讓智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)于每一塊田地

讓智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)于每一塊田地第一頁，共70頁。目錄一、以經(jīng)驗為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)二、數(shù)據(jù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心的生產(chǎn)要素三、如何采集農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)四、基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的高效精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)五、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用案例第二頁，共70頁。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)驗灌溉經(jīng)驗施肥經(jīng)驗噴藥合格農(nóng)藝師培養(yǎng)需要10-15年時間第三頁，共70頁。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)驗隱含的也是數(shù)據(jù)小滿前后，種瓜種豆。小暑風(fēng)不動，霜凍來的遲。頭秋旱，減一半，處暑雨，貴如金。燕子低飛要落雨。豬銜草，寒潮到。莊稼是支花，全靠肥當(dāng)家。第四頁，共70頁。每一種環(huán)境因素都有一個適宜作物生長的最佳范圍最佳水分凋蔫點田間持水量第五頁，共70頁。%土壤水分土壤深度有效根系深度和土壤水分吸收分布圖第六頁，共70頁。OnionShape洋蔥形狀濕潤區(qū)不同類型土壤滴灌濕潤區(qū)第七頁，共70頁?；诰_監(jiān)測的精準(zhǔn)灌溉技術(shù)降雨、灌溉時間\頻率\水量\方式、土層、根系、植物生長期、蒸發(fā)、蒸騰、土壤溫度、肥料、土壤EC\結(jié)構(gòu)、地面空氣溫濕度、病蟲害、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)化，etc.第八頁，共70頁。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素——稀缺資源（土地、水、肥、藥、能源、人工）新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素——農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)（統(tǒng)計數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、實時傳感數(shù)據(jù)）每個農(nóng)場都會像使用肥料和水一樣使用實時傳感數(shù)據(jù)來提高農(nóng)場的經(jīng)濟效益，保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素第九頁，共70頁。精準(zhǔn)數(shù)字農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟效益作物物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入每年增加收益增加凈收益/畝/年100公頃馬鈴薯大田50萬元150萬元1千元2公頃溫室大棚草莓30萬元60萬元2萬元10公頃櫻桃果園60萬元300萬元2萬元隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的持續(xù)累積和完善，農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化水平會不斷提高，以設(shè)施水果和蔬菜為例，單位面積的收益將在目前國內(nèi)平均水平的基礎(chǔ)上增加3-10倍。施行初步水平的精準(zhǔn)操作以后第十頁，共70頁。農(nóng)業(yè)環(huán)境信息復(fù)雜，多維度、多模態(tài)、分散、不均勻、動態(tài)變化、相互影響；傳統(tǒng)信息采集儀器和儀表需要專業(yè)技術(shù)人員操作，設(shè)備購置、安裝、使用、維護和管理成本高；信息處理數(shù)理統(tǒng)計方法復(fù)雜，效率低；自動控制措施技術(shù)匱乏或應(yīng)用成本太高。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集、傳輸、處理和應(yīng)用方式第十一頁，共70頁。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)對采集、傳輸、處理和應(yīng)用技術(shù)的要求農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集需要的傳感器：檢測準(zhǔn)確、小型化、低成本、無線、低功耗、在線監(jiān)測、方便安裝、免維護；農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)需要的信息采集：多維度、高粒度、大范圍、連續(xù)、在線、高頻率；農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)需要的信息傳輸：無線、遠距離、穩(wěn)定、雙向；農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)需要的信息接收和處理：云平臺、數(shù)據(jù)庫、數(shù)字模型、自動預(yù)警、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)需要的信息應(yīng)用：智能控制、傳感器驅(qū)動、控制指令無線傳輸、大面積、海量設(shè)備無限接入、自動反饋。第十二頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)唯一的采集和應(yīng)用基礎(chǔ)系統(tǒng)組成：各類傳感器CaipoWave物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點CaipoBase物聯(lián)網(wǎng)基站CaipoWeb云平臺病蟲害數(shù)字模型控制軟件設(shè)備無線控制節(jié)點。核心技術(shù)：遠距離無線信息采集和傳輸技術(shù)溫室大棚設(shè)備無線控制技術(shù)水肥一體化精準(zhǔn)無線控制技術(shù)病蟲害數(shù)字模型應(yīng)用多節(jié)點信息協(xié)同和自組網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警無線節(jié)點和基站低功耗技術(shù)等。第十三頁，共70頁。土壤水勢雨量計土壤水分PR2土壤溫度空氣溫濕度大氣壓超聲波風(fēng)速風(fēng)向太陽輻射植物紅外線溫度植物莖桿直徑測量計果實生長尺寸葉面濕度葉面水分散失和水分脅迫土壤電導(dǎo)率農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接的部分傳感器--土壤、氣象、植物生理有效光合輻射土壤水分C200QCO2土壤水分Z100機械式風(fēng)速風(fēng)向第十四頁，共70頁。植物生理傳感器第十五頁，共70頁。空氣溫濕度NH3傳感器

