物聯網技術在稻漁空間生態觀光園中的應用

任凱德，董 雪

（國網寧夏電力有限公司賀蘭縣供電公司，寧夏 銀川 750011）

0 引 言

寧夏稻漁空間生態觀光園位于銀川市賀蘭縣境內，是寧夏標志性的稻漁種養融合基地。近年來，隨著我國經濟的迅速發展，進一步推動了我國農業的發展。稻漁空間生態觀光園利用地方資源稟賦，采用現代多種傳感器和物聯網技術，并結合大數據、人工智能對其進行全方面的監測，實現了水資源的集約利用，大大提高了稻漁種養的綜合利益，為寧夏現代農業發展提供了可靠的依據[1]。因此，以稻漁空間生態觀光園為例，采用物聯網技術打造寧夏第一個鄉村物聯平臺具有重要意義。

目前，基于物聯網技術對稻漁空間生態觀光園多方位智慧監測的研究文獻較少，已有文獻分別從物聯網技術在農業數據采集、農作物的生長環境監測、農作物病蟲害監測等方面進行研究。文獻[2]主要利用物聯網技術實時監測農作物的生長情況和一系列環境參數，從而將農作物的實時生長狀況進行反饋，實現農作物生產效率最大化。文獻[3]介紹了物聯網技術在農作物病蟲疫情監測網絡中的應用，隨著農業信息化程度的改善，極大地提升了重大病蟲疫情檢測系統自動化預警水平，促進糧食增產。文獻[4]采用物聯網技術在使用節水灌溉功能時，可以快速高效地收集農田和農作物的詳細信息，并將獲得的信息進行歸納整合后通過無線通信技術傳至物聯網平臺，對其進行動態監測。雖然以上文獻對物聯網技術在農業中的應用都做了研究，但是只研究了該技術在農業發展中的部分作用，研究內容比較單一。所以，基于物聯網技術、大數據、云計算等相關方法對稻漁空間生態觀光園智慧監測和控制尤為重要。

1 物聯網技術在稻漁空間生態觀光園的應用概述

1.1 物聯網技術

物聯網技術最先出現于傳媒領域，是數字化信息技術產業的第三次革命[5]。物聯網技術的原理是以信息傳感設備為載體，按照事先約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、監測、采集等功能[6]。物聯網應用中的一項關鍵技術就是利用傳感器來實現對事物的監測與反饋。

1.2 傳感器技術

隨著我國科技水平的逐漸提升，傳感器技術逐漸進入大眾的視野，該技術是實現測試與自動控制的重要環節，其主要特征是能夠準確傳遞和監測出某一性態的信息，并將其轉化為另一個需要的信息。由此可見，傳感器技術作為一種新興技術有利于稻漁空間生態觀光園的動態監測。

1.3 物聯網技術在稻漁空間生態觀光園中的作用

近幾年來，稻漁空間生態觀光園結合自身屬地化優勢迅速發展。由于氣候、水質、土壤等多種因素的變化都會影響農作物的發展，若不能對生態園進行全面智慧監測，則必定會影響其綜合利益。綜上所述，本文利用物聯網技術對生態園進行立體監測、遠程控制、策略控制、能效分析和安全管理，并借助多種傳感器采集氣象、土壤、水質等25 種數據，通過融合數據后進行綜合打分，并反饋至掌上APP，用戶可以采用此數據做進一步種養優化調整[7]。因此，物聯網技術為稻漁空間生態觀光園的發展提供了良好的條件，也為其發展提供了新的方向。

2 稻漁空間生態觀光園智慧物聯系統的重要技術應用

稻漁空間生態觀光園物聯網平臺系統的總體邏輯架構分為用戶層、展示層、應用服務層、數據平臺層、基礎設施層，安全保障體系和標準規范體系，共五大結構層和兩大體系，其結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體框架圖

2.1 結構層和兩大體系的應用

2.1.1 結構層

系統基礎設施層包括首部設施、作物感知設施、環境感知設施和通信設施等基礎設施[8]。其中，首部設施包括水肥一體化過濾系統；作物感知系統有蟲情監測；環境監測系統包括氣象環境監測系統、土壤墑情監測系統和視頻監測系統；通信設施包括灌溉網關、網線設施等[9]。

綜合能源服務平臺主要提供基礎數據服務、業務數據服務和物聯網平臺服務。通過數據服務平臺為應用層管理和數據分析提供保障。其中，基礎數據服務包括數據接入、數據庫、標準規范和數據可視化；業務數據服務包括基礎數據服務、用戶數據服務、設施管理數據、運營數據服務；物聯網平臺服務包括設備接入、數據采集、設備安全和設備控制。

應用服務層主要有試驗基地服務監視/管理設施軟件，系統主要包括：土壤和氣象采集監測模塊、病蟲害監測模塊、農情監測模塊、智慧水肥一體化模塊、策略管理、設備管理、報警預警管理、視頻監控、智慧農業一張圖和農業云平臺等。

