基于物联网技术的水肥一体化管理系统案例研究

许衍会

摘 要 为推动农业信息化建设，本文以JJR公司为对象研究基于物联网技术开发水肥一体化管理系统，通过传感设备对农作物生长数据及环境数据的采集、统计和分析，对农作物的状态提供实时监控，用户可在PC端、微信上獲取可视化数据，借助科学化数据化分析及远程操作，实现科学的灌溉和施肥方案。

关键词 物联网;水肥一体化;农作物;管理系统

JJR公司通过利用物联网、云计算、大数据等技术自主开发了智能水肥一体化管理系统。公开数据显示该系统已成功在国内外近百亩农场上得到应用，与传统灌溉、施肥相比，水肥可节约40%至50%，每亩增收增产超10%。本文结合JJR公司在水肥一体化管理系统的实践，研究物联网为核心的新兴技术在农作物管理中的应用，旨在有效提升农作物种植管理的智能化水平。

1JJR水肥一体化系统概述

JJR水肥一体化管理系统（以下简称“JJR系统”）通过集成国际领先的水肥一体化设备，采用先进的灌溉技术，结合物联网远程控制、地理信息系统、土壤气象墒情监测等技术，构建出一套完备的农作物智能服务体系，实现了对农作物生长环境的实时监控、水肥灌溉远程控制、农业数据采集分析等功能，实现农作物全周期的标准化作业。

物联网技术在JJR系统中起到非常关键的作用，从感知层、网络层到应用层都离不开物联网技术，JJR系统不仅实现了农作物的生态监控和水肥远程控制功能，而且提供专家诊断功能[1]。

2系统分层架构设计

2.1 系统感知层

感知层采用传感装置来收集农作物环境信息，包括感知环境、采集数据的传感器，用于获取环境信息。

JJR系统感知层采用自主研发的JJR润土、JJR捷气及摄像头等设备，润土主要用于获取田间数据，包括土壤温度、湿度、盐分等;捷气主要用于采集生态环境及气候要素;摄像头感知终端支持在线画面实时终端接入，可对农作物现场进行远程监控，用于农作物及农田的实时监控，实时采集数据信息。

2.2 系统传输层

传输层负责对传感器数据收集、传送上云服务，该层主要包括与感知层设备的有线连接、无线连接及网关。在系统传输设计上，将文本转化为二进制数据方法再进行传输，以减少流量，且将一定时间内的监测数据合并传输，减少发送次数、降低电量消耗。

JJR系统传输层采用电力载波通信技术和物联网无线技术，在电力载波通信技术通信距离远、抗干扰强、信号和电源同一传输介质且技术成熟，物联网无线技术通信距离远、抗干扰强、扩频载波、低功耗、多节点、全球免费频段、成本低且拓展便利，节点容量大，覆盖范围广，两种技术各有优劣，通过优势互补，JJR公司采用自主开发的传输设备JJR-精灵，集成了GPRS、3G、4G、有线等传输功能，为系统传输层提供稳定服务[2]。

2.3 系统后台支撑层

JJR后台支撑层核心之一是云服务系统，JJR公司与全球领先的云服务提供商阿里云开展深入合作，在自建私有云基础上，将水肥一体化管理平台采集的海量数据使用阿里云云服务进行存储、管理和分析处理，数据安全，稳定性强，数据迁移、备份、恢复便捷，且根据数据规模随时扩充服务器容量，按需配置;提供数据挖掘服务，利用阿里云云计算分布式处理技术对数据进行挖掘，数据处理高效，及时向客户端提供数据分析结果及预警服务;提供多账号权限分级，根据业务要求和权限设置差异化的功能操作和数据展示，向客户端提供API接口，为用户提供数据展示和管理界面。

JJR后台支撑层另外一个核心是大数据分析平台，基于JJR农业监控平台采集的数据，大数据分析平台进行数据处理，建立设备运行监控、土壤肥力、水肥用量、作物生长、气象数据等模型，从而更好地根据土壤的养肥含量和作物的需水需肥规律，进行全生育期精准水肥灌溉，在保产保量的同时，节水、节电、省肥、节劳力，指导农产品标准化生产，提高集约经营水平。

（1）设备运行监控模型 通过记录每一次设备的操作行为，经统计分析，将人工经验与机器学习相结合，从而运算生成更 高效、合理的灌溉方案。

（2）作物生长模型 通过记录作物全生长周期的用水、施肥、喷药等数据，不断进行机器修正后，与农艺指标、监控图像数据分析相结合，最终得出作物的标准化种植模型。

（3）气象模型 通过气象监测站获取的数据以及遥感卫星的分析支持，做到小范围的“靶向预测”，指导生产作业。

（4）系统应用层

用户通过API接口可以在PC端或微信上随时查看经云端分析处理的图形化数据，用户可根据系统提示进行远程操作管理，例如，经分析采集到的土壤和天气温湿度传感器的数据，农作物需要进行灌溉的，应用层会发出灌溉预警，用户收到系统提示后，可在web端或者微信端进行远程灌溉操作;此外，借助于摄像终端，应用层可以获得农作物的实时画面，实现农产品溯源、远程指导种植户生产作业等功能[3]。

3结束语

JJR公司自主研发的水肥一体化管理系统经过多年的实践和完善，得到了国内外众多合作方的认可，一定程度上推动了智慧农业灌溉领域的发展，但是要看到物联网技术还在不断发展，物联网设备的精准度还需要进一步提升，此外，农业数据的缺乏，成熟的农作物生长模型还需进一步完善。

智能灌溉只是智慧农业的一部分，JJR公司目前已经推出“蚂蚁数据农场”项目，集农场规划、种植方案、农业金融、农化服务、水肥一体化、农产品销售等为一体，依托数据支持，借助物联网、云计算、AI、区块链等新兴技术，整合先进的农业技术、资金、市场等各类要素，通过新技术和新模式构建智慧农业新格局，破解行业痛点难点，助力中国农业的发展。

参考文献

[1] 范凤翠，李志宏，王桂荣，等.国外主要国家农业信息化发展现状及特点的比较研究[J].农业图书情报学刊，2006，18（6）：176-177.

[2] 张民，陈鹏.中国农业物联网：现状、挑战及思考[J].中国科技投资，2012（9）：40-41.

[3] 刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学，2010， 37（6）：3-4.