4智慧農(nóng)業(yè)管理

4.1智慧農(nóng)業(yè)的總控制中心

該中心設(shè)有控制平臺和網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。該中心主要用于示范區(qū)生產(chǎn)的總體控制，形象展示、綜合接待、技術(shù)培訓及辦公等。

我們設(shè)計有4K高清拼接大屏可以實時顯示和控制示范區(qū)畫面及相對應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，通過專家系統(tǒng)不僅可以提供實時控制方案，還可以遠程提供種植技術(shù)指導與服務(wù)工作。達到可視化的農(nóng)事、種植管理一體化指導過程。

4.2智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制

建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制，體現(xiàn)在對作物生長過程控制功能，主要包括對耕整地、施肥、播種、中耕除草、青食玉米采摘、秸稈青貯全程的精準管理控制。

它依托傳感器采集到的數(shù)據(jù)、圖像各種信息，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳到控制中心，再利用專家系統(tǒng)分析指導加以管控。

通過傳感器對土壤氮、磷、鉀及中、微量元素養(yǎng)分進行測試，了解土壤養(yǎng)料狀況，是否滿足作物生長需要;通過傳感器采集土壤溫度、濕度和采集大氣溫度、濕度、二氧化碳濃度、風向、風速，實時掌握土地狀況和環(huán)境天氣情況;通過視頻監(jiān)測系統(tǒng)還可以實時遠程觀測作物生長狀況;通過視頻監(jiān)測病蟲害狀況等，實時視頻監(jiān)控收獲、青貯過程。

總控中心根據(jù)生產(chǎn)控制過程上傳的各類數(shù)據(jù)，由智能專家決策系統(tǒng)形成作物生產(chǎn)全程作業(yè)指導。從而實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析。再實時通過電話、微信、短信或郵件形式發(fā)送給操作人員。

操作人員通過智能裝備，即可實現(xiàn)自動控制智能作業(yè)。比如通過自動系統(tǒng)對大田灌溉的水肥進行調(diào)控，達到

精準灌溉和施肥，不僅節(jié)肥節(jié)水，而且省工省力;由于精確灌溉，種植環(huán)境的濕度降低，還可以減輕作物病害的發(fā)生率，達到高質(zhì)增產(chǎn)的效用。

4.3農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)控制

主要通過高清攝像頭、空氣傳感器采集冷庫內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，觀察和自動控制冷庫制冷機組，實時達到調(diào)節(jié)儲存鮮食玉米的溫濕度具體要求。

4.4智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)備選配

智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)系如下圖所示。

圖示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)圖示范區(qū)的主要設(shè)備配備原則都是選用標準的主流產(chǎn)品。考慮阿勒泰氣候干燥、冬季嚴寒特點，設(shè)備都要具備抗低溫、防水等功能。必要時要為重點設(shè)備架設(shè)棚罩。表主要設(shè)備選擇

序號類別名稱1專用傳感器二氧化碳濃度傳感器空氣溫度/濕度傳感器風速傳感器風向傳感器土壤水分傳感器土壤溫度傳感器土壤肥力電導率傳感器 土壤酸堿度傳感器2視頻監(jiān)測農(nóng)業(yè)專用高清槍機農(nóng)業(yè)專用高清全景球機交換機、電源、顯示器立桿3土壤養(yǎng)分速測儀4冷鏈控制系統(tǒng)5水肥一體機6無人機7智能專家決策軟件系統(tǒng)8質(zhì)量追溯系統(tǒng)。