高標準農田觀測場建設方案

一、項目背景：

國農辦印發的《關于開展國家農業綜合開發高標準農田建設示范工程的指導意見》和《國家農業綜合開發高標準農田建設示范工程建設標準(試行)》指出,積極開展高標準農田建設示范工程工作,是穩步提高農業綜合生產能力、保障國家糧食長久安全的物質基礎,是打造糧食核心產區、發展現代農業、建設社會主義新農村的現實要求,是公共財政支持“三農”工作的重要戰略舉措,是進一步提升農業綜合開發水平和創新開發體制機制的客觀需要,因此開展高標準農田建設示范工程建設,對保障國家糧食安全,提升農業綜合開發水平具有重大的現實意義和深遠的歷史意義。

高標準農田智慧化觀測場的建設可提升：高標準農田中農作物重大病蟲監測預警能力，土壤肥力在線監測的水平，為科學指導防控、施肥工作提供助力，遏制病蟲發生危害，保障農業生產安全、農產品質量安全、農業生態環境安全。

二、項目的建設思路：

以綠色發展為導向，創新推進：土壤肥力氮磷鉀在線監測、農作物病蟲監測預警智能化，作物生產四情實時監測；相關設備利用燈光、性誘監測自動計數、田間小氣候實時監測、病蟲害遠程監控信息自動接入，實時共享，為病蟲發生、環境影響因子、土壤環境等數據深度挖掘和智能化監測預警模型建立奠定基礎；通過病蟲害監測設備的正常運行，及時采集、發布和上報農作物重大病蟲信息，進一步提高我縣高標準農田的農作物重大病蟲害、土壤肥力監測預警能力及科學防控能力。

三、項目的工作目標：

切實加強我縣高標準農田農作物重大病蟲害監測水平，完善發生趨勢會商制度和災情報告制度，提升重大病蟲監測預警水平，及時采集和上報重大病蟲監測調查信息，提高預報準確率、覆蓋面和時效性，做到重大病蟲中長期預報準確率80%以上、短期預報準確率90%以上，預警信息覆蓋100%鄉鎮，90%以上行政村；

實時監測土壤相關的墑情、肥力（氮磷鉀）的分布水平和情況，為測土配方施肥、土壤改良提供良好的數據支撐。

相關項目建設完成以后力求實現：通過大力推廣新品種和新技術,使糧食產量每畝提高100公斤以上,畝增產值290元，畝節約成本10.5元，因為實時監測土壤墑情、智慧輪灌，每畝節約用水20%，節省肥料12%；通過提早進行病蟲害預防監測，可以減少農藥使用量10%，并達到增產、增效、提升農產品品質和安全的積極作用。

四、項目的建設內容：

按照先進、實用的原則，購置智能監測設施設備，建設我縣高標準農田智慧化觀測場1個，并保障相關監測設備正常運行。設備采購選擇符合國家標準，且在湖北省高標準農田建設項目中得到切實應用的，證明技術成熟、性能優良、運行穩定的產品。能實現局域網和廣域網的互連互通，實現采集數據的自動收集、實時錄入和規范處理。智能監測設備采集的數據也應通過縣級平臺統一管理。

五、項目的建設內容：

（一）、高標準農田大數據監管平臺：

是應用目前最先進的的云計算、物聯網、4G通訊、智慧AI等新技術，集成自動化、智能化新型植保觀測設備，形成的集：長期自動監測、及時數據傳輸、實時AI分析、準確蟲害預警、智能化預警飛防與一體的，智慧植保預防結合的綜合性平臺。將植保防護工作由人工普查、人工防治，轉向升級為：自動遙感、智慧診斷、人工飛防系統應用、物理生態防治結合。

該系統由軟硬件結合開發而成。硬件部分包含：1、智能型蟲情測報采集系統；2、物聯網農林氣候信息采集設備（無線智能氣象站）；3、田間生態實時監測物聯網系統；4、孢子智慧可視化監測設備；5、昆蟲性誘智能測報系統；6、土壤肥力在線監測系統；7、物聯網通訊控制設備；

軟件部分，軟件分成云端web版和手機app版。軟件語言采用java與.net技術結合。系統構架采用云服務構架。包括：1、蟲害情況自動采集軟件和APP；2、農業環境氣象數據監測系統及APP；3、農業生態環境在線監測存儲系統軟件；4、孢子智能拍照統計監管系統；5、蟲害性誘監測系統；6、土壤肥力實時在線監測系統。

