农业物联网应用手册.docx

农业物联网应用手册一、概述农业物联网是指将物联网技术应用于农业生产、管理、经营和服务等环节，通过传感器、智能设备、网络通信等技术手段，实现农业生产环境的实时监测、智能控制、精准管理，提升农业生产效率、资源利用率和农产品质量本手册旨在为农业从业人员提供农业物联网应用的指导，涵盖系统组成、应用场景、实施步骤等内容二、系统组成农业物联网系统主要由以下部分组成：（一）感知层1. 传感器网络：用于采集农业生产环境中的各种数据，如土壤温湿度、光照强度、空气湿度、pH值等2. 智能设备：包括摄像头、智能灌溉设备、智能通风设备等，用于实现对农业生产的自动控制二）网络层1. 通信网络：通过无线通信技术（如WiFi、蓝牙、LoRa等）或有线通信技术（如光纤、以太网等）将感知层数据传输至处理层2. 数据传输协议：确保数据传输的稳定性和实时性三）平台层1. 数据采集与处理：对感知层数据进行采集、清洗、存储和分析2. 应用服务：提供数据可视化、智能控制、远程监控等功能四）应用层1. 农业生产管理：实现农田灌溉、施肥、病虫害防治等智能化管理2. 农产品溯源：通过物联网技术实现对农产品的生产、加工、销售等环节的全程追溯。

三、应用场景农业物联网应用场景广泛，主要包括以下几个方面：（一）智能温室1. 环境监测：实时监测温湿度、光照强度、CO₂浓度等环境参数2. 自动控制：根据环境参数自动调节通风、灌溉、补光等设备3. 作物生长管理：根据作物生长需求进行精准施肥、灌溉等管理二）精准农业1. 土壤监测：通过传感器网络实时监测土壤温湿度、养分含量等数据2. 精准施肥：根据土壤养分数据，实现按需施肥，提高肥料利用率3. 病虫害预警：通过图像识别技术，实时监测病虫害发生情况，及时采取防治措施三）水产养殖1. 水质监测：实时监测水体中的溶解氧、pH值、氨氮等水质参数2. 自动投喂：根据鱼类生长需求，自动调节投喂量和投喂时间3. 环境控制：通过智能增氧、调温设备，保持良好的养殖环境四、实施步骤农业物联网系统的实施可以分为以下几个步骤：（一）需求分析1. 明确应用场景和目标：确定需要解决的生产管理问题，如提高产量、降低成本等2. 选择合适的技术方案：根据需求选择合适的传感器、智能设备和通信技术二）系统设计1. 确定系统架构：包括感知层、网络层、平台层和应用层的具体设计2. 选择合适的硬件和软件：根据系统需求选择合适的硬件设备和软件平台。

三）设备部署1. 安装传感器网络：根据农田布局，合理部署传感器，确保数据采集的全面性和准确性2. 安装智能设备：根据需求安装智能灌溉设备、通风设备等，实现自动化控制四）系统调试1. 数据采集测试：确保传感器数据采集的稳定性和准确性2. 通信网络测试：确保数据传输的实时性和稳定性3. 应用功能测试：测试系统各项功能是否满足生产管理需求五）系统运维1. 定期维护设备：检查传感器和智能设备的运行状态，及时更换损坏设备2. 数据分析与管理：对采集的数据进行分析，优化生产管理策略3. 系统升级与扩展：根据需求进行系统升级和功能扩展，提高系统性能三、应用场景 （续）（一）智能温室（一）(续) 环境监测1. 具体监测参数与设备选型： (1) 土壤参数： 需要部署土壤湿度传感器（如电阻式、电容式）、土壤温度传感器、土壤EC/pH传感器根据作物类型和生长阶段，合理布设传感器深度（如表层5cm、根区15-20cm、深层30-40cm）选择防水、耐腐蚀的传感器，并定期清洗或更换 (2) 空气参数： 安装温湿度传感器（测量空气温度和相对湿度），CO₂浓度传感器（尤其在夜间或通风不良时，监测光合作用需求）。

