一、項目背景及建設意義

在過去的農業種植中，往往存在病蟲害較重灌溉作業不合理等問題，而由于這些因素的影響，作物不能夠正常生長，從而限制了麥稻等作物的持續平衡增產。而要解決這些問題最重要的是了解作物的生長情況以及其所處的生長環境，而苗情、蟲情、災情以及墑情是與作物生長息息相關的農業信息，因此利用農林四情監測預警系統對作物進行實時遠程監測與診斷，不僅提供了智能化、自動化的解決方案，而且能夠合理調整農業生產措施，保證作物正常生長發育，減少病蟲草害的發生，為農業生產保駕護航。

目前，以農林四情監測預警系統的農業物聯網已經成為發展科技農業的中堅力量，也是實現節本增效、環境友好型農業生產的一項重要措施。政府、科研單位及用戶應用農林四情監測預警系統，一方面可以足不出戶，就能對田間的苗情、墑情、病蟲情、災情等進行實時監測預警并自動防控，做到全天候、無人值守、連續自動工作，真正實現了生態農業的現代化、智能化，而另外一方面則可以大幅度減少水、電、人力等能源和資源使用，降低農業生產的成本，在農業領域更好的發揮了節水、節藥、節肥、節勞動力的作用。

在實際的應用中，也進一步驗證了農林四情監測預警系統所帶來的方便和效果，比如說，在小麥生產中，借助農林四情監測預警系統對農田生態環境和農作物“四情”即苗情、墑情、病蟲情、和災情監測的動態高精度監測，有關專家針對小麥生產中存在的品種布局不合理、偏施氨肥、病蟲害較重等問題進行了分析和診斷，并提出了合理有效的解決方法，有效解決了麥稻持續平衡增產的技術問題，為小麥田管工作提供了技術支撐。

從這方面來看，農林四情監測預警系統的應用，為專家會診提供了重要的技術支持。農林四情監測預警系統通過傳感器、小型氣象站、視頻監控設備自動監測和人工采集苗情、墑情、病蟲情、災情信息，并對信息進行上傳、匯總、存儲、分析，有關的農業專家在電腦端或手機上就能實時了解到農作物的生長信息，改變了以往專家必須深入田間地頭才能夠診斷分析的面貌，提高了工作的效率和防控的及時性，也為農情預警、科學制定生產措施、分析增減產原因預測農作物生長趨勢提供數據支持。

二、方案簡介

農林 “四情” 是指利用物聯網技術，動態監測田間作物的墑情、苗情、病蟲情及災情的監測預警系統。農林“四情”監測預警系統以先進的無線傳感器、物聯網、云平臺、大數據以及互聯網等信息技術為基礎，由墑情傳感器、苗情災情攝像機、蟲情測報燈、網絡數字攝像機、作物生理生態監測儀，以及預警預報系統、專家系統、信息管理平臺組成。各級用戶通過Web、PC與移動客戶端可以訪問數據與系統管理功能，對每個監測點的病蟲狀況、作物生長情況、災害情況、空氣溫度、空氣濕度、露點、土壤溫度、光照強度等各種作物生長過程中重要的參數進行實時監測、管理。系統聯合作物管理知識、作物圖庫、災害指標等模塊，對作物實時遠程動態監測與診斷，提供智能化、自動化管理決策，保證農作物在適宜的環境條件下生長，提高農業生產力，增加農民收入。

三、子系統介紹

1、田間氣象多要素自動監測系統

多要素自動監測系統能監測99%的氣象要素，例如空氣溫度、空氣濕度、風速、風向、PM2.5、PM10、大氣壓力、雨量、光照、雨雪、紫外線、總輻射、CO、O3、NO2、CO2、蒸發量、負氧離子濃度等等。同時，該系統還可以擴展配置土壤溫度、土壤水分、土壤EC、土壤PH等土壤墑情數據。

氣象站通訊方式靈活多樣，支持GPRS/4G、以太網、RS485等多種傳輸方式供客戶選擇，可實現數據的遠程控制和傳輸。

可通過GPRS/4G的方式將數據上傳至綜合環境監控平臺，也可以通過網口接入局域網。同時該氣象站還帶有1路ModBus-RTU從站接口，可以將數據通過485通信的方式上傳至客戶的監控軟件或PLC組態屏等。

