1、基于物联网的农业地理基于物联网的农业地理信息采集系统信息采集系统 一、项目的意义和必要性w 随着经济的飞速发展,人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。随着国外价格低廉的优质农副产品源源不断地流入我国,这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此,如何提高我国农产品的质量和生产效率,如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学管理,是一个既前沿又当务之急的科研课题。而现实情况是，粗放的管理与滥用化肥，其低效益与环境污染令人惊叹。w 传统农业在向现代农业发展过程中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境
2、污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。w 基于物联网的农业地理信息采集系统是集物联网、地理空间数据处理计算机技术于一体农业自动化操作系统。在计算机软、硬件支持下, 对农业的地理分布以及与之相关的属性实现采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示等功能, 为用户解决各种应用问题的技术系统。可广泛应用于区域农业可持续发展研究、土地的农作物适宜性评价、农业生产信息的管理、农田土壤侵蚀与保护研究、土地的农业生产潜力研究、农业系统模拟与仿真研究、农业生态系统监测与定量研究、区域农业资源的调查、规划、管理及农业投入产出效益与环境保护研究、森林病虫害控制等。二、国内外技术现状和发展趋势 精确农业在国外发达国
3、家发展十分迅速，其应用已涉及到施肥、播种、耕作、水分管理等相关领域。精确农业已逐渐为各农场经营者了解和熟悉。欧洲的一项调查表明：欧洲大约2/5的农场主知道精确农业技术。所有的灌溉都由计算机控制，实现了因时、因作物、因地用水和用肥自动控制。w 我国在精确农业的应用研究方面取得了不少研究成果，但在整体水平上，特别是实用上与发达国家差距很大，主要存在以下几个方面的问题：w一是人才培养滞后。一般农学专家懂计算机技术的人并不多，而一些计算机专业人员对农业科学又陌生，这样在应用的结合点上就存在较大矛盾；w二是信息标准不统一。我国计算机农业应用信息管理目前还没有完全做到标准化。信息库、数据库描述的语言和方法
4、不尽相同，开发的应用系统软件在计算机运行平台、信息接口、软硬件等的兼容性上较差。这些不利于进行数据的交换、传播和使用，也不便于计算机农业应用网络系统的研究和开发；w三是技术不成熟。我国计算机农业应用专家系统的知识表述、推理等方面普遍存在不同程度的缺陷，并且整体功能单一。农用实时控制处理开发成果少，应用范围窄，数据采集和监测手段落后，速度慢，精度低。已开发的系统功能弱，使用效率不高，不适合推广和使用。农用模式识别、数字图像处理、计算机农业应用网络由于受人力、物力、财力影响，和农业发达国家相比差距较大，从已开发系统来看，水平档次低，领域窄，可靠性、稳定性还不高。三、项目介绍w本项目是集物联网、地理
5、空间数据处理与计算机技术于一体农业自动化操作系统，关键技术如下：w一、系统采用数据与程序模块相分离技术, 在整个平台结构上采取开发平台和应用平台与应用系统相互独立的方式。对选定的示范区域,通过修正严格规范的农田格网划分为任意可操作的非连续自然农田地块分布, 以可视化方式实时采集农业示范基地的农田地块土壤水分含量、土壤养分元素含量、作物营养状况、作物生长发育阶段、病虫害发生与流行等信息, 直观地确定是否需要实施施肥、灌溉、病虫害防治等措施。w二、采用电子报表技术开发报表管理系统, 实现各空间与属性数据的动态查询、制表,以及相关分析、结构分析、趋势分析等统计分析功能, 为管理决策提供动态统计信息。
6、w三、利用GIS 技术将土地利用及作物布局、土壤及适宜性评价、地形地貌等空间信息及其属性数据统一建立数据库并制成各类图层, 实现快速查询、汇总, 以及农业资源与环境的计算机管理。 w四、利用多媒体、流媒体技术动态演示当地的区位、发展现状与规划目标、优势资源与支柱产业、基础设施与科技实力、农业技术与市场信息等, 为管理决策提供基础信息；采用远程和本地的CS或BS方式实现。遥感影像处理模块主要从遥感影像中提取农情信息, 自动实现实时动态更新与处理。四、土壤样品的采集w 土壤样品的采集是土壤测试的一个重要环节，采集有代表性的样品，是如实反映客观情况，是测土配方施肥的先决条件。因此，应选择有代表性的地
