基于物聯網技術的水肥一體化管理系統案例研究

許衍會

摘 要 為推動農業信息化建設，本文以JJR公司為對象研究基于物聯網技術開發水肥一體化管理系統，通過傳感設備對農作物生長數據及環境數據的采集、統計和分析，對農作物的狀態提供實時監控，用戶可在PC端、微信上獲取可視化數據，借助科學化數據化分析及遠程操作，實現科學的灌溉和施肥方案。

關鍵詞 物聯網;水肥一體化;農作物;管理系統

JJR公司通過利用物聯網、云計算、大數據等技術自主開發了智能水肥一體化管理系統。公開數據顯示該系統已成功在國內外近百畝農場上得到應用，與傳統灌溉、施肥相比，水肥可節約40%至50%，每畝增收增產超10%。本文結合JJR公司在水肥一體化管理系統的實踐，研究物聯網為核心的新興技術在農作物管理中的應用，旨在有效提升農作物種植管理的智能化水平。

1JJR水肥一體化系統概述

JJR水肥一體化管理系統（以下簡稱“JJR系統”）通過集成國際領先的水肥一體化設備，采用先進的灌溉技術，結合物聯網遠程控制、地理信息系統、土壤氣象墑情監測等技術，構建出一套完備的農作物智能服務體系，實現了對農作物生長環境的實時監控、水肥灌溉遠程控制、農業數據采集分析等功能，實現農作物全周期的標準化作業。

物聯網技術在JJR系統中起到非常關鍵的作用，從感知層、網絡層到應用層都離不開物聯網技術，JJR系統不僅實現了農作物的生態監控和水肥遠程控制功能，而且提供專家診斷功能[1]。

2系統分層架構設計

2.1 系統感知層

感知層采用傳感裝置來收集農作物環境信息，包括感知環境、采集數據的傳感器，用于獲取環境信息。

JJR系統感知層采用自主研發的JJR潤土、JJR捷氣及攝像頭等設備，潤土主要用于獲取田間數據，包括土壤溫度、濕度、鹽分等;捷氣主要用于采集生態環境及氣候要素;攝像頭感知終端支持在線畫面實時終端接入，可對農作物現場進行遠程監控，用于農作物及農田的實時監控，實時采集數據信息。

2.2 系統傳輸層

傳輸層負責對傳感器數據收集、傳送上云服務，該層主要包括與感知層設備的有線連接、無線連接及網關。在系統傳輸設計上，將文本轉化為二進制數據方法再進行傳輸，以減少流量，且將一定時間內的監測數據合并傳輸，減少發送次數、降低電量消耗。

JJR系統傳輸層采用電力載波通信技術和物聯網無線技術，在電力載波通信技術通信距離遠、抗干擾強、信號和電源同一傳輸介質且技術成熟，物聯網無線技術通信距離遠、抗干擾強、擴頻載波、低功耗、多節點、全球免費頻段、成本低且拓展便利，節點容量大，覆蓋范圍廣，兩種技術各有優劣，通過優勢互補，JJR公司采用自主開發的傳輸設備JJR-精靈，集成了GPRS、3G、4G、有線等傳輸功能，為系統傳輸層提供穩定服務[2]。

2.3 系統后臺支撐層

JJR后臺支撐層核心之一是云服務系統，JJR公司與全球領先的云服務提供商阿里云開展深入合作，在自建私有云基礎上，將水肥一體化管理平臺采集的海量數據使用阿里云云服務進行存儲、管理和分析處理，數據安全，穩定性強，數據遷移、備份、恢復便捷，且根據數據規模隨時擴充服務器容量，按需配置;提供數據挖掘服務，利用阿里云云計算分布式處理技術對數據進行挖掘，數據處理高效，及時向客戶端提供數據分析結果及預警服務;提供多賬號權限分級，根據業務要求和權限設置差異化的功能操作和數據展示，向客戶端提供API接口，為用戶提供數據展示和管理界面。

JJR后臺支撐層另外一個核心是大數據分析平臺，基于JJR農業監控平臺采集的數據，大數據分析平臺進行數據處理，建立設備運行監控、土壤肥力、水肥用量、作物生長、氣象數據等模型，從而更好地根據土壤的養肥含量和作物的需水需肥規律，進行全生育期精準水肥灌溉，在保產保量的同時，節水、節電、省肥、節勞力，指導農產品標準化生產，提高集約經營水平。

（1）設備運行監控模型 通過記錄每一次設備的操作行為，經統計分析，將人工經驗與機器學習相結合，從而運算生成更 高效、合理的灌溉方案。

（2）作物生長模型 通過記錄作物全生長周期的用水、施肥、噴藥等數據，不斷進行機器修正后，與農藝指標、監控圖像數據分析相結合，最終得出作物的標準化種植模型。

（3）氣象模型 通過氣象監測站獲取的數據以及遙感衛星的分析支持，做到小范圍的“靶向預測”，指導生產作業。

（4）系統應用層

用戶通過API接口可以在PC端或微信上隨時查看經云端分析處理的圖形化數據，用戶可根據系統提示進行遠程操作管理，例如，經分析采集到的土壤和天氣溫濕度傳感器的數據，農作物需要進行灌溉的，應用層會發出灌溉預警，用戶收到系統提示后，可在web端或者微信端進行遠程灌溉操作;此外，借助于攝像終端，應用層可以獲得農作物的實時畫面，實現農產品溯源、遠程指導種植戶生產作業等功能[3]。

3結束語

JJR公司自主研發的水肥一體化管理系統經過多年的實踐和完善，得到了國內外眾多合作方的認可，一定程度上推動了智慧農業灌溉領域的發展，但是要看到物聯網技術還在不斷發展，物聯網設備的精準度還需要進一步提升，此外，農業數據的缺乏，成熟的農作物生長模型還需進一步完善。

智能灌溉只是智慧農業的一部分，JJR公司目前已經推出“螞蟻數據農場”項目，集農場規劃、種植方案、農業金融、農化服務、水肥一體化、農產品銷售等為一體，依托數據支持，借助物聯網、云計算、AI、區塊鏈等新興技術，整合先進的農業技術、資金、市場等各類要素，通過新技術和新模式構建智慧農業新格局，破解行業痛點難點，助力中國農業的發展。

參考文獻

[1] 范鳳翠，李志宏，王桂榮，等.國外主要國家農業信息化發展現狀及特點的比較研究[J].農業圖書情報學刊，2006，18（6）：176-177.

[2] 張民，陳鵬.中國農業物聯網：現狀、挑戰及思考[J].中國科技投資，2012（9）：40-41.

[3] 劉強，崔莉，陳海明.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學，2010， 37（6）：3-4.