熱傳感器CO2噪音畜牧業(yè)監(jiān)測用到的傳感器第十六頁，共70頁。物聯(lián)網(wǎng)無線信息采集節(jié)點無線節(jié)點是物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)采集專用節(jié)點，創(chuàng)新的無線傳感器接入、傳輸技術(shù)。單點信息采集的成本與傳統(tǒng)的自動監(jiān)測站相比下降大約８０－９０％；信息傳輸穩(wěn)定可靠、即插即用、超低功耗、免維護。無線信號可以輕松穿越房屋、農(nóng)作物等各種障礙物。技術(shù)規(guī)格描述供電電源LiAA3.6V2.4Ah使用壽命3-5年（按每小時一次傳輸）接口信息1個數(shù)字接口、4個模擬接口傳輸距離780MHz,1km-3km接入信息物聯(lián)網(wǎng)基站/物聯(lián)網(wǎng)控制器/PC第十七頁，共70頁。網(wǎng)絡(luò)云平臺物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測基站GPRS單臺監(jiān)測站可連接多個無線節(jié)點，支持各種傳感器。物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點工作原理第十八頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測基站

單臺物聯(lián)網(wǎng)基站可以輕松實現(xiàn)對4-12平方公里大田或者16個溫室大棚的自動在線監(jiān)測、預(yù)警，所有數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送到云平臺。技術(shù)規(guī)格描述數(shù)據(jù)采集和傳輸5分鐘至數(shù)小時（用戶可設(shè)定）數(shù)據(jù)傳輸方式GPRS/GSM、串口、藍牙功耗20-70μA（睡眠模式）接口1xUSB,2xRS232,1xRS485,1xSDI-12,1xRainGauge,1Counter傳感器數(shù)量96個主機尺寸130x150x120mm支持無線節(jié)點數(shù)量16個第十九頁，共70頁。Caipos?農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線監(jiān)測、預(yù)警和控制系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點進行溫室環(huán)境監(jiān)測和控制，每臺基站可以服務(wù)于100個溫室。第二十頁，共70頁。物聯(lián)網(wǎng)云平臺數(shù)據(jù)接收和處理；對傳感器、節(jié)點、基站進行實時監(jiān)控和管理；在平臺上設(shè)置、修改各種參數(shù)；集成病蟲害數(shù)字模型、霜凍預(yù)警等模型；無縫兼容其他平臺。2023/4/19第二十一頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能無線控制器物聯(lián)網(wǎng)無線控制器在10平方公里范圍內(nèi)接入數(shù)百個無線節(jié)點，用于環(huán)境無線監(jiān)測和溫室設(shè)備以及灌溉設(shè)備的無線控制。與歐洲常用的有線控制器相比工作效率提高十倍以上。技術(shù)規(guī)格描述數(shù)據(jù)采集和傳輸1分鐘至數(shù)小時（用戶可設(shè)定）數(shù)據(jù)傳輸方式GPRS/GSM、串口、藍牙供電220V交流電接口通常接入100個控制節(jié)點傳感器數(shù)量常規(guī)100-400個主機尺寸小型工業(yè)級PC控制設(shè)備數(shù)量常規(guī)100-300個第二十二頁，共70頁。物聯(lián)網(wǎng)無線控制節(jié)點物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點是一種物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備控制專用節(jié)點，采用創(chuàng)新的無線技術(shù)用于各種設(shè)備的無線控制。單個溫室的控制成本與傳統(tǒng)的控制設(shè)備相比下降大約８０－９０％；信息傳輸穩(wěn)定可靠、即插即用、超低功耗、免維護。無線信號可以輕松穿越房屋、農(nóng)作物等各種障礙物。技術(shù)規(guī)格描述供電電源交流電或太陽能輸入接口1個數(shù)字接口，4個模擬接口輸出接口3個，繼電器或/電磁閥傳輸距離1km-3km接入信息物聯(lián)網(wǎng)控制器/PC第二十三頁，共70頁。通風(fēng)地面加熱管空中加熱遮陽灌溉施肥機風(fēng)機濕簾循環(huán)風(fēng)機補光燈溫室大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境需要監(jiān)測，設(shè)備需用控制第二十四頁，共70頁。無線節(jié)點物聯(lián)網(wǎng)基站GPRS云平臺PC客戶端手機客戶端農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集工作原理第二十五頁，共70頁。物聯(lián)網(wǎng)控制器GPRS云平臺PC客戶端手機客戶端農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息反饋與控制工作原理第二十六頁，共70頁。網(wǎng)絡(luò)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)平臺監(jiān)測站GPRSWarningSoilMoisture

Value<15%SoilMoisture

Value<15%Airtemperature

