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物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控中的功能與應(yīng)用探析

juying ? 來源:juying ? 作者:juying ? 2025-09-10 15:38 ? 次閱讀
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傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)長期受“看天吃飯”的制約,土壤墑情靠經(jīng)驗判斷,灌溉多了澇、少了旱;大棚溫濕度憑感覺調(diào)節(jié),作物病害發(fā)現(xiàn)時已蔓延;魚塘溶氧量監(jiān)測滯后,一夜之間數(shù)萬尾魚死亡。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)通過“傳感器感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析”的技術(shù)閉環(huán),將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從“經(jīng)驗驅(qū)動”轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”,實現(xiàn)土壤、環(huán)境、作物的全維度精準管控。從大田種植到溫室大棚,從水產(chǎn)養(yǎng)殖到畜牧養(yǎng)殖,這套系統(tǒng)正以“精準、高效、綠色”的特性,重塑農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式,成為破解“誰來種地、如何種好地”難題的核心技術(shù)支撐。

一、核心功能:構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)”

物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)通過“感知層-傳輸層-平臺層”三層架構(gòu),實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的全面感知與智能調(diào)控,核心功能涵蓋環(huán)境監(jiān)測、作物管理、設(shè)備聯(lián)動三大維度,形成“監(jiān)測-分析-決策-執(zhí)行”的完整閉環(huán)。

1.全維度環(huán)境參數(shù)監(jiān)測:

實時采集影響作物生長的關(guān)鍵環(huán)境因子,為精準管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ):

氣象監(jiān)測:通過部署在田間的氣象站,實時采集空氣溫度(精度±0.5℃)、濕度(±3%RH)、光照強度(0-20萬lux)、風(fēng)速(0-60m/s)、降雨量(0-50mm/h)等數(shù)據(jù),預(yù)測作物生長周期(如小麥灌漿期需≥12小時光照),提前規(guī)避暴雨、霜凍等災(zāi)害;

土壤監(jiān)測:土壤墑情傳感器檢測含水量、電導(dǎo)率、pH值,判斷土壤是否干旱、鹽堿化;

水質(zhì)監(jiān)測:針對灌溉用水與水產(chǎn)養(yǎng)殖,監(jiān)測水溫、溶解氧、氨氮含量,避免用污染水灌溉或魚塘缺氧。

這些數(shù)據(jù)通過LoRa4G等網(wǎng)絡(luò)實時上傳至平臺,生成動態(tài)曲線(如“近7天土壤含水量變化”),替代傳統(tǒng)“憑經(jīng)驗、看表象”的判斷方式。

2.作物生長狀態(tài)智能感知:

突破傳統(tǒng)目測局限,精準捕捉作物生長與健康狀況:

長勢監(jiān)測:通過安裝在大棚或田間的高清攝像頭,定期拍攝作物株高、葉面積、果實數(shù)量,計算生長速率(如“番茄每周株高增長5cm”),判斷是否缺肥;

病蟲害識別:利用圖像識別技術(shù),識別葉片上的病斑(如小麥銹病、黃瓜霜霉病)、害蟲(如蚜蟲、紅蜘蛛),識別準確率達95%以上,比人工發(fā)現(xiàn)提前3-5天;

成熟度判斷:針對水果種植(如葡萄、草莓),通過光譜傳感器分析果實糖度、色澤,確定最佳采摘期,避免過早或過晚采摘影響品質(zhì)。

系統(tǒng)可自動生成“作物生長報告”,如“某地塊玉米葉片發(fā)黃,可能缺氮,建議追施尿素5kg/畝”。

3.生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)動控制:

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)控灌溉、施肥、溫控等設(shè)備,減少人工干預(yù):

智能灌溉:當土壤含水量低于閾值(如60%田間持水量),系統(tǒng)自動開啟滴灌、噴灌設(shè)備,按作物需水量精準供水(如蔬菜苗期每畝30m3,結(jié)果期50m3),灌溉完成后自動關(guān)閉;

環(huán)境調(diào)控:溫室大棚中,當溫度超30℃時,自動開啟風(fēng)機、濕簾降溫;CO?濃度低于400ppm時,啟動增施設(shè)備,促進光合作用;

精準施肥:結(jié)合土壤肥力數(shù)據(jù)與作物生長期,自動控制施肥機按比例(如氮磷鉀1:0.5:0.8)施加水肥,避免過量施肥導(dǎo)致土壤污染。

設(shè)備控制響應(yīng)時間<30秒,且支持遠程手動干預(yù)(如通過手機APP臨時開啟灌溉),兼顧自動化與靈活性。

二、應(yīng)用場景:從實驗室到田間地頭的落地實踐

不同農(nóng)業(yè)場景的生產(chǎn)需求差異顯著,智慧監(jiān)控系統(tǒng)通過模塊化配置,適配大田、大棚、水產(chǎn)、畜牧等多元場景,解決個性化痛點。

1.大田種植業(yè):

在小麥、玉米、水稻等大面積種植場景,系統(tǒng)實現(xiàn)“分區(qū)監(jiān)測、精準調(diào)控”:

應(yīng)用方案:每50畝布設(shè)1個土壤墑情站、1個氣象站,結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(監(jiān)測作物覆蓋度),構(gòu)建“天地空”一體化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò);

