基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺

李雙冰 李惠鈞 趙文帝

（寧波市富金園藝灌溉設(shè)備有限公司，浙江 寧波 315400）

隨著社會科學技術(shù)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)種植澆灌施肥方式，逐漸朝著自動化、標準化與集成化方向發(fā)展。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉施肥方式，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。在此背景下，要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮出來，創(chuàng)建水肥一體化服務(wù)云平臺，這樣可以實現(xiàn)農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效采集，為相關(guān)工作的開展打下良好基礎(chǔ)，從而推動我國農(nóng)業(yè)種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對水肥一體化服務(wù)云平臺的建設(shè)，需要有關(guān)部門以及相關(guān)工作人員能夠給予更多重視，使得服務(wù)云平臺的科學性與合理性可以得到保障。

1 水肥一體化分析

作物成長發(fā)育的基礎(chǔ)是可以從土壤中吸收養(yǎng)分，如果土壤中的含量沒有達到作物正常所需標準，那么可以通過灌溉的方式提升土壤水分含量。水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以隨時隨地對農(nóng)田進行灌溉，確保土壤水分達標，為作業(yè)生長發(fā)育打下良好基礎(chǔ)。水肥一體化技術(shù)實際上屬于綜合農(nóng)業(yè)技術(shù)，主要是將農(nóng)田水灌溉與施肥之間進行有機結(jié)合，根據(jù)作物實際需求情況，將水作為運送載體的水養(yǎng)分，并合理利用灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)，將水分直接輸送到作物周邊土壤當中。從水肥一體化機的設(shè)計中不難看出，主要目的是利用系統(tǒng)實現(xiàn)對水肥一體化機的有效控制。在農(nóng)田中需要做好控制設(shè)備、傳感器設(shè)備部署工作，這樣可以形成控制命令感知接收模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。我國一直以來都是農(nóng)業(yè)大國，作業(yè)種植面積較大，而且對于作業(yè)產(chǎn)量也有著很高要求。為促使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求可以得到滿足，提升農(nóng)業(yè)種植效率，以及種植者的工作效率，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上，進行水肥一體化服務(wù)云平臺設(shè)計，同時在云平臺中創(chuàng)建灌溉系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。水肥一體化技術(shù)在應(yīng)用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)與灌溉施肥技術(shù)之間的有機結(jié)合，根據(jù)作物在不同時期的生長規(guī)律，完成控水控肥。對于水肥一體化優(yōu)勢，本文主要從以下幾點進行闡述與分析：

（1）水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)水肥資源的直達，也就是說，可以及時為作物提供有效的水分與養(yǎng)分，不僅工作效率較高，而且肥效相對較快，能夠在很大程度上避免水分浪費以及肥料過剩情況出現(xiàn)，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護[1]。對于不同農(nóng)田，水肥一體化都具備較強適應(yīng)能力。水肥一體化一般情況下是通過人為的方式，對水肥進行定量與調(diào)控，促使作物不同時期的水肥需求都可以得到滿足，提升作物產(chǎn)量與質(zhì)量。

（2）水肥一體化在應(yīng)用過程中，可以實現(xiàn)對水分的及時補充，相較于其他灌溉方式，比如，漫灌方式、溝灌方式而言，該種灌溉方式可以實現(xiàn)對水資源的節(jié)約，節(jié)水量能夠達到50%左右。

（3）在農(nóng)作物灌溉中，溝灌方式以及漫灌方式，很容易引發(fā)土壤板結(jié)問題，空氣濕度也會增加。基于此，通過對水肥一體化技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠降低農(nóng)田中的相對濕度，水資源也可以在土壤中得到全面滲透，減少因濕度較高造成的作物病害問題，使得農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可以得到提升。

（4）水肥一體化的灌溉方式與施肥方式，一般是利用網(wǎng)路管道進行輸送，輸送設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，而且鋪設(shè)工作較為簡單，可以節(jié)約更多成本。

