農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課件 第7章 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)種植

物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)種植第7章7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng) 7.2農(nóng)業(yè)病蟲害診斷 7.3智能補光系統(tǒng) 7.4農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺 7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)為滿足農(nóng)業(yè)種植過程可視化、環(huán)境監(jiān)測智能化、作物管理規(guī)范化、設(shè)備控制自動化等需求，需要建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行生產(chǎn)管理，主要有以下幾種：1.設(shè)施環(huán)境綜合監(jiān)測調(diào)節(jié)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植設(shè)施環(huán)境監(jiān)測調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)種植環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長需求，智能控制灌溉、通風(fēng)、遮陽、補光、降溫等設(shè)備，自動調(diào)控溫室環(huán)境，為農(nóng)作物創(chuàng)造適宜生長條件。系統(tǒng)實時檢測記錄自動化設(shè)施位置及運行狀態(tài)。2.農(nóng)作物生理生態(tài)信息監(jiān)測系統(tǒng)農(nóng)作物生理生態(tài)信息監(jiān)測系統(tǒng)包含多種生理監(jiān)測傳感器，放置在農(nóng)作物相應(yīng)位置，實時連續(xù)監(jiān)測生長過程中的生理參數(shù)，如莖流、葉面溫度、葉面濕度等。同時使用環(huán)境監(jiān)測傳感器監(jiān)測氣象、土壤等環(huán)境參數(shù)。數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)平臺存儲分析，為種植管理人員提供環(huán)境調(diào)控、灌溉施肥等方面的決策輔助。7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)3.智能灌溉系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)智能灌溉是一種高效節(jié)水的灌溉方式，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依賴于傳感器、自動控制、計算機、無線通信等技術(shù)的聯(lián)合作用。無線傳感設(shè)備實時監(jiān)測土壤含水率并將數(shù)據(jù)同步上傳至后臺，采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件平臺分析處理后反饋到控制中心，實現(xiàn)智能灌溉。灌溉過程中可以根據(jù)農(nóng)作物種類和土壤、光照等條件優(yōu)化灌溉環(huán)節(jié)，節(jié)約資源，提高效率。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的智能灌溉監(jiān)測傳感器如圖7-1所示。圖7-1智能灌溉監(jiān)測傳感器7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)4.水肥一體化系統(tǒng)水肥一體化系統(tǒng)以前端獲取的數(shù)據(jù)為依據(jù)，與后臺控制系統(tǒng)相適應(yīng)，滿足農(nóng)作物生長的水肥需求。圖7-2為一體化水肥機結(jié)構(gòu)圖。圖7-2一體化水肥機結(jié)構(gòu)圖7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)5.遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒈O(jiān)控畫面及時、形象、真實地展現(xiàn)出來，實現(xiàn)對現(xiàn)場的遠程實時監(jiān)控。只需一名工作人員在控制中心操控，就可以遠程同時觀察多個控制區(qū)域，發(fā)揮系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能。圖7-3和圖7-4分別為苗情遠程監(jiān)控頁面和蟲情遠程監(jiān)控頁面。

圖7-3苗情遠程監(jiān)控

圖7-4蟲情遠程監(jiān)控7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)6.智慧農(nóng)田氣象站圖7-5為智慧農(nóng)田氣象站。智慧農(nóng)田氣象站可以預(yù)警氣象變化，通過采集、分析、顯示、存儲各種氣象要素（如太陽輻射、溫度、濕度、氣壓、降水、風(fēng)速、光照、風(fēng)向等）降低觀察人員的勞動強度，提高觀察效率，為分析、研究農(nóng)作物生產(chǎn)提供可靠的信息依據(jù)，便于結(jié)合實際采取生產(chǎn)措施。采集的信息可以通過無線模塊或組網(wǎng)發(fā)送到后臺。圖7-5智慧農(nóng)田氣象站7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)7.病蟲害防治系統(tǒng)使用臭氧進行病蟲害防治，不會對農(nóng)作物造成污染。植保機搭載臭氧高壓霧化噴頭系統(tǒng)，向溫室中農(nóng)作物噴灑一定濃度臭氧水，消滅病菌和蟲卵。智慧物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈利用昆蟲趨光性誘殺害蟲，相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線傳輸發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺，減少農(nóng)藥使用，節(jié)約成本，降低污染風(fēng)險。圖7-6智慧物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)8.網(wǎng)站監(jiān)測系統(tǒng)、APP監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)站監(jiān)測系統(tǒng)、APP監(jiān)測系統(tǒng)均具備種植環(huán)境數(shù)據(jù)獲取、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能，還可以實時查看現(xiàn)場環(huán)境，對相關(guān)設(shè)備進行控制。1）物聯(lián)網(wǎng)種植管理平臺（1）數(shù)據(jù)監(jiān)測。在物聯(lián)網(wǎng)種植管理平臺數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊可以查看種植區(qū)域的土壤、水質(zhì)、氣象等參數(shù)數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的傳感器及時間還可以查看某一項參數(shù)的數(shù)據(jù)變化趨勢圖，也可以將圖片下載保存。圖7-7所示為土壤監(jiān)測頁面。圖7-7土壤監(jiān)測頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（2）智能控制。在智能控制模塊可以對水肥一體機等設(shè)備進行智能控制，如控制水肥一體機完成澆水、施肥、攪拌等操作，平臺自動記錄操作執(zhí)行的情況。水肥一體機智能控制頁面如圖7-8所示。圖7-8水肥一體機智能控制頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（3）產(chǎn)品統(tǒng)計。在產(chǎn)品統(tǒng)計模塊可以對產(chǎn)量及出產(chǎn)情況進行統(tǒng)計，也可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)。產(chǎn)量統(tǒng)計頁面和出產(chǎn)統(tǒng)計頁面分別如圖7-9、圖7-10所示。