可拓展功能：在對各種環境數據、蟲害數據、病害孢子數據匯總、統計、分析以后，通過病蟲害專家診斷系統，給出相關診斷和防治建議。可以將相關數據、定位坐標等發送給：共振式誘控燈、智能設施農業設備、自動水肥噴淋設備、無人機病蟲害飛防設備進行下一步的防治作業。

平臺軟件：兼容智能蟲情測后燈系統、性誘誘捕器監測系統、田間小氣候觀測儀系統（無線智能氣象站）、視頻信息采集監測系統

1. 物聯網設備數據接入系統

將縣級購置的智能型測報物聯網設備產出的數據通過網絡傳輸到系統內，并進行數據標準化驗證和統一管理，提高調查資料的準確性和可比性，減少人為和其它因素造成的數據誤差，提高測報準確率。建立田間智能物聯網設備管理庫，管理設備的運行狀態。

2. 病蟲害田間調查數據上報系統

按照《農作物病蟲害測報調查規范》要求，開展病蟲害田間調查和數據統計上報工作，實現國家、省級任務自動上報，本地化特色業務報表自定義管理，無縫對接國家、省、市級系統。并可以根據本縣的實際情況靈活設計出適合本縣植保業務的表格。

3. 基層監測點（戶）管理系統

建立健全和完善縣、鄉、村測報網絡體系，根據本縣主要病蟲發生特點及分布，建立重點監測鄉（鎮）、監測村、病蟲監測戶檔案，明確各級測報網絡體系人員的任務和責任，指導協作，配合上級部門做好測報工作，逐步形成縣、鄉、村、戶四級測報網絡體系。

4. 數據統計及圖形分析系統

應用多種統計原理和分析方法，根據病蟲發生規律與環境關系，分析歷史病蟲發展趨勢，做定性的數據統計和分析。基于地理信息系統（GIS），在數字地圖上疊加各類調查數據和設備數據，實時提供病蟲害發生指標分析、物聯網設備分布及工作狀態、監測點分布等，掌握全縣及周邊區域病蟲害發生情況。

5. 地區病蟲害檔案和病蟲圖譜系統

收集、整理、匯總本地區主要病蟲害的技術資料、圖片資料和歷史資料，以及影響病蟲發生的氣象資料、農業信息，完善病蟲信息數據庫，建立起完整的地區病蟲害檔案和病蟲圖譜。

6. 預報情報報送系統

按發文程序和要求報送病蟲預報情報，預報內容包含發生期、發生量、發生程度、分布范圍、預報依據、發生面積、危害損失和防治措施等，通過不斷完善病蟲害預報內容，量化預報數據，圖文并茂，準確反映病蟲害發生情況，形成完整的病蟲預報。

7. 工作管理考核系統

根據安排的工作內容、考核任務及技術指標定期進行監督檢

查，量化工作內容和技術指標，重點考核病蟲測報期數、準

確率、時效性，信息的發布情況、覆蓋率、到位率及在生產

中的實際指導效果等。

（二）、具體硬件介紹：

1、智能型蟲情測報采集系統：

本產品利用現代光、電、數控集成技術，實現了蟲體遠紅外自動處理、傳送帶配合運輸、整燈自動運行等功能。

在無人監管的情況下，可自動完成誘蟲、殺蟲、蟲體分散、拍照、運輸、收集、排水等系統作業，并與無線模塊相連，把數據發送至服務器端；進行病蟲害統計與分析功能；并在網頁端顯示識別的蟲子種類及數量，根據識別的結果，對蟲害的發生與發展進行分析和預測，為現代農業提供服務，滿足蟲情預測預報及標本采集的需要。

    我公司通過多年的研發，相關軟件取得了軟件著作權證書，相關物聯網采集設備和通訊設備取得了國家專利。

    智慧農業云平臺，可以通過wifi/4g等方式接收數據，可以將各類數據存儲、分類檢索、匯總、分析；形成走勢圖、柱圖、日報表等。還可以兼容：蟲害數據、性誘監測數據、病蟲調查統計數據。利于農業生產的環境監測、實時預警、科學防治。

2、物聯網農林氣候信息采集設備（無線智能氣象站）：

  采用最新的物聯網技術、4G通訊技術，將農業環境的各類數據采集、發送到智慧農業云平臺，并通過配套的APP可以查看相關各類數據。

    我公司通過多年的研發，相關軟件取得了軟件著作權證書，相關物聯網采集設備和通訊設備取得了國家專利。

    智慧農業云平臺，可以通過wifi/4g等方式接收數據，可以將各類數據存儲、分類檢索、匯總、分析；形成走勢圖、柱圖、日報表等。還可以兼容：蟲害數據、性誘監測數據、病蟲調查統計數據。利于農業生產的環境監測、實時預警、科學防治。