展示層主要通過移動端小程序和系統應用服務Web端的試驗基地服務監視/管理設施軟件展示，同時應用智慧農業一張圖實現全局展示。

用戶層主要包括生產農戶、政府監管部門、企業和其他。

2.1.2 兩大體系

安全保障體系是保障系統安全應用的基礎，包括物理安全、網絡安全、信息安全及安全管理等。標準規范體系是支撐項目系統建設和運行的基礎、實現應用協同和信息共享的需要、提高項目建設效率的需要、系統不斷擴充和持續改進的需要。

2.2 軟硬件系統功能建設

稻漁空間生態觀光園建設包含以下內容：一個平臺，兩套系統、兩個端口。一個平臺是稻漁空間種養管理客戶側物聯服務平臺；兩套系統分別是智慧稻漁種養監測系統建設、智慧稻漁種養控制系統建設；兩個端口包括移動端（聚能慧APP）和Web 端。

客戶側物聯平臺硬件包括傳感器設備、蟲情測報燈、袍子捕捉儀、稱重設備、智能廣播系統、防水喇叭、智能電表、液位檢測儀。軟件由遠程控制的實現使技術人員在辦公室就能對稻漁種養基地的環境、水體信息進行監測并可對設備進行控制[10]。采用無線網絡來測量獲得作物、水產的最佳生長條件，可以為精準調控提供科學依據，通過策略系統設定數據閾值或作物生長模型關聯硬件設備，達到增產、改善品質、調節生長周期、提高經濟效益的目的。綜合客戶側物聯平臺硬件和軟件功能可以實現對生態觀光園立體監測、遠程控制、策略控制、能效分析和安全管理等功能[11]。

2.3 基于物聯網平臺各功能的研究

圖2為物聯網平臺各功能實現的技術路線圖。其中，在全面監測方面，共計配置了21 類、102 個傳感器，采集氣象、土壤、水質等25 種數據，實現對稻園區立體化的信息采集和監測，數據融合后進行綜合評定打分，農戶可以借助掌上APP 獲取數據結果，進一步做種養優化調整。在遠程控制方面，共計建設增氧機、投料機、蟲情監測設備等3 類9 臺設備，農戶可通過掌上APP 實現對增氧機、投料機等設備遠程控制。在策略控制方面，通過設備與設備、設備與時間的聯動制定策略，根據采集數據與設定值的比對實現增氧機開關、水位控制閥的自動控制。在能效分析方面，安裝2 塊智能電表實現設備用能分析，電能供給方面用光伏板儲能發電，做到發電量原地消納的同時給出農戶節能節水建議[12]。在安全管理方面，共計安裝8 個攝像頭和8 臺公放，實現園區全可視化監控。同步投資1 套水稻種植追溯系統，對作物生長進行跟蹤分析，深挖作物生長潛力。

圖2 物聯網平臺各功能實現的技術路線圖

3 稻漁空間生態觀光園智慧物聯平臺展示

稻漁空間生態觀光園智慧物聯平臺系統構建包括1 個平臺（物聯服務平臺），2 套系統（監測系統、控制系統），2 個端口，可實現立體監測、遠程控制、策略控制、能效分析和安全管理五大功能。其系統結構圖如圖3所示。

圖3 智慧物聯平臺系統結構圖

監測系統由稻水監測、蟲情監測以及物聯稱重設備、水質信息傳感器、氣象站以及物聯網電子秤組成。設備均通過無線采集終端以GPRS/4G 方式將采集數據傳輸至監控中心指導生產。圖4為水質監測系統，圖5為氣象監測系統。

圖4 水質監測系統

圖5 氣象監測系統

控制系統由水閘、增氧機、投料機等設備組成，可以實現管理人員對設備的遠程控制。通過設定數據閾值或作物生長模型關聯實現自動啟停。圖6為增氧機、圖7為控制閥。

圖6 增氧機

圖7 控制閥

圖8為物聯網控制柜，主要實現前端電機接入以及后端平臺聯動，實現設施的智能化控制。

圖8 物聯網控制柜

綜上，物聯網平臺實現了稻漁空間生態觀光園區地塊數據、監測數據、物聯網數據、農產品數據等多源信息的集合展示，以及智慧農業管理和業務空間數據遠程可視化管理。

4 結 語

稻漁空間生態觀光園智慧物聯平臺建設充分利用地方資源優勢，秉持“以種帶養、以養促種”的種養循環發展理念，以循環農業為技術路線、以“無污染零排放”為技術特點，構建一種可持續的農業耕作模式。在賀蘭縣農業發展的道路上提供了新的引領，探索了新途徑，形成了新格局，摸索了新辦法，建立了新機制。

（1）將電力能源服務與新興物聯網技術相結合，開拓了農村市場企業化用能服務的藍海市場。拓展鄉村觀光農業產業電氣化，促進鄉村產業電能替代和用能結構轉變，實現了鄉村用電增供擴銷。

（2）預計園區資源成本較同期節約20%，人工成本較同期節約10%，農戶收入較同期增長7%左右，水資源同比利用率預計可提升15%，水稻年產量預計可以同比提升6%。