辣椒5G智慧农业物联网大数据平台丨水肥一体化控制系统

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

随着物联网技术发展不断进步、NB模块成本不断下降、云技术与大数据的发展不断推进，当下水务领域出现了各种远程抄表的“新物种”，物联网与云计算正在迅速改造传统水务行业。

中国电信成都分公司携手天翼物联产业联盟于6月8日在中国西部信息中心举办了“水·网·云”天翼物联智慧水务研讨会。此间，新都水务的智慧水务崭新尝试浮出水面。

此外，为了快速打造智慧水务运营服务新模式，进一步拓展水务产业链的合作，全面助力智慧水务的建设，由水司、中国电信和无锡聚为科技有限公司共同签订“互联网”+智慧水务云服务系统战略合作协议。

传统水务行业的头疼之处

虽然各种智慧抄表应用的硬件开始逐渐出现在家庭用户中，但其实当下的水务行业从业者并没有轻松很多，这又是什么原因呢？

因为当下水务系统的信息化程度普遍过低，一个水务公司往往有几十套系统，系统之间数据形成孤岛，连数据调用都十分困难更不用提“数据的二次利用”了。

无锡聚为科技有限公司副总经理常峰涛与昆山市自来水集团有限公司信息中心薛颖均表示，当下水务公司大多处于“粗放式”的管理模式，诸如管网监测等还依靠传统的模式。

薛颖说：“昆山自来水的信息化很大程度上是客户倒逼的成果，譬如微信、支付宝支付水费、譬如电子账单等功能。”

虎哥了解到，并不是水务公司不愿意做信息化更好为客户服务，而是出于以下多种原因，让水务公司难以进行信息化改造。

1

水务系统过于复杂

水务系统是个相当复杂的系统，从源头到端都可以包括在内，更不用提“智慧水务”了。建设部城市水资源中心所长、中国城镇供水排水协会秘书处副主任周长青先生表示：智慧水务是一个庞大的系统，系统内又可以分众多子系统。现在没有企业能够完全打造出“智慧水务”，只是针对某些细分领域在做，目前来看智慧水务没有龙头企业。

正是因为系统过于复杂，所以水务同样需要复合型人才。但是目前来看，县级水务公司很难留住一个IT人员，所以在运维管理方面水务公司的信息化程度也就相对较低。

2

信息平台并未打通

虽然很多水务公司都在进行信息化的建设，但是由于各个系统之间信息化建设时间不同、厂商不同、标准不同等问题。所以数据很难实现跨系统之间的调用分析，更不用提跨公司统一管理或者监控了。

华北水利水电大学、城市水务研究院侯煜堃博士介绍：“就拿一个很简单的例子‘管网漏损’监测来说，水务公司要监测到漏损，需要调用的有GIS数据、区域流量数据、营收数据、客服系统数据、巡检系统数据。但这些数据根本没办法实现统一分析，所以当下对于漏损情况，只能采取原始的‘换管，换表’等成本高、效率低的补救措施。”

3

投入成本高昂

如果选择靠谱的方案提供商，为水务公司建立整体的信息化系统的话，成本会有多少呢？常峰涛认为，单就软件平台的投入就需要300到500万左右，这还不算其他的硬件等方面的投入。

这对于水务公司来说，改造成本还是过于高昂，更不用提用户不到5万的县级水务公司了。

4

后期运维困难

即便是水务公司建立起自己的信息化系统，后期的运营保障谁来负责？水务公司核心业在“治水”而不是IT运维，更不懂大数据、云计算等技术。

更多的水务公司，往往是5-7人管理着30多套系统，还要负责公司的新风系统、机房系统等维护，本身已经焦头烂额，进行数据的精细化运营更是不现实。

5

行业缺乏标准

由于每个企业的技术不同、标准不同，带来的另一个问题就是“行业标准”的缺失。

周长青认为：“水务行业缺乏一个统领性权威性的标准，协会标准只要是协会都可以制定，但权威性显然就不如建设部。但现在来看协会关于水务的标准都相对缺失，都是每个企业自己在用自己的标准，长期来看不太适合行业发展。”

6

信息安全性保障差

水务公司记录着本地每户居民的“居住位置、身份信息、消费数据”等敏感信息，而当下水务系统对于数据安全性的保障方面。

一家自来水公司的信息中心主任郭建飞说：“现在想想还是很可怕的，我们用户的用水等30多万数据在服务器中，公司员工只要有权限就能下载。如果信息安全保障的不到位，那么问题无疑很严峻。”

SaaS平台解决水务公司信息化改造

为了快速打造智慧水务运营服务新模式，进一步拓展水务产业链的合作，全面助力智慧水务的建设，由水司、中国电信和无锡聚为科技有限公司共同签订“互联网”+智慧水务云服务系统战略合作协议，打造“水网云”的一站式智慧水务应用服务平台。

借用中国电信天翼云物联平台（无线网、NB网络、光纤网络），未来的中小水务公司可以实现像SaaS平台一样，通过购买服务的方式实现信息化改造。

也就是说，原本水务公司需要花费百万进行信息化改造，未来可以实现按年缴费（譬如每年10万）即可享受智慧水务方面的服务。

具有这些特点：网络接入形式多样、托管模式成本低、广泛适应多厂商设备多协议、安全保障级别高、无需运营维护……通过一站式的水务云服务，水务公司可以实现以较低的成本享受远程抄表、手机设备巡检，DMA漏水监测，水质在线监测等众多功能。