传感器应放置在能代表棚内整体环境的位置，避免靠近通风口、门口或设备散热处 (3) 光照参数： 使用光合有效辐射（PAR）传感器或照度传感器（Lux），测量作物光合作用所需的光能PAR传感器更能反映作物实际接收的光能，单位通常为μmol/m²/s传感器应避免阳光直射和遮挡 (4) 其他可选参数： 根据需要，可增加空气流速传感器（监测通风效果）、叶面湿度传感器（间接反映作物生理状态）、大气压力传感器（辅助气象分析）等2. 数据采集与传输： (1) 传感器连接： 传感器通过无线方式（如LoRaWAN, NB-IoT, Zigbee, WiFi）或有线方式（如RS485, Ethernet）连接到无线网关或数据采集器 (2) 数据频率： 根据监测目的设定数据采集频率例如，环境剧烈变化时（如暴雨、强通风）需提高频率（如每5分钟采集一次），日常稳定期可降低频率（如每30分钟采集一次） (3) 数据上传： 确保网关稳定连接到互联网（有线或无线网络），将采集到的数据定时或实时上传到云平台或本地服务器3. 自动控制策略与设备联动： (1) 通风控制： 当室内温度超过设定上限（如30°C）或CO₂浓度过高时，自动启动通风系统（如风机、卷膜）。

当室内温度低于设定下限（如15°C）或外界空气质量差时，自动关闭或减少通风 (2) 灌溉控制： 当土壤湿度低于设定阈值（如某个特定作物的干旱点）时，自动启动灌溉系统可结合光照强度和天气预报（如未来无降雨）进行优化，避免过度灌溉支持多种灌溉方式（滴灌、喷灌、雾化灌溉） (3) 补光控制： 当PAR传感器检测到的光照强度低于作物生长所需下限时（如阴天或夜晚），自动启动补光灯（如LED灯、高压钠灯） (4) 加湿/除湿控制： 当空气湿度高于设定上限（如85%，易发病）时，自动启动除湿设备（如除湿机、通风）当空气湿度低于设定下限（如40%，作物生理胁迫）时，自动启动加湿设备（如加湿器、喷淋） (5) CO₂补充： 当CO₂浓度低于设定阈值（如300ppm，根据作物需求调整）时，自动启动CO₂发生器或通风补入富CO₂空气4. 作物生长管理辅助： (1) 数据可视化： 在管理后台或APP上，以图表、曲线等形式实时展示各监测点的环境参数变化，直观了解棚内状况 (2) 阈值报警： 设定各参数的安全阈值，一旦监测数据超出阈值范围，系统通过短信、APP推送、声光报警等方式及时通知管理人员。

(3) 生长记录关联： 将环境数据与作物生长阶段、农事操作（如施肥、打药记录，通过关联系统或手动录入）相结合，分析环境因素对作物生长的影响，优化管理策略二）精准农业（二）(续) 土壤监测1. 监测网络布设： (1) 网格化布设： 根据农田面积和形状，划分监测网格网格大小根据管理精度确定，一般建议几十米到一百米见方在网格中心或代表性位置部署土壤传感器 (2) 边界与拐点布设： 在田块边界、地形变化处（如坡地顶部和底部）、灌溉系统关键节点等位置增加传感器，以获取更全面的信息 (3) 历史数据参考： 结合过去的土壤测试结果和作物产量数据，在关键区域增加传感器密度2. 传感器类型与功能： (1) 多参数复合传感器： 优先选用能同时测量土壤湿度、温度、EC（电导率，反映盐分和养分含量）和pH的复合传感器，减少布设数量和成本 (2) 分层监测： 对于需要精细管理的作物，考虑部署不同深度的传感器（如15cm、30cm、60cm），以反映不同根系层的水分和养分状况 (3) 氮磷钾传感器（可选）： 部分先进的传感器或监测系统支持原位测量土壤速效氮、磷、钾含量，但需注意其精度、维护成本和适用性。