2.1產品概述：

    智慧農業氣象觀測站采用最新的物聯網技術、4G通訊技術，將農業環境的各類數據采集、發送到智慧農業云平臺，并通過配套的APP可以查看相關各類數據。

    我公司通過多年的研發，相關軟件取得了軟件著作權證書，相關物聯網采集設備和通訊設備取得了國家專利。設備本身有農業部農機具質量監督檢測中心報告。

    智慧農業云平臺，可以通過wifi/4g等方式接收數據，可以將各類數據存儲、分類檢索、匯總、分析；形成走勢圖、柱圖、日報表等。還可以兼容：蟲害數據、性誘監測數據、病蟲調查統計數據。利于農業生產的環境監測、實時預警、科學防治。

2.2主要功能：

1. 通信接口：標準modbus協議； 

2. 采用先進的微型控制技術，監測不小于16項氣象環境因子

3. 主機功率：≤200mA（12V）  整機功耗：≤600mA（12V）

4. 采用60W太陽能板，40AH鋰電池，電壓：DC12V自帶穩壓設備;

5. 設備為安卓系統，配置屏幕為7寸，數據采集軟件可以自動分成：空氣、土壤、水體三大類數據，并在屏幕上可以顯示各個環境要素的數據。正常情況下通過GPRS傳輸數據，同時也可以通過GSM短信獲取數據。內置放丟失功能 。

6. 采集數據功能：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度（4層）、土壤含水率（4層）、風速、風向、光照度、輻射、降雨量、圖片等16種以上參數的環境數據；

7. 數據存儲量：可以存儲一年的數據（8760批），設備帶有本地緩存，可以在信號斷掉的時候，實現數據的復傳。

8. 具有通過移動設備將數據轉存到計算機功能，能夠與計算機聯接，實時數據、圖形顯示。

9. 可將所有采集的數據及苗情圖片上傳到自建的物聯網平臺，同時也可以上傳到農業部全國土壤墑情監測網 ”。

10. 自主知識產權的軟件平臺和手機 APP 軟件，可以通過任意聯網的電腦和手機查看數據，并可查看在線視頻和圖片，可將數據格式以折線圖、柱狀圖、3D 柱狀圖、區域圖等圖表形式顯示。

11. 可查看指定區域的站點安裝情況及最新監測時間，從而得出指定區域的站點數量。

12. 可查看某個站點指定傳感器在指定時間范圍內的數據報表信息，也可導出到 Excel。

13. 可查看某個站點在指定時間月份、年份的數據報表信息。

14. 可將備份的數據或本地整理的數據導入到數據庫，也可將導入的數據刪除。

15. 添加旱情預警信息，并自動發布預報通知。查詢已發布的旱情預警信息。

16. 用戶登陸權限可進行分級設置，確保安全。

2.3技術參數：

3、田間生態實時監測物聯網系統；

在制定區域安裝遠紅外攝像球機，管理者通過視頻系統可清晰直觀的實時查看種植區作物的生長及病蟲害情況，并對突發性異常事件的過程進行及時監視和記錄，用以提供及時高效的指揮和調度。遠程視頻在平臺上可以自動控制云臺動作，變換攝像頭方位等功能；采集的視頻幀速、圖像大小可調節。移動應急終端（手機APP監控平臺）。登錄后可實時視屏查看儀器周邊情況。多通道同屏展示，同時展示相應區域的環境土壤參數，可遠程操作攝像頭角度、變焦、變倍、光圈等參數。

