物联网云技术在德清县现代农业园区的应用分析

◎ 陆小仙 德清县对河口水库管理局张世亮 费丹丹 德清县水利工程管理所段永刚 浙江水利水电学院



物联网云技术在德清县现代农业园区的应用分析

◎ 陆小仙 德清县对河口水库管理局张世亮 费丹丹 德清县水利工程管理所段永刚 浙江水利水电学院

近年来，随着我国现代农业的快速发展，对水资源、化肥、农药等资源的有效利用提出了更高的要求。鉴于此，浙江省德清县提出建设基于物联网云技术在现代农业园区的应用，以实现德清县现代园区的智能化灌溉，提高灌溉管理水平，节约人力资源，同时最大限度的节约灌溉用水，提高水资源的利用率。

物联网 云技术 现代农业 应用

1.引言

我国是农业大国，但不是农业强国，由于农药化肥的大量使用，导致环境破坏严重，给农业的可持续发展带来了严峻挑战。在此背景下，国家为了加强对现代农业的科学化管理，提出了将物联网技术应用到农业生产中，将种植设施、养殖情况、生长情况、农产品追溯、生态环境监控等应用到物联网中，让顾客在网络上就可以了解到该食品的整个生产过程，对现代农业的发展必将起到积极的作用。

鉴于此，浙江省德清县拟以2011年和2012年中央财政小型农田水利重点县项目——禹越镇大禹生态蔬菜基地高效节水灌溉工程为基础，采用物联网云技术技术建立一套集自动控制技术、传感器技术、通讯技术、计算机技术为一体的农业园区智能化微灌系统，以实现德清县现代园区的智能化灌溉，提高灌溉管理水平，节约人力资源，同时最大限度的节约灌溉用水，提高水资源的利用效率。

2.项目实施的必要性和可行性

近年来，浙江省水利事业取得巨大成就的同时也意识到本省在高效节水灌溉方面的发展相对迟缓。农业的战略地位与农业的经济价值不相匹配，农业总产值占GDP比重3％，农民家庭收入中农业收入所占比例不到15％，所以推动高效节水灌溉势在必行。

浙江省水利事业取得巨大成就的同时也意识到在高效节水灌溉方面的发展相对迟缓。农业的战略地位与农业的经济价值不相匹配，农业总产值占GDP比重3％，农民家庭收入中农业收入所占比例不到15％，所以推动高效节水灌溉势在必行。

喷微灌面积所占灌溉面积比例，浙江省为7.5％，人口密度和自然条件相近的韩国为65％、日本为25％，土地贫瘠水资源匮乏的以色列，充分应用喷微灌创造了发达农业的奇迹。再经过5～10年发展，浙江省能够达到或接近韩国、日本的经济水平，喷微灌技术的应用水平也应当同步提升，浙江省水土资源禀赋较以色列明显优越，有条件创建全国现代农业的典范。基于此，浙江省政府为了延续和扩大“百万亩喷微灌”应用成果，和贯彻落实2015年中央一号文件有关“大力推广节水技术，全面实施区域规模化高效节水灌溉行动”精神和《浙江省人民政府办公厅关于加快推进高效节水灌溉工程建设的意见》（浙政办发〔2015〕3号），浙江省水利厅、浙江省农业厅、浙江省林业厅、浙江省发展和改革委员会、浙江省财政厅、浙江省国土资源厅决定组织《关于开展高效节水灌溉工程总体建设方案编制工作的通知》（浙水农〔2015〕15号）。旨在2016～2020年实施 “四个百万工程”，即“百万亩坡耕地雨水集蓄旱粮喷灌工程，百万亩农业园区智能化标准型微灌工程，百万亩林园地经济型喷灌工程和百万亩水稻区管道灌溉工程”，以高效节水灌溉技术引领农业生产方式进一步转型升级。

截至2013年底，浙江累计建成验收的现代农业园区面积已达174万亩，未来几年里有望突破500万亩。在高端技术集成的现代园区影响下，由农民组织经营的农业园区更适合发展标准型微灌，也能更好地推动现代农业技术的发展。该示范项目实施有助于推进德清县“四个百万亩”项目实施，尤其是对“百万亩农业园区智能化标准型微灌工程”具有举足轻重的作用。