圖7-9產(chǎn)量統(tǒng)計頁面

圖7-10出產(chǎn)統(tǒng)計頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（4）設(shè)備管理。在設(shè)備管理模塊可以設(shè)定報警閾值，當(dāng)傳感器監(jiān)測的氣象、土壤、水質(zhì)等相關(guān)參數(shù)數(shù)值超出閾值范圍時，平臺會自動報警，報警情況自動記錄在報警日志中。閾值設(shè)定頁面和報警日志頁面分別如圖7-11、圖7-12所示。

圖7-11閾值設(shè)定頁面圖7-12報警日志頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（5）視頻管理。在視頻管理模塊可以查看種植現(xiàn)場的視頻監(jiān)控畫面，完成截圖、錄像、電子放大等操作。視頻管理頁面如圖7-13所示。圖7-13視頻管理頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（6）系統(tǒng)管理。在系統(tǒng)管理模塊可以對權(quán)限、角色、日志進行管理。其中操作權(quán)限分為控制和查看兩種，權(quán)限模塊包含數(shù)據(jù)監(jiān)測、智能控制、產(chǎn)品統(tǒng)計、設(shè)備管理以及視頻管理，在添加成員時可對成員角色、權(quán)限、權(quán)限模塊等進行設(shè)置；角色可以任意添加或刪除；人員在平臺上的操作情況均記錄在日志中。權(quán)限管理、角色管理、日志管理頁面分別如圖7-14、圖7-15、圖7-16所示。

圖7-14權(quán)限管理頁面圖7-15角色管理頁面

圖7-16日志管理頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)2）物聯(lián)網(wǎng)種植管理APP（1）物聯(lián)網(wǎng)種植管理APP登錄界面如圖7-17所示。

圖7-17物聯(lián)網(wǎng)種植管理APP登錄界面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（2）數(shù)據(jù)監(jiān)測?？蓪崟r監(jiān)測溫度、濕度、光照、CO2等氣象參數(shù)，還能監(jiān)測溫度、濕度、pH、電導(dǎo)率等土壤參數(shù)，以及水溫、溶解氧、氨氮等水質(zhì)參數(shù)。環(huán)境參數(shù)監(jiān)測頁面如圖7-18所示。

圖7-18環(huán)境參數(shù)監(jiān)測頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（3）攝像監(jiān)控。設(shè)備在不斷電和不斷網(wǎng)的情況下可以24小時對現(xiàn)場農(nóng)作物進行監(jiān)控，視頻通過網(wǎng)絡(luò)連接到視頻轉(zhuǎn)換器，視頻轉(zhuǎn)換器對接收到的視頻數(shù)據(jù)進行壓縮、解析和傳輸，再將視頻通過后臺處理后傳到管理人員APP上進行播放。視頻監(jiān)控頁面如圖7-19所示。

圖7-19視頻監(jiān)控頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（4）智能控制。在智能控制模塊可以進行設(shè)備控制和閾值設(shè)定操作，實現(xiàn)對種植環(huán)境和種植設(shè)備的遠程管理。智能控制頁面如圖7-20所示。圖7-20智能控制頁面7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計。匯總溫室、大田中的溫度、濕度、光照、風(fēng)速、降雨量等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，形成變化趨勢圖。數(shù)據(jù)統(tǒng)計頁面部分參數(shù)如圖7-21所示。

圖7-21數(shù)據(jù)統(tǒng)計頁面部分參數(shù)7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（6）傳感器所感知的參數(shù)超過設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會自動報警，報警信息可以實時在APP上更新顯示，如圖7-22所示。

圖7-22實時報警信息7.1基于物聯(lián)網(wǎng)的種植管理系統(tǒng)（7）功能展示頁面如圖7-23所示，其中包含圖片列表、歷史數(shù)據(jù)、智能控制、攝像監(jiān)控、執(zhí)行歷史等功能。