同时水务公司将不用担心维护问题，四川电信将为水务公司提供维护服务，而水务公司可以专注于核心业务为用户提供更优质的服务。

在研讨会上，虎哥了解到这套水务云服务系统最初是聚为想和BAT互联网巨头中的一家共同打造的，结果谈了半年并没有实践，最后发现电信才是最合适的选择。

“因为他们的服务没办法做到覆盖到每个乡镇，但是电信可以，电信能把服务覆盖到每个水务公司。”无锡聚为科技有限公司副总经理常峰涛说。当然除此之外，虎哥认为电信作为运营商，安全性的保障也是水务公司需要考虑的因素之一。

电信搭建智慧水务基础设施

在这背后，则是四川电信在网络建设、物联网搭建、产业推进等多个方面进行努力的结果。

物联网方面，作为首批7个NB-IoT试验省份，自2016年12月以来，中国电信四川公司重耕800MLTE网络，累计投入上亿元打造物联专网。2016年12月10日，成都800M专网率先开始实施，各市州也陆续进行网络改造。

2017年5月，中国电信率先建成全球覆盖最广的新一代商用物联网NB-IoT网络，全国NB-IoT基站总量33万，开通率达97%，其中四川基站总量24万，开通率达100%。具备低功耗、海量连接、深度覆盖等多项优点的NB-IoT物联网应用正全面走向市场。

借助NB-IoT网络的优质覆盖，中国电信四川公司积极布局全省物联网，聚焦智慧城市公共设施服务和行业垂直领域，重点在智能气表、智能水表、智能井盖、土壤检测、智能安防、水质监测、智能停车等领域成功开展多场NB-IoT外场试验。在智能抄表领域，我们在成都市新都区、天府新区，已经开展智能燃气、智能水务试点，现在数千台NB水表、燃气表已投入使用。

产业推动方面，2017年9月中国电信四川公司联合华为、中兴、四川长虹、四川九洲等10余家副理事长单位，并依托电子科大、西南交大的专业技术支持，共同成立具有四川特色的四川天翼物联产业联盟。

另外值得一提的是，为了推动四川物联网产业发展，四川电信打算在资金方面增加支持力度。中国电信四川公司政企客户部总经理杨斌介绍，天翼物联产业联盟打算成立基金，为川内从事物联网的企业提供资金支持，而目前针对四川的基金规模大致是10亿。

同时，中国电信四川公司和九洲集团、五粮液等公司成立物联网联合实验室，将物联网业务发展与本土企业的产业链相结合，构建产、学、研一体的物联网生态圈。帮助物联网企业在推广产品前进行场景化的试用，从而完成试错过程。

当前，人工智能快速爆发，物联网技术稳步前进。我们可以看到，无论是人工智能，还是物联网的应用，都即将迎来一个新阶段，作为传统产业的农业已经成为物联网、人工智能的重点发展领域。十九大报告中鼓励新时代农业利用现代化手段，结合互联网大数据分析，建立满足农业生产整体规划要求的智慧农业人工智能基础设施。未来，智慧农业将是中国农业发展的重要方向。

下面给大家展示一个基于Hightopo可视化方案实现的智慧农业案例，所见即所得：

智能水肥一体化控制系统亮点

(1)节水节肥——节水节肥50%-70%；设备实时监控用水用肥量，不仅能精确保证水肥平衡还节省了大量的多余消耗。

(2)省时省力——实时在线远程监测，迅速大面积灌溉和施肥。

(3)智能控制——根据土壤水分等相关参数自动反馈控制灌溉。控温调湿，避免了施肥浇水过多作物造成黄叶坏死等问题。

(4)提高产量——投运该系统可增产30~50%，改善作物品质，提高经济效益。

(5)减轻病害——大棚内作物极容易产生土传病害，采用滴灌可以直接有效的控制土传病害的发生。

可以通过移动平台或者个人电脑访问该界面，宏观统计出园区温室数量和总面积。可宏观的查看到不同类型温室的分布状况。并且由主界面可以访问各个园区分区温室。可以大体直观的统计出温室数量和种植品种，水肥流动流向和每一个储备罐中的液位高度情况，以及点触节点查看水表和电磁流量计等可查看施肥流量和用电用水量，直观查看EC/PH数值，实时监控到园区内土壤的酸碱和电导度是否适宜作物生长，及时做出调整。

每一个区域都配备4个不同方位的监视设备，有助于实时直观的了解园区内的现实状况，及时反馈到用户 *** 作平台上。整个系统由设施农业母液制备系统，管道增压离心泵，设施农业母液输配系统，农业工作液制备与施肥系统，多级细心增压构成。

该系统提供肥料添加量自动计算，智能引导注肥。 可查看详细参数配置了解制作母液时工作数值,母液制备时循环搅拌,增加水压将原液输送到母液桶中及时储存。

扩展资料

图扑软件（Hightopo ）是由厦门图扑软件科技有限公司独立自主研发，基于HTML5标准技术的Web前端2D和3D图形界面开发框架。Hightopo 非常适用于实时监控系统的界面呈现，广泛应用于电信网络拓扑和设备管理，以及电力、燃气等工业自动化 (HMI/SCADA) 领域。

它提供了一套独特的 WebGL 层抽象，将 Model–View–Presenter (MVP) 的设计模型延伸应用到了 3D 图形领域。使用 Hightopo 您可更关注于业务逻辑功能，不必将精力投入复杂 3D 渲染和数学等非业务核心的技术细节。

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托普水肥一体化智能灌溉系统，托普水肥一体化自动控制系统由系统云平台、墒情数据采集终端、视频监控、施肥机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间管路等组成。系统可根据监测的土壤水分、作物种类的需肥规律，设置周期性水肥计划实施轮灌。施肥机会按照用户设定的配方、灌溉过程参数自动控制灌溉量、吸肥量、肥液浓度、酸碱度等水肥过程的重要参数，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，充分提高水肥利用率，实现节水、节肥，改善土壤环境，提高作物品质的目的。该系统广泛应用于大田、旱田、温室、果园等种植灌溉作业。

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