3.项目实施技术路线

德清县现代园区示范项目建设，拟建立一套集高度自动化控制技术、传感器技术、通讯技术、计算机技术为一体的农业园区智能化标准型微灌系统，实时采集灌溉点的土壤湿度、温度、CO2浓度和光照强度，通过对现场控制柜中“远程/现场”切换开关的掌控；建成云服务平台，实现灌区电磁阀就地手动、远程计算机和手机自动开闭的功能；实现智能化灌溉，提高水资源的利用率。

3.1智能化灌溉系统的设计架构

本项目是一个集成的物联网智能系统，采用“分层设计、模块构建”的设计思路，划分不同功能模块的逻辑架构，描述系统主要接口，以保证系统结构的合理性、可扩展性，具体应用架构如下图所示。

平台应用架构分为4个层次，依次是感知控制层、网络传输层、数据处理层和服务应用层，下面就各层进行详细说明。

（1）数据采集层。感知控制层主要实现物理信息的采集、终端设备的控制。信息采集通过各类传感器、采集节点实现；设备控制通过控制节点实现。

（2）网络传输层。网络传输层将采集的物理信息传输到服务平台软件，并将服务平台软件的控制命令传输到终端设备。

传感器与采集节点之间通过RS-485接口连接，采集节点、控制节点与网关之间通过ZigBee网络连接，网关通过Wi-Fi接入局域网和因特网。

（3）数据处理层。数据处理层为网络传输的数据提供接收、存储、统计、搜索、呈现功能。主要功能在云端实现，通过云服务器实现远程控制管理。

（4）服务应用层。系统通过服务应用层向用户提供各项服务功能，包括：设备控制、环境感知、物联网设备管理和系统管理。

3.2智能化灌溉系统在现代园区工作原理

该灌溉系统，需要通过设施作物对光、温、水、肥、气等环境参数的要求，选用适合设施作物生产管理物联网技术要求的传感器，并通过无线网络技术或现场总线技术组成传感网络；温室测控无线传感网采用分层网络结构，单个温室作为无线传感网的一个测量控制区，传感器节点和控制节点进行自组织组网，节点间信息传递采用多跳路由协议，所有传感器节点的数据经由网关到达控制中心，对温室环境的调控信息经由网关反馈到控制节点，对阀门、风机、温度调节设备等进行控制，从而实现温室环境的无线测控。应用基于物联网的设施蔬菜生产智能管理与决策系统，实现温室大棚内蔬菜生长环境的自动监测和远程传输、数据采集和处理、设施环境的智能调控、蔬菜生长模拟与预测、栽培方案的制订与优化等。构建现场控制、远程监控、智能农业物联网平台三级信息传输网络体系，实现设施作物生产的远程监管，确保信息传输实时、安全、稳定。

图1　平原现代农业园区智能化节水灌溉系统应用架构设计图

图2　平原现代农业园区智能化节水灌溉系统网络架构设计图

图3　示范设施大棚智能灌溉系统详图

4.预期成果

该项目示范成果可广泛应用于蔬菜、花卉、草莓、西甜等高效节水灌溉生产过程，尤其对浙江省政府提出的“四个百万亩工程”具有推动作用。本示范项目可在“百万亩农业园区智能化标准型微灌工程”进行推广，示范成果拟在浙江省范围内推广应用，这将极大的促进浙江省现代农业的发展。

［1］李瑾，郭美荣，高亮亮.农业物联网技术应用及创新发展策略［J］.农业工程学报，2015.31（Z2）:200-209.

［2］周小波.基于物联网技术的设施农业在线测控系统设计［J］.太原科技大学学报，2011.32（3）:182-185.

［3］秦怀斌，李道亮，郭理.农业物联网的发展及关键技术应用进展［J］.农机化研究，2014.（4）:246-252.

浙江省2015年农业产业技术创新与推广项目：基于物联网云技术在现代农业园区的示范应用。】