智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)初步設(shè)計(jì)

劉強(qiáng)

為了更好將現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，加快農(nóng)業(yè)的提檔升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)引領(lǐng)帶動(dòng)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和示范應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了阿勒泰地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)方案。該方案主要依靠遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)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(zhuān)家決策系統(tǒng)、智能裝備自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1項(xiàng)目功能

智慧農(nóng)業(yè)示范重點(diǎn)是要打造示范宣傳展示、生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的功能。對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)分析，系統(tǒng)利用自動(dòng)操控設(shè)備保證農(nóng)作物處于最佳的生長(zhǎng)環(huán)境條件，從而達(dá)到增產(chǎn)增收，節(jié)約人力成本的目的。同時(shí)，自動(dòng)控制設(shè)備廣泛應(yīng)用也減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

宣傳展示主要包括園區(qū)短片、重點(diǎn)區(qū)域360°實(shí)景和生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控等內(nèi)容。

生產(chǎn)控制主要通過(guò)監(jiān)控、傳感及控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)作物栽培農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化管控，通過(guò)對(duì)環(huán)境變量的采集讓系統(tǒng)自動(dòng)控制各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為農(nóng)作物提供更優(yōu)質(zhì)的生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到增產(chǎn)增收、節(jié)約人力成本的目的。

2項(xiàng)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(yuǎn)離海洋，屬于中溫帶大陸性氣候區(qū)。這里冬季漫長(zhǎng)而寒冷，夏季短促、氣溫平和，無(wú)霜期平均為151天。考慮阿勒泰地區(qū)的氣候特點(diǎn)，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(shí)，示范基地依靠銷(xiāo)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(jì)原則

以實(shí)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(jì)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(jì)上可能，并能滿足今后不斷發(fā)展的需要。

（2）實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性原則：項(xiàng)目建設(shè)出發(fā)點(diǎn)堅(jiān)持面向應(yīng)用，注重實(shí)效的方針，堅(jiān)持實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則。

（3）先進(jìn)性和成熟性原則：項(xiàng)目設(shè)計(jì)既要采用先進(jìn)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(duì)成熟性。示范區(qū)要反映當(dāng)今的先進(jìn)水平，還要具有進(jìn)一步發(fā)展空間。

（4）開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行維護(hù)升級(jí)問(wèn)題，必須追求系統(tǒng)的開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)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(tái)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)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(xùn)及辦公等。

我們?cè)O(shè)計(jì)有4K高清拼接大屏可以實(shí)時(shí)顯示和控制示范區(qū)畫(huà)面及相對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)不僅可以提供實(shí)時(shí)控制方案，還可以遠(yuǎn)程提供種植技術(shù)指導(dǎo)與服務(wù)工作。達(dá)到可視化的農(nóng)事、種植管理一體化指導(dǎo)過(guò)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(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程控制功能，主要包括對(duì)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(zhǔn)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(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳到控制中心，再利用專(zhuān)家系統(tǒng)分析指導(dǎo)加以管控。

通過(guò)傳感器對(duì)土壤氮、磷、鉀及中、微量元素養(yǎng)分進(jìn)行測(cè)試，了解土壤養(yǎng)料狀況，是否滿足作物生長(zhǎng)需要;通過(guò)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(fēng)向、風(fēng)速，實(shí)時(shí)掌握土地狀況和環(huán)境天氣情況;通過(guò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程觀測(cè)作物生長(zhǎng)狀況;通過(guò)視頻監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)害狀況等，實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控收獲、青貯過(guò)程。

總控中心根據(jù)生產(chǎn)控制過(guò)程上傳的各類(lèi)數(shù)據(jù)，由智能專(zhuān)家決策系統(tǒng)形成作物生產(chǎn)全程作業(yè)指導(dǎo)。從而實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析。再實(shí)時(shí)通過(guò)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(guò)智能裝備，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制智能作業(yè)。比如通過(guò)自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)大田灌溉的水肥進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到

精準(zhǔn)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(dá)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(guò)高清攝像頭、空氣傳感器采集冷庫(kù)內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，觀察和自動(dòng)控制冷庫(kù)制冷機(jī)組，實(shí)時(shí)達(dá)到調(diào)節(jié)儲(chǔ)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(tái)設(shè)備選配

智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(tái)系統(tǒng)圖示范區(qū)的主要設(shè)備配備原則都是選用標(biāo)準(zhǔn)的主流產(chǎn)品。考慮阿勒泰氣候干燥、冬季嚴(yán)寒特點(diǎn)，設(shè)備都要具備抗低溫、防水等功能。必要時(shí)要為重點(diǎn)設(shè)備架設(shè)棚罩。表主要設(shè)備選擇

序號(hào)類(lèi)別名稱(chēng)1專(zhuān)用傳感器二氧化碳濃度傳感器空氣溫度/濕度傳感器風(fēng)速傳感器風(fēng)向傳感器土壤水分傳感器土壤溫度傳感器土壤肥力電導(dǎo)率傳感器 土壤酸堿度傳感器2視頻監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)專(zhuān)用高清槍機(jī)農(nóng)業(yè)專(zhuān)用高清全景球機(jī)交換機(jī)、電源、顯示器立桿3土壤養(yǎng)分速測(cè)儀4冷鏈控制系統(tǒng)5水肥一體機(jī)6無(wú)人機(jī)7智能專(zhuān)家決策軟件系統(tǒng)8質(zhì)量追溯系統(tǒng)。