Value<10°C郵件預(yù)警短信預(yù)警監(jiān)測站GPRS?物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)E-預(yù)警當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值時，監(jiān)測系統(tǒng)會立即將預(yù)警短信或電子郵件發(fā)送給相關(guān)人員。第二十七頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線節(jié)點+低功耗+多傳感器接入+免費使用的云平臺=高效、經(jīng)濟、方便的農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集和控制技術(shù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和伴隨農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的那樣大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將改變和引領(lǐng)中國乃至世界農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展方向。第二十八頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)云平臺、采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備將組成一個統(tǒng)一的巨大的網(wǎng)絡(luò)。核心是大平臺和云計算+海量的端：數(shù)據(jù)采集端（傳感器、節(jié)點、基站）、瀏覽終端（手機、PC）、控制終端（控制節(jié)點、設(shè)備）。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)包含：低成本多維度環(huán)境監(jiān)測、預(yù)測；精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；動植物生長模型；病蟲害模型；專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化種植養(yǎng)殖體系；全過程追溯；霜凍等災(zāi)害的預(yù)測和控制；裝備和機械智能控制等；新型農(nóng)業(yè)模式。來自各個農(nóng)場的每個數(shù)據(jù)會自動匹配相關(guān)模型和算法，指令自動生成并對各個設(shè)備進行控制。第二十九頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的核心生產(chǎn)要素和基礎(chǔ)設(shè)施為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理部門提供了高效的技術(shù)手段，可以幫助我們應(yīng)對農(nóng)業(yè)資源緊缺與農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化的雙重約束，促進農(nóng)業(yè)資源精準(zhǔn)永續(xù)利用。為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)研究帶來革命性的技術(shù)手段和全新的理念，能夠大幅提高農(nóng)業(yè)科研環(huán)境信息的采集效率、數(shù)據(jù)處理速度、在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上顯著提高科研成果的水平。逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科研、生產(chǎn)和管理的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，使優(yōu)秀的管理模式、經(jīng)驗和科研成果能夠快速推廣。數(shù)字農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和應(yīng)用第三十頁，共70頁。溫室大棚人工和物聯(lián)網(wǎng)記錄和保存環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)方法的對比第三十一頁，共70頁。序號對比項目人工CAIPOS農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)1初始投入（16棚）16*30元/棚=480元（溫濕度計）約10-15萬元21年監(jiān)測成本3人*3000元/月*12=108000元0（無需人工測量）33年監(jiān)測成本108000*3=324000元04監(jiān)測頻率1次/小時最低5分鐘/次（可調(diào)節(jié)）5異常提示或預(yù)警經(jīng)驗預(yù)警數(shù)字預(yù)警6瞬時溫度監(jiān)測無有7記錄方式人工紙質(zhì)云平臺數(shù)據(jù)庫8數(shù)據(jù)分析無有9歷史數(shù)據(jù)查詢?nèi)斯げ樵償?shù)據(jù)庫查詢10遠程查詢無有11擴展性需增加設(shè)備和人員原有系統(tǒng)上增加無線節(jié)點、傳感器12開關(guān)門能源浪費有無13與其他系統(tǒng)兼容無有14可集成數(shù)字模型無有人工監(jiān)測和Caipos?物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測對比第三十二頁，共70頁。高成本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)荷蘭聯(lián)棟溫室有線監(jiān)測和有線控制系統(tǒng)第三十三頁，共70頁。高成本精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)以色列兩線解碼器灌溉控制系統(tǒng)第三十四頁，共70頁。準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)無線灌溉控制系統(tǒng)（Zigbee）施工簡單、方便信號傳輸不穩(wěn)定，不能準(zhǔn)確反饋閥門的開關(guān)狀態(tài)

