基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)地理信息采集系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)地理基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)地理信息采集系統(tǒng)信息采集系統(tǒng) 一、項(xiàng)目的意義和必要性w 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人民生活水平不斷提高，資源短缺、環(huán)境惡化與人口劇增的矛盾卻越來越突出。隨著國外價格低廉的優(yōu)質(zhì)農(nóng)副產(chǎn)品源源不斷地流入我國,這對我國的農(nóng)產(chǎn)品市場構(gòu)成極大威脅。因此,如何提高我國農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,如何對大面積土地的規(guī)?；N實(shí)施信息技術(shù)指導(dǎo)下科學(xué)管理,是一個既前沿又當(dāng)務(wù)之急的科研課題。而現(xiàn)實(shí)情況是，粗放的管理與濫用化肥，其低效益與環(huán)境污染令人驚嘆。w 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中面臨著確保農(nóng)產(chǎn)品總量、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量、生產(chǎn)效益低下、資源嚴(yán)重不足且利用率低、環(huán)境

2、污染等問題而不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。w 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)地理信息采集系統(tǒng)是集物聯(lián)網(wǎng)、地理空間數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體農(nóng)業(yè)自動化操作系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下, 對農(nóng)業(yè)的地理分布以及與之相關(guān)的屬性實(shí)現(xiàn)采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和顯示等功能, 為用戶解決各種應(yīng)用問題的技術(shù)系統(tǒng)。可廣泛應(yīng)用于區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究、土地的農(nóng)作物適宜性評價、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的管理、農(nóng)田土壤侵蝕與保護(hù)研究、土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力研究、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬與仿真研究、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與定量研究、區(qū)域農(nóng)業(yè)資源的調(diào)查、規(guī)劃、管理及農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出效益與環(huán)境保護(hù)研究、森林病蟲害控制等。二、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 精確農(nóng)業(yè)在國外發(fā)達(dá)國

3、家發(fā)展十分迅速，其應(yīng)用已涉及到施肥、播種、耕作、水分管理等相關(guān)領(lǐng)域。精確農(nóng)業(yè)已逐漸為各農(nóng)場經(jīng)營者了解和熟悉。歐洲的一項(xiàng)調(diào)查表明：歐洲大約2/5的農(nóng)場主知道精確農(nóng)業(yè)技術(shù)。所有的灌溉都由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了因時、因作物、因地用水和用肥自動控制。w 我國在精確農(nóng)業(yè)的應(yīng)用研究方面取得了不少研究成果，但在整體水平上，特別是實(shí)用上與發(fā)達(dá)國家差距很大，主要存在以下幾個方面的問題：w一是人才培養(yǎng)滯后。一般農(nóng)學(xué)專家懂計(jì)算機(jī)技術(shù)的人并不多，而一些計(jì)算機(jī)專業(yè)人員對農(nóng)業(yè)科學(xué)又陌生，這樣在應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)上就存在較大矛盾；w二是信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。我國計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用信息管理目前還沒有完全做到標(biāo)準(zhǔn)化。信息庫、數(shù)據(jù)庫描述的語言和方法

4、不盡相同，開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件在計(jì)算機(jī)運(yùn)行平臺、信息接口、軟硬件等的兼容性上較差。這些不利于進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換、傳播和使用，也不便于計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究和開發(fā)；w三是技術(shù)不成熟。我國計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用專家系統(tǒng)的知識表述、推理等方面普遍存在不同程度的缺陷，并且整體功能單一。農(nóng)用實(shí)時控制處理開發(fā)成果少，應(yīng)用范圍窄，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測手段落后，速度慢，精度低。已開發(fā)的系統(tǒng)功能弱，使用效率不高，不適合推廣和使用。農(nóng)用模式識別、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)由于受人力、物力、財(cái)力影響，和農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比差距較大，從已開發(fā)系統(tǒng)來看，水平檔次低，領(lǐng)域窄，可靠性、穩(wěn)定性還不高。三、項(xiàng)目介紹w本項(xiàng)目是集物聯(lián)網(wǎng)、地理

5、空間數(shù)據(jù)處理與計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體農(nóng)業(yè)自動化操作系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)如下：w一、系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)與程序模塊相分離技術(shù), 在整個平臺結(jié)構(gòu)上采取開發(fā)平臺和應(yīng)用平臺與應(yīng)用系統(tǒng)相互獨(dú)立的方式。對選定的示范區(qū)域,通過修正嚴(yán)格規(guī)范的農(nóng)田格網(wǎng)劃分為任意可操作的非連續(xù)自然農(nóng)田地塊分布, 以可視化方式實(shí)時采集農(nóng)業(yè)示范基地的農(nóng)田地塊土壤水分含量、土壤養(yǎng)分元素含量、作物營養(yǎng)狀況、作物生長發(fā)育階段、病蟲害發(fā)生與流行等信息, 直觀地確定是否需要實(shí)施施肥、灌溉、病蟲害防治等措施。w二、采用電子報(bào)表技術(shù)開發(fā)報(bào)表管理系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)各空間與屬性數(shù)據(jù)的動態(tài)查詢、制表,以及相關(guān)分析、結(jié)構(gòu)分析、趨勢分析等統(tǒng)計(jì)分析功能, 為管理決策提供動態(tài)統(tǒng)計(jì)信息。