圖7-23功能展示頁面7.2農(nóng)業(yè)病蟲害診斷農(nóng)業(yè)病蟲害診斷分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象生長狀態(tài)，判斷健康狀況，找出原因并給出方案。數(shù)字農(nóng)業(yè)病蟲害診斷采用物聯(lián)網(wǎng)模式遠程進行，結(jié)合信息化技術(shù)，提高診斷效率與準確性。1.病蟲害遠程診斷系統(tǒng)病蟲害遠程診斷系統(tǒng)能夠自動診斷病蟲害，整個過程包含信息采集、傳輸、處理、應(yīng)用四個環(huán)節(jié)，其中信息采集所使用的設(shè)備主要是傳感器和攝像頭；信息傳輸由無線傳感網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)絡(luò)完成；中心平臺接收、處理信息后，提供與病蟲害診斷相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)。病蟲害系統(tǒng)診斷流程如圖7-24所示。

圖7-24病蟲害系統(tǒng)診斷流程2.專家咨詢系統(tǒng)當(dāng)病蟲害數(shù)據(jù)庫中沒有匹配信息時，需向?qū)＜易稍?。種植管理人員和專家通過計算機或手機登錄專家咨詢系統(tǒng)，種植管理人員提供文字、圖片等說明，專家結(jié)合專業(yè)知識給出診斷結(jié)果和防治措施。將病蟲害案例信息上傳至數(shù)據(jù)庫，遠程診斷系統(tǒng)可自動識別。

圖7-25病蟲害專家咨詢診斷流程7.2農(nóng)業(yè)病蟲害診斷7.3智能補光系統(tǒng)溫室大棚用于非應(yīng)季種植，通過人為干預(yù)創(chuàng)造農(nóng)作物生長環(huán)境。光照對農(nóng)作物生長各時期有明顯影響，與出產(chǎn)時間、產(chǎn)量、質(zhì)量緊密相關(guān)，成為溫室環(huán)境調(diào)控不可忽視的因素。為避免光照不足危害，需不斷研發(fā)更新溫室補光設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)智能補光系統(tǒng)適用于溫室補光，幫助種植人員及時發(fā)現(xiàn)并處理光照問題。1.系統(tǒng)組成智能補光系統(tǒng)集監(jiān)測、調(diào)控、存儲和顯示功能于一體，包含補光、通信和終端模塊。補光模塊監(jiān)測溫室光照強度，使用LED燈補光，并調(diào)控補光燈操作。通信模塊通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。終端模塊包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)平臺，存儲光照信息并顯示實時數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、發(fā)布控制命令。2.系統(tǒng)工作原理溫室大棚中布設(shè)的光照傳感器采集實時光照信息，經(jīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至應(yīng)用服務(wù)平臺顯示。用戶根據(jù)實際光照條件，考慮農(nóng)作物品種、生長階段及相應(yīng)光照指標，在應(yīng)用平臺發(fā)布操作指令。服務(wù)器處理指令并發(fā)送至補光控制器控制補光燈啟停。日常采集的光照數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中存儲，為分析植物生長所需光照條件提供依據(jù)，實現(xiàn)智能補光。用戶在終端應(yīng)用平臺可下載并保存歷史數(shù)據(jù)，查看光照變化歷史趨勢圖，結(jié)合補光數(shù)據(jù)科學(xué)制定種植階段的補光計劃。7.4農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺1.情況介紹建設(shè)農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺后，農(nóng)作物種質(zhì)資源收集、評價、篩選、利用等環(huán)節(jié)均有新興農(nóng)業(yè)信息技術(shù)參與，氣象、土壤、水質(zhì)等參數(shù)的監(jiān)測也可實現(xiàn)，從而為農(nóng)作物生產(chǎn)提供可靠的參考數(shù)值，提高農(nóng)業(yè)資源利用率和勞動生產(chǎn)率，促進生物育種成果轉(zhuǎn)化，節(jié)約生物育種成本。農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺架構(gòu)如圖7-26所示。圖7-26農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺架構(gòu)2.可實現(xiàn)功能（1）農(nóng)作物種質(zhì)資源栽培環(huán)境監(jiān)測。在栽培現(xiàn)場布設(shè)小型農(nóng)田氣象站、水質(zhì)監(jiān)測儀、大棚空氣監(jiān)測儀、土壤監(jiān)測儀等設(shè)備，監(jiān)測農(nóng)作物種質(zhì)資源栽培環(huán)境的氣候狀況、水肥情況、空氣成分、土壤墑情等信息。農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺環(huán)境監(jiān)測頁面如圖7-27所示。圖7-27農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺環(huán)境監(jiān)測頁面7.4農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺（2）無線遠程視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控農(nóng)作物種質(zhì)資源生長及病蟲害狀況，管理人員可通過手機或電腦觀看現(xiàn)場影像，控制旋轉(zhuǎn)云臺和變焦。系統(tǒng)定時截取保存監(jiān)控圖片，供后期回看。農(nóng)作物種質(zhì)資源管理平臺視頻監(jiān)控頁面如圖7-28所示。病蟲害分析系統(tǒng)和植株在線分析系統(tǒng)分析監(jiān)控系統(tǒng)采集的視