核心價值:

節(jié)水30%-50%:某小麥種植基地應(yīng)用后,根據(jù)土壤墑情按需灌溉,每畝用水量從200m3降至120m3;

減少災(zāi)害損失:通過暴雨預(yù)警提前12小時排水,倒伏率從15%降至3%;

提質(zhì)增產(chǎn):精準施肥使玉米千粒重增加10g,畝產(chǎn)提升8%。

2.溫室大棚:

針對蔬菜、花卉等設(shè)施農(nóng)業(yè),系統(tǒng)聚焦“環(huán)境可控、品質(zhì)提升”:

應(yīng)用方案:大棚內(nèi)每100㎡安裝1個溫濕度傳感器、1個CO?傳感器,配合AI攝像頭監(jiān)測作物長勢,聯(lián)動水肥一體機、卷膜器等設(shè)備;

核心價值:

降低病害:某番茄大棚通過調(diào)控濕度(保持60%-70%),灰霉病發(fā)病率從20%降至5%;

提前上市:精準控制晝夜溫差(白天28℃、夜間15℃),草莓成熟期提前7天;

省工省力:1個工人可管理5個大棚,人力成本降低60%。

3.水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè):

在魚塘、蝦池等場景,系統(tǒng)解決“溶氧不足、水質(zhì)惡化”等核心問題:

應(yīng)用方案:水下安裝溶氧傳感器(每2小時采集1次)、pH傳感器,水面部署增氧機、投餌機,數(shù)據(jù)通過浮標式網(wǎng)關(guān)傳輸;

核心價值:

避免泛塘:當溶氧量<5mg/L時,自動開啟增氧機,某魚塘應(yīng)用后再未發(fā)生死魚事件;

精準投餌:根據(jù)魚類生長階段(如草魚成魚期)與攝食行為,自動調(diào)整投餌量,餌料系數(shù)從1.8降至1.5;

水質(zhì)優(yōu)化:實時監(jiān)測氨氮含量,超標時啟動換水設(shè)備,養(yǎng)殖水體達標率從70%升至98%。

4.畜牧養(yǎng)殖業(yè):

針對豬、雞、牛等養(yǎng)殖場景,系統(tǒng)聚焦“環(huán)境舒適、疾病早防”:

應(yīng)用方案:豬舍安裝氨氣傳感器(0-100ppm)、紅外測溫儀(監(jiān)測豬群體溫),配合視頻監(jiān)控識別異常行為(如扎堆、不采食);

核心價值:

減少疫?。喊睔鉂舛瓤刂圃?5ppm以下,豬呼吸道疾病發(fā)病率下降40%;

提高成活率:通過體溫監(jiān)測提前發(fā)現(xiàn)病豬(體溫>39.5℃),隔離治療使成活率提升10%;

溯源管理:記錄每批畜禽的飼料、用藥、環(huán)境數(shù)據(jù),生成溯源檔案,滿足食品安全監(jiān)管要求。

三、系統(tǒng)應(yīng)用的核心價值:重構(gòu)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益與模式

1.降本增效:用數(shù)據(jù)替代資源浪費

節(jié)水節(jié)肥:精準灌溉施肥,減少水資源浪費,降低化肥使用量;

減少損耗:病蟲害早發(fā)現(xiàn),減少農(nóng)藥使用量,降低水產(chǎn)養(yǎng)殖死亡率;

節(jié)省人力:自動化設(shè)備替代人工巡檢、灌溉等工作,一個人可管理過去10個人的工作量,尤其適合農(nóng)村勞動力短缺地區(qū);

2.提質(zhì)增值:從“產(chǎn)量優(yōu)先”到“品質(zhì)優(yōu)先”

品質(zhì)提升:通過精準控制生長環(huán)境,提升作物糖度、維生素含量;

品牌增值:全流程數(shù)據(jù)記錄可生成“溯源二維碼”,消費者掃碼查看“從種植到采摘”的全過程,增強信任;

標準化生產(chǎn):系統(tǒng)輸出的種植參數(shù)(如溫度、施肥量)可復(fù)制推廣,實現(xiàn)“千畝田、一個標準”,解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“品質(zhì)參差不齊”的問題;

3.綠色可持續(xù):推動農(nóng)業(yè)生態(tài)友好發(fā)展

減少污染:化肥農(nóng)藥減量使用降低土壤與水體污染;

資源循環(huán):結(jié)合氣象數(shù)據(jù)優(yōu)化灌溉,提升雨水利用率,畜牧場氨氣控制減少大氣污染,周邊環(huán)境改善;

應(yīng)對氣候變化:通過氣象預(yù)警與抗災(zāi)調(diào)控,增強農(nóng)業(yè)對極端天氣的適應(yīng)能力,如干旱地區(qū)通過節(jié)水技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn);

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng),重新定義農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的邏輯,從經(jīng)驗主導(dǎo)到數(shù)據(jù)驅(qū)動,從粗放管理到精準執(zhí)行,從資源消耗到綠色可持續(xù)。推動農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)業(yè)跨越,為保障糧食安全、實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興提供堅實的技術(shù)支撐。

審核編輯 黃宇

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