6、w三、利用GIS 技術(shù)將土地利用及作物布局、土壤及適宜性評價、地形地貌等空間信息及其屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一建立數(shù)據(jù)庫并制成各類圖層, 實(shí)現(xiàn)快速查詢、匯總, 以及農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境的計(jì)算機(jī)管理。 w四、利用多媒體、流媒體技術(shù)動態(tài)演示當(dāng)?shù)氐膮^(qū)位、發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃目標(biāo)、優(yōu)勢資源與支柱產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施與科技實(shí)力、農(nóng)業(yè)技術(shù)與市場信息等, 為管理決策提供基礎(chǔ)信息；采用遠(yuǎn)程和本地的CS或BS方式實(shí)現(xiàn)。遙感影像處理模塊主要從遙感影像中提取農(nóng)情信息, 自動實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)更新與處理。四、土壤樣品的采集w 土壤樣品的采集是土壤測試的一個重要環(huán)節(jié)，采集有代表性的樣品，是如實(shí)反映客觀情況，是測土配方施肥的先決條件。因此，應(yīng)選擇有代表性的地

7、段和有代表性的土壤采樣，并根據(jù)不同分析項(xiàng)目采用相關(guān)的采樣和處理方法。為保證土壤樣品的代表性，必須采取以下技術(shù)措施控制采樣誤差。w1、采樣單元 采樣前要詳細(xì)了解采樣地區(qū)的土壤類型、肥力等級和地形等因素，將測土配方施肥區(qū)域劃分為若干個采樣單元，每個采樣單元的土壤要盡可能均勻一致。 采樣單元一般為200300畝。采樣單元應(yīng)集中在典型地塊，相對在中心部位。每個采樣單元采一個混合樣。為使采樣更加方便快捷，對于土壤均一、地塊形狀規(guī)則的，亦可在采樣單元內(nèi)距地頭100200米面積為110畝的典型地段采一個混合樣。w2、采樣時間 在作物收獲后或播種前采集（上茬作物已經(jīng)基本完成生育進(jìn)程，下茬作物還沒有施肥），一般

8、在秋收后。進(jìn)行氮肥追肥推薦時，應(yīng)在追肥前或作物生長的關(guān)鍵時期。w3、采樣周期 同一采樣單元，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮每季或每年采集1次，無機(jī)氮每個施肥時期前采集1次，土壤有效磷鉀24年，微量元素35年，采集1次。植株樣品每個主要生長期采集1次。w4、采樣點(diǎn)數(shù)量 要保證足夠的采樣點(diǎn)，使之能代表采樣單元的土壤特性。采樣點(diǎn)的多少，取決于采樣單元的大小、土壤肥力的一致性等，一般為7-20個點(diǎn)為宜。w5、采樣路線 采樣時應(yīng)沿著一定的線路，按照“隨機(jī)”、“等量”和“多點(diǎn)混合”的原則進(jìn)行采樣。一般采用S形布點(diǎn)采樣，能夠較好地克服耕作、施肥等所造成的誤差。在地形較小、地力較均勻、采樣單元面積較小的情況下，也可

9、采用梅花形布點(diǎn)取樣，要避開路邊、田埂、溝邊、肥堆等特殊部位。w6、采樣深度 采樣深度一般為0-20cm，土壤硝態(tài)氮或無機(jī)氮的測定，采樣深度應(yīng)根據(jù)不同作物、不同生育期的主要根系分布深度來確定。五、儀器設(shè)備介紹這是一款基于頻域反射原理，利用高頻電子技術(shù)制造的高精度、高靈敏度的測量土壤水分的傳感器。通過測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實(shí)水分含量。測量時，傳感器產(chǎn)生的高頻電磁波沿傳輸線進(jìn)行傳播，在末端經(jīng)過周圍有土壤介質(zhì)的反射并在傳輸線上形成駐波，駐波的電壓隨著探針和周圍土壤介質(zhì)阻抗的變化而變化，通過測量傳輸線兩端的電壓差即可測出土壤的介電常數(shù)，從而測出土壤的含水量。土壤水分傳感器土壤水

10、分傳感器 土壤溫濕度傳感器土壤溫濕度傳感器 土壤溫濕度傳感器是將土壤水分和土壤溫度傳感器整合于一體，方便土壤墑情，土壤溫度的測量研究，具有攜帶方便，密封性好，高精度等優(yōu)點(diǎn)，是土壤墑情，土壤溫度測量的理想選擇。土壤水分采用國際先進(jìn)的頻域反射原理設(shè)計(jì)，土壤溫度采用德國Heraeus公司進(jìn)口A級ST-1-PT1000精密鉑電阻，傳感器內(nèi)置信號采樣及放大、溫度補(bǔ)償功能，由電源模塊、溫度傳感模塊、變送模塊、溫度補(bǔ)償模塊及數(shù)據(jù)處理模塊等組成。六、分析方法七、農(nóng)業(yè)地理信息采集系統(tǒng)拓?fù)鋱D八、市場需求分析 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們獲取農(nóng)田信息的方式很有限，主要是通過人工測量，獲取過程需要消耗大量的人力，而通過使用無線

11、傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對農(nóng)田環(huán)境的影響，獲取精確的作物環(huán)境和作物信息。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一張張功能各異的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，可以幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問題，并且準(zhǔn)確地捕捉發(fā)生問題的位置。這樣一來，農(nóng)業(yè)逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。 近年來，隨著智能農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、移動嵌入式系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐步拓寬。在監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更、畜禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤pH 值等方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在發(fā)揮出越來越大的作用，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測，科學(xué)種植，幫助農(nóng)民抗災(zāi)、減災(zāi)，提高農(nóng)業(yè)綜合效益，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，將成為創(chuàng)新推動儀器儀表科技進(jìn)步培育新興產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動力?；?/p>