在農(nóng)業(yè)種植過程中，需要對水肥比進行精準控制，這樣可以將以往農(nóng)作物種植中出現(xiàn)的增肥不增產(chǎn)問題得到更好解決[2]。種植者要對水肥一體化技術(shù)的重要作用有正確認識，結(jié)合實際情況，對水肥一體化技術(shù)進行合理應(yīng)用。

2 水肥一體化服務(wù)云平臺分析

為促使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，作物大面積種植，以及產(chǎn)量逐漸增長需求滿足、提升農(nóng)業(yè)灌溉效率，針對水肥一體化服務(wù)云平臺設(shè)計工作需要相關(guān)工作人員能夠給予更多重視。服務(wù)云平臺要實現(xiàn)對水肥一體機的遠程控制，針對不同區(qū)域多種環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作、數(shù)據(jù)傳輸工作以及數(shù)據(jù)存儲工作等進行有效處理。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集器，要對環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測采集，比如，光照度數(shù)據(jù)、光強度數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、空氣濕度數(shù)據(jù)等。水肥一體化設(shè)備可以將灌溉施肥進行有機結(jié)合，這樣可以結(jié)合作業(yè)實際需求、生長規(guī)律，進行精準、高效、自動控水控肥，避免水資源浪費、肥料浪費情況出現(xiàn)[3]。不僅可以全面提升作物產(chǎn)量與作物質(zhì)量，將澆灌成本控制在有效范圍內(nèi)，實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護。在水肥一體機的設(shè)計與應(yīng)用中，工作人員可以加強對平臺農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)實時可視化顯示進行合理應(yīng)用，這樣可以對作物需水量具體情況作出準確判斷，并下發(fā)灌溉指令，實現(xiàn)對灌溉的有效控制。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺建設(shè)

3.1 加強平臺架構(gòu)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺建設(shè)工作的開展，需要工作人員能夠?qū)r(nóng)業(yè)水肥一體化的具體應(yīng)用要求進行充分考慮與分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)設(shè)計，做好水肥一體化服務(wù)云平臺設(shè)計工作，三層架構(gòu)設(shè)計包括感知層、傳感層與應(yīng)用層。感知層屬于水肥一體化設(shè)備監(jiān)測基本層，通常會將其應(yīng)用在農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備設(shè)計，以及控制水肥一體機設(shè)備設(shè)計中，在其中包含很多不同內(nèi)容，比如，開關(guān)狀態(tài)量傳感器、終端設(shè)備等。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備，通過對不同類型傳感器的應(yīng)用，比如，應(yīng)用二氧化碳類型傳感器、光照強度傳感器、空氣溫濕度傳感器等，實現(xiàn)對農(nóng)田自然環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作。通過對無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)信息的上傳。傳感層的主要工作是進行數(shù)據(jù)傳輸，通無線傳輸技術(shù)，將區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息及時上傳到網(wǎng)關(guān)中，屬于傳感你曾信息與上層控制命令傳遞的樞紐[4]。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備，在完成數(shù)據(jù)信息采集工作后，會使用LoRa無線傳輸模塊，將數(shù)據(jù)信息及時傳輸?shù)椒?wù)器中。服務(wù)器可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效處理與存儲，為應(yīng)用層提供有效數(shù)據(jù)信息。

3.2 加強平臺整體設(shè)計

在水肥一體化服務(wù)云平臺建設(shè)工作開展中，針對平臺整體設(shè)計工作，也需要相關(guān)工作人員能夠給予更多重視。在具體平臺整體設(shè)計中，要從以下幾點展開：