3. 数据分析与应用： (1) 生成土壤墒情图与养分图： 系统根据各监测点数据，生成二维或三维的土壤湿度、EC、pH分布图，直观展示农田内部的差异性 (2) 精准变量施肥： 基于土壤养分图和作物需求模型，指导变量施肥机械（如GPS导航的施肥机），在不同区域施用不同种类和数量的肥料，避免浪费和环境污染 (3) 优化灌溉方案： 结合土壤湿度图、天气预报和作物需水规律，制定差异化的灌溉计划，按需、适量供水，提高水分利用效率 (4) 病虫害预警辅助： 土壤环境（如湿度、温度、养分状况）是许多土传病虫害发生的重要条件通过分析土壤数据趋势，可辅助预测病虫害风险，提前采取预防措施二）(续) 精准农业（二）(续) 病虫害预警1. 监测设备与方式： (1) 智能摄像头： 在农田或温室中部署带有图像识别功能的智能摄像头，定期拍摄作物叶片、果实和植株整体图像 (2) 图像处理与分析： 利用人工智能和机器视觉技术，对拍摄的图像进行自动分析，识别病斑、虫害、杂草、黄化、畸形等异常现象 (3) 虫情测报灯（可选）： 在特定区域悬挂诱虫灯，结合物联网系统，自动收集、计数或识别诱捕到的昆虫种类和数量，监测虫害发生动态。

2. 识别与分类： (1) 病斑识别： 识别病斑的颜色、形状、大小、分布位置，初步判断可能的病害种类（如真菌、细菌、病毒病） (2) 虫害识别： 识别害虫的形态、生活阶段（卵、幼虫、成虫）、数量密度，判断主要害虫种类（如蚜虫、红蜘蛛、螟虫等） (3) 杂草识别（可选）： 识别常见杂草的种类和分布，辅助制定杂草防除策略3. 预警与决策支持： (1) 设定阈值： 管理人员可根据经验或植保资料，为识别出的病虫害设定预警阈值（如特定病害面积百分比、害虫数量密度） (2) 生成预警信息： 当图像分析结果或虫情数据超过设定的阈值时，系统自动生成预警信息，包括发生位置、危害程度、建议防治措施等，推送给管理人员 (3) 辅助防治决策： 结合病虫害发生规律、作物生长状态和环境条件，为选择合适的防治方法（如物理防治、生物防治、化学防治）提供数据支持，实现精准、高效、低风险防治 (4) 记录与追溯： 系统自动记录病虫害发生的时间、地点、种类、程度和处理措施，形成电子档案，便于后续分析和效果评估三）水产养殖（三）(续) 水质监测1. 关键水质参数监测： (1) 溶解氧（DO）： 鱼类赖以生存的关键指标。

需在养殖区域不同深度（如水面下0.5m、1m、1.5m）布设溶解氧传感器，因为水面下不同深度的DO含量差异可能很大需定期校准传感器 (2) pH值： 水的酸碱度直接影响鱼类生理活动传感器应放置在能代表养殖水体整体酸碱度的位置 (3) 氨氮（NH₃-N）和亚硝酸盐（NO₂-N）： 养殖排泄物分解的主要产物，对鱼类有剧毒必须准确监测，并可能需要监测总氮、总磷等指标 (4) 温度： 影响鱼类新陈代谢速率和溶解氧饱和度需在不同位置布设温度传感器 (5) 其他可选参数： 根据养殖品种和环境，可监测盐度（海水/半咸水养殖）、浊度（影响光线穿透和呼吸）、硫化氢（H₂S，厌氧环境产生，剧毒）等2. 传感器安装与维护： (1) 安装位置： 避免放置在靠近增氧机出口、投食区、排污口等易受局部环境剧烈变化影响的位置可使用绳索将传感器悬吊在不同深度 (2) 防腐蚀与防水： 传感器及其接线需做好防水和防腐蚀处理，尤其是在海水或盐碱水环境中 (3) 定期维护： 清洗传感器探头上的藻类、污垢和附着物，检查电缆连接是否牢固，定期使用标准溶液进行校准，确保数据准确性3. 数据整合与异常分析： (1) 数据综合展示： 在管理平台实时显示各监测点的水质参数变化曲线图，便于观察整体趋势和异常波动。

(2) 关联分析： 将水。