7、段和有代表性的土壤采样，并根据不同分析项目采用相关的采样和处理方法。为保证土壤样品的代表性，必须采取以下技术措施控制采样误差。w1、采样单元 采样前要详细了解采样地区的土壤类型、肥力等级和地形等因素，将测土配方施肥区域划分为若干个采样单元，每个采样单元的土壤要尽可能均匀一致。 采样单元一般为200300亩。采样单元应集中在典型地块，相对在中心部位。每个采样单元采一个混合样。为使采样更加方便快捷，对于土壤均一、地块形状规则的，亦可在采样单元内距地头100200米面积为110亩的典型地段采一个混合样。w2、采样时间 在作物收获后或播种前采集（上茬作物已经基本完成生育进程，下茬作物还没有施肥），一般
8、在秋收后。进行氮肥追肥推荐时，应在追肥前或作物生长的关键时期。w3、采样周期 同一采样单元，土壤有机质、全氮、碱解氮每季或每年采集1次，无机氮每个施肥时期前采集1次，土壤有效磷钾24年，微量元素35年，采集1次。植株样品每个主要生长期采集1次。w4、采样点数量 要保证足够的采样点，使之能代表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于采样单元的大小、土壤肥力的一致性等，一般为7-20个点为宜。w5、采样路线 采样时应沿着一定的线路，按照“随机”、“等量”和“多点混合”的原则进行采样。一般采用S形布点采样，能够较好地克服耕作、施肥等所造成的误差。在地形较小、地力较均匀、采样单元面积较小的情况下，也可
9、采用梅花形布点取样，要避开路边、田埂、沟边、肥堆等特殊部位。w6、采样深度 采样深度一般为0-20cm，土壤硝态氮或无机氮的测定，采样深度应根据不同作物、不同生育期的主要根系分布深度来确定。五、仪器设备介绍这是一款基于频域反射原理，利用高频电子技术制造的高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。测量时，传感器产生的高频电磁波沿传输线进行传播，在末端经过周围有土壤介质的反射并在传输线上形成驻波，驻波的电压随着探针和周围土壤介质阻抗的变化而变化，通过测量传输线两端的电压差即可测出土壤的介电常数，从而测出土壤的含水量。土壤水分传感器土壤水
10、分传感器 土壤温湿度传感器土壤温湿度传感器 土壤温湿度传感器是将土壤水分和土壤温度传感器整合于一体，方便土壤墒情，土壤温度的测量研究，具有携带方便，密封性好，高精度等优点，是土壤墒情，土壤温度测量的理想选择。土壤水分采用国际先进的频域反射原理设计，土壤温度采用德国Heraeus公司进口A级ST-1-PT1000精密铂电阻，传感器内置信号采样及放大、温度补偿功能，由电源模块、温度传感模块、变送模块、温度补偿模块及数据处理模块等组成。六、分析方法七、农业地理信息采集系统拓扑图八、市场需求分析 在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，而通过使用无线
11、传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集信息，可以帮助农民及时发现问题，并且准确地捕捉发生问题的位置。这样一来，农业逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，促进了农业发展方式的转变。 近年来，随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽。在监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气
12、、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH 值等方面，物联网技术正在发挥出越来越大的作用，从而实现科学监测，科学种植，帮助农民抗灾、减灾，提高农业综合效益，促进了现代农业的转型升级。 物联网在农业领域的应用发展，将成为创新推动仪器仪表科技进步培育新兴产业的驱动力。基于信息和智慧管理好复杂的农业产业系统，解决好农业领域面对的共性关键技术问题：农田耕地等级检测、土壤力学性能测试以及对人类身体健康构成威胁的重金属元素的检测等，加快转变农业发展方式，都将对信息感知装备与仪器仪表产业提出了更加迫切的需求。未来几年全球市场规模将出现快速增长，据相关分析报告，2013年全球市场规模将达到1400亿美元，每年以近20%比例增长。 谢谢！