4、孢子智慧可視化監測設備；

 1. 智能遠程拍照型孢子捕捉儀可以全天自動捕捉病菌孢子，并進行自動拍攝；

2. 系統具備最優圖片融合功能，自動融合成最清晰的照片通過網絡上傳至云服務器；

3. 統計分析：采用云服務器技術，實現對病菌孢子圖片的人工統計與分析，可實時人工遠程查看確認，縮短了預測預報周期；

4. 實現了遠程控制，無需人員去現場，即可進行開關機、自動拍照、設置工作時段、拍照張數、拍照采集時間等操作；

5. 設備實時狀態顯示，腔體溫度，查詢空氣采樣時間；設置空氣采樣時間

6. 遠程設置工作模式：遠程自動拍照和手動拍照

7. 采用光、電、數控技術，自動顯微成像

8. 孢子設備內有高分辨率顯微鏡，可以清晰拍攝顯示5-100微米的目標體

9. 多種聯網方式(4GRJ45GPRS）可隨時隨地聯網管理

10. 數據報警參數可遠程上傳到云平臺，可在WEB端查詢配置，方便維護和管理

11. 內置 GPS 定位功能，可在網頁地圖中查看設備站點等數據

12. 內置溫度采集功能，可遠程監測設備運行溫度

13. 所有設置可以通過APP和WEB端軟件來進行

14. 可分時段設置和控制，自動拍照和手動拍照均可

15. 時段控制：根據孢子數量大小，設定適宜工作時間段

16. 自動故障報警

17. 剩余可拍照數量顯示

18. 防雷裝置：能夠有效防止雷擊

19. 內置 UPS:支持斷電保護

20. 電源：AC 220V±10%

21. 攝像頭：500 萬像素

22. 顯示屏：10.4 寸

23. 系統：WINDOWS 7

24. 絕緣電阻：大于 2.5MΩ

25. 氣體采樣：采集流量 120L/分鐘，采集時間 60~1200 分鐘（設置范圍）

26. 可采集面積：長*寬（mm）50*8mm

27. 設置范圍：定時啟動，24 時制，可以任意設置 24 小時開啟時間

28. 拍照數量：1-100 張

29. 載玻帶：一次更換總長度 80 米，最長可以連續使用 365天，每天拍 3 次

30. 成像系統基本參數：光學放大 20X；500 萬像素 CMOS 圖像傳感器。

所有數據可上傳到本次物聯網系統中統一管理

5、昆蟲性誘智能測報系統；

本設備采用性誘誘蟲，并鹵燈加熱滅殺害蟲，通過光柵計數設備計算害蟲的數量，并通過設備內置的一體式攝像頭，對蟲害照片進行實時采集，發送到服務器端，從數據和圖片兩方面進行蟲害的準確數據復合驗證。設備集成一體式智慧通訊設備，可以拓展接入多種空氣溫濕度、風俗風向、土壤溫濕度等蟲害發生重點環境數據采集設備。通過大數據匯總分析，對靶標害蟲進行精準監測和滅殺。

1、主機采用不銹鋼材質，雙層防水，設備能在溫度10℃-70℃、相對濕度不大于95%的環境下正常工作；

2、標靶害蟲可通過性誘劑誘集，害蟲種類可控；

3、采用3.5米高，可拆卸立桿，誘捕及計數裝置的高度可調節；

4、害蟲計數器能夠記錄誘集到的害蟲數量，相鄰兩次害蟲的計數間隔不小于1秒；

5、主機具備數據遠程自動報傳功能，數據涵蓋：害蟲數量、誘捕時間、GPS信息、溫濕度等內容，并可遠程設置以下報傳方式：①根據害蟲閾值自動上傳 ②固定時間自動上傳 ③在任意時間點，遠程發送命令自動上傳；

6、害蟲誘捕信息儲存在數據處理系統中，誘捕信息能夠按照客戶要求準確上傳到客戶端；

7、數據上傳模式支持4G/WIFI/網線，可根據用戶需求進行調整，可實時上報至用戶指定地址，可實現手機APP、電腦多種客戶端接收；

8、主電路板具有環境因子監測器擴展接口以及誘捕器擴展接口，接口最多可拓展到15路，采用航空四芯接口，設備狀態穩定，方便安裝；

9、主機具備遠程開關機功能，具備設備故障遠程診斷和維護功能，設備異常或故障遠程提醒、性誘芯到期更換時間提醒功能。

10、采用太陽能蓄電池供電，太陽能電池板功率為80W，蓄電池額定電壓為12V/38AH；

11、數據永久存儲；支持通過列表查看、地圖查看、圖表查看三種數據查看方式；

12、支持數據導出與導入功能；

13、在開放接口的情況下，兼容省、國家平臺的數據導入；

14、設備兼容其他氣象感應器，采集的氣象數據可以直接自動對接病蟲害物聯網數據分析系統（縣級）

15、設備嵌入式配合攝像頭，可以對集蟲倉內的蟲害進行拍照，幫助人工比對剔除雜蟲；

16、設備采用性誘吸引，配合加熱設備將蟲子滅殺，避免蟲子出現返飛，引發重復計數，實現誘惑和滅殺一體解決。

6、土壤肥力氮磷鉀在線監測系統；

市場上的農業種植監設備，偏施、濫施、過度施肥情況十分嚴重，氮磷鉀肥比例不合理，導致土壤板結、通透性差，嚴重影響農作物產量和水平，而且監測設備的保護不夠全面，經常受到外界的影響從而造成監測效果偏差，各種裝備應用件使用空間布局小，需要經常對其保養維修的問題。