由于信號不穩(wěn)定，各地嘗試建設(shè)的無線控制系統(tǒng)，已經(jīng)全部廢棄不用。第三十五頁，共70頁。物聯(lián)網(wǎng)無線灌溉控制系統(tǒng)第三十六頁，共70頁。作物需要精準(zhǔn)灌溉

When!?什么時間灌溉How!?怎樣灌溉Where!?在哪里灌溉第三十七頁，共70頁。作物-病蟲害-環(huán)境三角關(guān)系環(huán)境病害作物蟲害空氣溫度相對濕度降雨葉面濕潤時間度日法（DD）計算每種蟲害發(fā)生所需有效積溫蟲害發(fā)育階段可視化根據(jù)有效積溫和病蟲害發(fā)生發(fā)展的關(guān)系第三十八頁，共70頁。作物環(huán)境數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸入決策1234數(shù)據(jù)采集模型模擬數(shù)據(jù)分析措施及時預(yù)測農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)病蟲害預(yù)警決策程序第三十九頁，共70頁。Caipos?物聯(lián)網(wǎng)無線監(jiān)測、預(yù)警和無線控制系統(tǒng)第四十頁，共70頁。

建立在數(shù)據(jù)監(jiān)測和準(zhǔn)確定量描述的基礎(chǔ)上的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)不僅能夠創(chuàng)造高度的經(jīng)濟效益，同時本身非常容易得到復(fù)制和規(guī)?；茝V。數(shù)字將促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然而然地大范圍地演變?yōu)楦咝鷳B(tài)農(nóng)業(yè)。數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)將應(yīng)用于所有的農(nóng)場、每一塊田地。數(shù)字農(nóng)業(yè)=智慧農(nóng)業(yè)=生態(tài)農(nóng)業(yè)=現(xiàn)代農(nóng)業(yè)第四十一頁，共70頁。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域和部分案例GreenhouseMonitoring溫室大棚環(huán)境自動監(jiān)測、預(yù)警和控制SoilMoisture&PrecisionIrrigation墑情監(jiān)測和精確節(jié)水灌溉控制DiseaseandPestManagement作物病蟲害數(shù)字模型Environment,Meteorologyandhydrology環(huán)境、氣象、水文監(jiān)測NaturalDisasterReductionandPrevention自然災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)第四十二頁，共70頁。CCTV焦點訪談現(xiàn)場采訪甘肅農(nóng)墾集團Caipos?水肥一體化項目2023/4/19第四十三頁，共70頁。中國農(nóng)科院-智慧型稻田氮磷流失綜合防控技術(shù)體系構(gòu)建與應(yīng)用1.基于泵閥灌排一體化的遠程無線控制技術(shù)2.田-溝-塘水系信息采集、傳輸為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)3.氮磷流失綜合防控關(guān)鍵指標(biāo)傳感器集成技術(shù)4.不同大數(shù)據(jù)平臺集成融合應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)田-溝-塘協(xié)同調(diào)控和循環(huán)利用與排放，為水稻穩(wěn)產(chǎn)與區(qū)域水質(zhì)改善提供科技支撐。2023/4/19第四十四頁，共70頁?？諝鉁囟?/p>