2、土壤墑情自動監測系統

（1）墑情自動監測系統主要是針對土壤水分含量進行監測，通過墑情傳感器測量土壤的體積含水量（VWC）。同時，可以根據用戶的需求，該系統可以擴展配置土壤溫度、土壤電導率、空氣溫濕度、太陽輻射、二氧化碳等氣象傳感器。

（2）監測數據統一由自動監測站發送到網絡數據平臺，數據按照統一的格式進行存儲，通過圖表格式直觀展現給用戶。

（3）平臺設置有圖形預警和災情渲染模塊，可以根據作物種類和土壤類型設定不同的預警閾值，當實測數據低于預警閾值后，平臺會及時向用戶發送預警信息，同時災情渲染模塊將按照災情嚴重程度分為不同顏色，在省行政地圖上面以點的形式展現，可直觀顯示各區域的災情動態信息。

3、田間苗情災情一體化自動監測系統

田間苗情、災情一體化自動監測系統，是指由自動監測系統對農作物的生長發育狀態、病蟲害情況以及災情進行實時視頻監控（包括日間圖像和夜間的紅外圖像）。結合氣象、墑情等傳感器以及蟲情預報燈等，可以對田間苗情、蟲情、災情實現自動監測，使管理人員可以遠程關注作物生長狀況，根據作物在不同生長周期的需求，指導灌溉、施肥、噴藥等措施。

4、田間蟲情自動監測系統

自動蟲情測報燈（可視化）利用現代光、電、數控技術，實現了在無人監管的情況下，能自動完成誘蟲、殺蟲、收集、分裝、排水等系統作業，通過GPRS移動無線網絡，定時拍照采集接蟲盒內收集的蟲體圖片，自動上傳到遠程物聯網監控平臺，平臺每天自動記錄采集數據，形成蟲害數據庫，可以通過數據列表和圖表的形式展現，工作人員可隨時遠程了解以蟲體的情況和變化，制定防控措施。

5、專家診斷系統

生產使用人員可以將植物的病害特征以及危害植物生長的病蟲害種類，以文字描述和圖片的方式發送至監控平臺，由專家在線解答回復，建立一個互動的平臺。

四、數據采集硬件設備

數據采集是實現信息化管理、智能化控制的基礎。由于農業行業的特殊性，傳感器不僅布控于室內，還會因為生產需要布控于田間、野外，深入土壤或者水中，接受風雨的洗禮和土壤水質的腐蝕，對傳感器的精度、穩定性、準確性要求較高。

1、氣象觀測站

可監測風向、風速、溫度、濕度、氣壓、雨量、土壤溫濕度等等常規氣象要素，具有自動記錄、超限報警和數據通訊等功能

可遠程設置數據存儲和發送時間間隔，無需現場操作

太陽能供電，可在野外長期工作

可根據市級需求定向搭配多種氣象參數

2、墑情監測站

主要用于實時采集土壤的墑情溫濕度、鹽分、酸堿度等數據。實施采集上傳分析，主要用于田間土壤墑情的監測。廣泛應用于科學實驗、節水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場土壤速測、植物培養、糧食倉儲及各種顆粒物含水量和溫度的測量。

3、各類傳感器

葉面監測類：用于精細農業，室內外長期測量，不會腐蝕。

土壤墑情類：條帶式可測量切面3-10m的土壤水份，求平均值，數據準確；管式土壤墑情傳感器可一次性測量四層土壤水份。

環境傳感器：空氣溫濕度、光照、二氧化碳、風速風向、降雨、土壤溫濕度等傳感器為主，是了解作物生長環境的傳感器。

植物本體傳感器：能實時或階段性地監測植物莖稈粗細的變化、葉面的溫度、莖流速率、果實增重與膨大速率、植物的光合作用等植物本身的一些參數，能直觀地反應植物的生長狀態。

4、蟲情測報燈

自動蟲情測報燈主要利用現代光、電、數控技術、無線傳輸技術、物聯網技術，構建出一套害蟲生態監測及預警系統。可廣泛應用于：農業、林業、牧業、蔬菜、煙草、藥材、園林、果園、城鎮綠化、檢疫等領域。