農業智慧種植和土壤元素在線分析監測領域，主要內容包括：AI智能分析工作站、離子濃度智能分析算法、R485數據轉換模塊、4G通訊模塊、土壤水體中氨氮、硝氮、鈣離子、鉀離子采集器設備集成，但是氮磷鉀肥比例不合理，因此需要對農業智慧種植和土壤元素在線分析監測，從而對其內部結構進行改進。

該一種智能土壤氮磷鉀肥力在線監測設備，通過螺栓在安裝板之間的活動，從而能夠將主體進行AI智能分析單機工作站，工作站利用自主研發的離子濃度智能分析算法，得出磷離子的濃度，然后將氨氮、硝氮、磷離子濃度、鉀離子濃度的數據通過保護板的4G通訊模塊傳輸到云服務器端，從而對農業種植中對肥力在線實時監測的需求，而且AI智能分析工作站設備得到最終分析數據，通過配套集成的4G模塊傳輸到云端的土壤肥力在線監測數據庫中，供后期農技人員和監管人員調用，通過滑動板在海綿和透氣板之間的滑動，從而能夠將外界灰塵異物阻擋住，而且通過滑動能夠對海綿進行清理，從而提高主體的檢測效果，從而提高監測設備的環境應變能力，通過保護板在外殼的旋轉柱上進行旋轉運動，從而能夠保護G通訊模塊正常傳輸，從而通過4G通訊技術對傳統的離子監測設備進行在線式監測開發，達到：在線監測土壤水體中的氨氮、硝氮、鈣離子、鉀離子的實時濃度，通過支架和卡槽之間相卡扣從而能夠保護R485航空四芯通訊設備，并通過數據線傳輸到R485航空四芯通訊設備，R485通訊設備將數據傳輸給智能分析工作站，工作站通過自身的離子濃度算法對采集到離子進行計算，得出氮、磷、鉀肥力的濃度值，

7、土壤墑情監測的概念及原理 

7.1土壤墑情監測的含義：土壤墑情是指通過對監測點所在區域不同層次土壤含水量、農業生產配置、作物表象、災害性天氣的觀測記載，掌握依據土壤水分動態變化規律，了解降水、灌溉及土壤水分變化與農業生產之間的關系，進而為農業生產的抗旱減災和提高水資源生產效率提供科學依據。

7.2土壤墑情監測系統的原理：土壤墑情與旱情監測主要是以農田為對象，在不同生態氣候區，在當地主導耕作土壤和主導作物上，根據種植模式和采用的農業技術的不同建立監測點，通過智能感知和識別技術，定點、定期采集土壤水分測定和農業生產管理、作物表象等信息，及時了解作物根系活動層土壤水分狀況、土壤有效水分含量，采用GPRS（移動通信模塊和數據通信處理模塊）或GSM（全球移動通訊系統）網絡技術和軟件技術，作出墑情判斷，指導農業生產管理，進行合理灌溉。

7.3土壤墑情監測系統的組成 

土壤墑情監測系統由墑情數據采集設備、無線電網絡傳輸、遠程控制系統三部分組成。墑情采集系統包括傳感器、太陽能、數據線、室外支架等設備，利用頻域反射原理，采用不同的傳感器節點構成無線網絡來測量測出監點的土壤含水量、降雨量、土壤溫度、風速、風向、太陽輻射、EC、PH 等墑情參數和氣象參數。無線電網絡傳輸主要是GPRS模塊（移動通信模塊和數據通信處理模塊），其功能是把墑情采集的相關數據，利用 GPRS 或 GSM（全球移動通訊系統）定時上傳到服務器，實現系統的各種監控功能，為旱情系統提供依據。遠程控制系統主要包括計算機、統計軟件、旱情分析軟件等設備。遠程控制系統收到墑情監測數據和氣象監測數據后，利用統計軟件對數據進行自動統計，再根據旱情分析軟件的評價指標體系，對監測點墑情作出適宜、基本適宜、過多、不足等判斷，當墑情不適宜作物生長時，系統自動發出干旱、嚴重干旱、漬澇等報警提示。