°C降雨高低無 CAIPOS數(shù)字病蟲害模型應(yīng)用-蘋果黑星病中等可能染病風(fēng)險等級15/05/1515/06/3015/06/1505/06/30噴藥可能染病第四十五頁，共70頁。水稻稻瘟病上一年留茬感染上年九月(2013)及當(dāng)年五月(2014)多雨五月、六月、九月日均溫度>8℃,7-8月平均溫度>24-25℃濕度：90-95%2014年在俄羅斯克拉斯諾達爾市發(fā)生的稻瘟病第四十六頁，共70頁。降雨空氣溫度

°C稻瘟病風(fēng)險高低無中等噴藥1.6月21日測站預(yù)報染病-6月28日噴藥2.7月18日測站預(yù)報染病-7月29日噴藥3.8月12日測站預(yù)報染病-8月8號—8月17號噴藥2015年在俄羅斯克拉斯諾達爾市發(fā)生的稻瘟病第四十七頁，共70頁。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)-本地小范圍作物生長環(huán)境精準(zhǔn)預(yù)測以表格和圖形形式顯示10天數(shù)據(jù)，尤其是48小時內(nèi)的預(yù)測準(zhǔn)確率高達85%以上每天兩次更新——結(jié)果更加精確預(yù)測內(nèi)容豐富：風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫濕度、大氣壓、太陽全輻射、降雨、露點及蒸散等。預(yù)測頻率：一小時一次結(jié)合當(dāng)?shù)厣L環(huán)境數(shù)據(jù)和最新的預(yù)測信息通過電子郵件或短信進行通知和預(yù)警作物生長環(huán)境預(yù)測精確最大概率可達85%。第四十八頁，共70頁。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)-本地小范圍作物生長環(huán)境精準(zhǔn)預(yù)測第四十九頁，共70頁。中國防汛抗旱減災(zāi)工程技術(shù)中心Caipos?山洪防治監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)（河南、河北、山西等地）第五十頁，共70頁。Caipos?溫室環(huán)境自動監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)（浙江、安徽、河北等地）第五十一頁，共70頁。Caipos?溫室環(huán)境自動監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)（江蘇、山東等地）第五十二頁，共70頁。中國農(nóng)大、中科院地理所沙漠生態(tài)環(huán)境CAIPOS物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（新疆）第五十三頁，共70頁。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點實驗室于振文院士課題組使用的CAIPOS墑情自動監(jiān)測站平臺截面

2023/4/19第五十四頁，共70頁。鐵道部Caipos?物聯(lián)網(wǎng)鐵路邊坡泥石流監(jiān)測預(yù)警試驗系統(tǒng)（廣東）第五十五頁，共70頁。CAIPOS農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和滴灌技術(shù)在鹽堿地精準(zhǔn)高效改良項目上的應(yīng)用（天津）第五十六頁，共70頁。Caipos?農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在人參種植中的應(yīng)用（吉林）第五十七頁，共70頁。網(wǎng)絡(luò)云平臺物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測基站GPRS單