測報燈會對設定時間段內收集的害蟲分別進行分段存放和拍照與計數，測報燈內置高清工業攝像頭，通過系統設置或網絡遠程設置后自動拍照，將現場拍攝的圖片無線發送至監測平臺，平臺整理并計算每天的數據，形成數據庫，以供農業專家遠程診斷。根據圖片與數據，專業分析人員可對每個時間段內收集的害蟲進行分類與計數。

5、高空測報燈

高空測報燈專為草地貪夜蛾測報而研制，該燈利用現代光、電、數控技術，采用高強度探照燈投射的誘蟲方式，投射距離高達1000米，彌補了傳統測報燈對遷飛型害蟲幼蟲能力不足的缺點，實現了蟲體遠紅外自動處理、整燈自動運行等功能。在無人監管的情況下，能自動完成誘蟲、殺蟲、排水等系統作業。可增設風速風向、環境溫濕度、光照等多種傳感器接口，并可通過GPRS上傳數據，以監測環境與病蟲害之間的關系。

6、孢子捕捉儀

孢子捕捉是新一代圖像式病菌檢測工具，專門收集隨空氣流動而傳播的病原菌孢子及花粉塵粒。主要用于檢測病害孢子存量及其擴散動態，為預測并預防病害流行、傳染提供可靠數據。該設備主要由孢子捕捉裝置、孢子承載裝置、圖像采集裝置、網絡傳輸模塊、電源與防雷系統組成。該設備利用現代光電數控技術，實現遠程自動捕捉各種花粉和孢子信息，自動更換載玻片，自動拍照，圖片數據自動上傳，自動運行等功能。可根據需要實時對環境氣象和孢子病害情況上傳到指定網絡平臺，專業分析人員可在平臺對每個時間段內收集到的孢子進行手工分類與計數，形成孢子測報數據庫，供專家遠程對病害的發生與發展進行分析和預測，為現代農業提供服務，滿足病情預測預報及標本采集的需要，及時防治病害發生。

7、害蟲遠程實時檢測器

害蟲遠程實時監測器是新一代害蟲自動監測系統，系統主要運用電子機械技術、無線傳輸技術、物聯網技術、生物信息素技術，構建出一套害蟲監測及預警系統。該系統集害蟲誘捕和計數、環境信息采集、數據傳輸、數據分析于一體，實現了害蟲的定向誘集、分類統計、實時報傳、遠程檢測、蟲害預警的自動化、智能化。具有性能穩定、操作簡便、設置靈活等特點，可廣泛應用于農業害蟲、林業害蟲、倉儲害蟲等監測領域。

8、殺蟲燈

殺蟲燈是利用害蟲趨光性進行誘殺的一種物理防治方法。物聯網殺蟲燈是在傳統殺蟲燈的基礎上，添加無線通訊模塊，將殺蟲燈的運行狀態和采集的數據實時上報到云端。用戶通過網頁，足不出戶便可遠程查看殺蟲燈的工作狀態和其他保護狀態，如雨控保護、傾倒保護，濕溫度等。極大的降低農業種植在人力物力上的投入成本。

五、軟件平臺

       農業“四情”監測預警系統軟件平臺是通過無線傳感器、物聯網、云平臺、大數據以及互聯網等信息技術基礎，將氣候、墑情傳感器、苗情災情攝像機、蟲情測報燈、網絡數字攝像機、作物生理生態監測儀，以及田間氣象多要素自動監測系統、土壤墑情自動監測系統、田間苗情災情一體化自動監測系統、田間蟲情自動監測系統、專家診斷系統等各子系統進行組合組成。各級用戶通過PC與移動端可以訪問數據與系統管理功能，對每個監測點的病蟲狀況、作物生長情況、災害情況、空氣溫度、空氣濕度、露點、土壤溫度、光照強度等各種作物生長過程中重要的參數進行實時，監測、管理。系統聯合作物管理知識、作物圖庫、災害指標等模塊，對作物實時遠程監測與診斷，提供智能化、自動化管理決策，是農業技術人員管理農業生產的“千里眼”和“聽診器”。

六、案例展示