（1）加強平臺硬件設(shè)計。在感知層中硬件是其中的重要組成部分，水肥一體化服務(wù)云平臺硬件設(shè)計，通常情況下包括水肥一體化設(shè)備設(shè)計、區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備設(shè)計。水肥一體化對設(shè)備往往是由兩部分構(gòu)成，分別是主要控制部分與灌溉部分，而區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器自動采集設(shè)備是由不同模塊組成，比如，傳感器模塊、無線傳輸模塊等。在農(nóng)田中需要進行傳感器部署，這樣傳感器可以實現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效采集，在經(jīng)過出阿里器通關(guān)網(wǎng)關(guān)無線后，傳輸?shù)椒?wù)器中[5]。水肥一體化服務(wù)云平臺能夠進行控制指令的下方，同樣利用無線傳輸，經(jīng)過網(wǎng)關(guān)將控制指令發(fā)送到處理器中。處理器在接收到控制指令后，將控制指令發(fā)送給水肥一體機，這樣水肥一體機可以進行控水控肥。一般情況下，本地硬件設(shè)施想要作出調(diào)整，可以直接在系統(tǒng)中進行增加與刪減，這樣不會影響農(nóng)田數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，為硬件設(shè)施更新以及修改等工作提供更多便利。

（2）加強平臺軟件設(shè)計。在實際作物種植過程中，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境每天都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，針對此類數(shù)據(jù)信息的收集、處理與應(yīng)用，水肥一體化服務(wù)云平臺需要實現(xiàn)信息技術(shù)與自動控制技術(shù)之間的相互結(jié)合，這樣才能更好完成數(shù)據(jù)信息采集工作、處理工作以及存儲工作等。水肥一體化服務(wù)云平臺采取的是Java語言開發(fā)方式，以及B/S架構(gòu)體系，為促使不同環(huán)境數(shù)據(jù)存儲需求與管理需求可以在最大程度上得到滿足，在區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)可視化中，會加強對ECharts可視化工具的應(yīng)用，這樣平臺操作會更加簡單，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速訪問。平臺軟件端結(jié)構(gòu)可以將其分為三層，分別是數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層與可視化層，在具體設(shè)計中，要注意以下幾點問題：①數(shù)據(jù)層是結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，屬于平臺數(shù)據(jù)依據(jù)的重點，在其中包含檢測2采集到的用戶數(shù)據(jù)信息、農(nóng)田數(shù)據(jù)信息等，可以為其他兩層工作提供數(shù)據(jù)信息支持；②業(yè)務(wù)邏輯層的主要工作就是信息有效傳遞，用戶在平臺中可以進行指令下方，或者請求下方。清秀會達到業(yè)務(wù)落實分析層中進行分析處理，接著對操作指令進行控制，實現(xiàn)對水肥一體機以及訪問數(shù)據(jù)庫的有效控制。因為該層具有雙向傳遞特點，具體結(jié)果可以經(jīng)過業(yè)務(wù)邏輯層傳回到展示層中；③可視化層可以為信息之間的交互提供有效平臺，將采集到的農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息展示出來。輸入水肥配比量，同時用戶在水肥一體化服務(wù)云平臺中可以進行相關(guān)操作。

（3）加強平臺功能模塊設(shè)計。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下，水肥一體化服務(wù)云平臺建設(shè)的主要目的是，監(jiān)測并管理作物生長環(huán)境與農(nóng)田環(huán)境。因此，在具體平臺設(shè)計中需要做好平臺功能模塊設(shè)計工作[6]。比如，水肥一體機智能遠程自動控制，通常情況下需要在澆灌控制模塊中實現(xiàn)。在水肥一體機自動灌溉觸發(fā)策略制動過程中，工作人員要將水肥需求最佳值設(shè)置在單片機中，農(nóng)田中的環(huán)境如果低于預先設(shè)定的值，那么單片機會自動對灌溉水、肥料等進行控制。在這一過程中，水肥利用率可以得到提升。

4 結(jié)語

綜上所述，水肥一體化服務(wù)云平臺建設(shè)工作，可以實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在具體建設(shè)工作落實中，需要工作人員做好平臺功能模塊設(shè)計、平臺軟件設(shè)計等，實現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境信息的收集，了解作物不同時期生長規(guī)律，并進行控水控肥，使得作物生長營養(yǎng)需求可以得到保障。