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作者:田间小型气象站 文章来源:betway怎么安装 发布时间:2022-01-17 09:17:08 浏览量:2606次
农业绿色发展长期固定观测实验站
观测点和中心站物联网数据平台整体解决方案
项目立足水稻和大蒜两大主导产业,兼顾养殖业(生猪、肉鸡),研究绿色发展面临的主要问题(水资源保障程度不足、绿色生产技术需要完善、农膜回收率有待提高、专业化服务网络不健全),制订相应的绿色试验和观测方案。重点围绕三大绿色技术应用试验(车辐山镇的稻田综合种养、宿羊山镇的稻蒜轮作轻简化栽培和大蒜地膜应用及回收),开展长期定位观测,获取气象、土壤、水、生物和绿色发展动态等五大类指标的基础数据,分析农业生产投入品使用(如灌溉用水、化肥、农药等)、农产品产出(如农作物产量、品质、销售价格等)、废弃物回收利用(秸秆、农膜和粪污)和资源环境指标变化(如水、土)之间的最佳平衡点,评估绿色技术应用试验的成效,探索农业绿色生产与生态保护的有效解决方案,总结符合区域生态类型的绿色发展模式,持续提升现代农业产业园建设水平。观测试验站纳入国家体系后,承担国家观测试验任务,定期上报观测数据,为国家绿色技术、政策集成和创新提供数据支撑。
表1观测指标表
一级 指标 | 二级指标 | 具体指标 | 观测方式 | 频次 | 品种 | |
1 | 一、水分要素 | 1、灌溉水 | (1) pH | 便携观测 | 每次灌溉时取样 | 水稻 大蒜 玉米 |
2 | (2) DO | |||||
3 | (3) TN | 取样检测 | ||||
4 | (4) NH4+-N /NO3--N | |||||
5 | (4) TP | |||||
6 | (6) COD/BOD | |||||
7 | 2、田面水 | (1) pH | 便携检测 | 每月取样一次 | 水稻 | |
8 | (2) DO | |||||
9 | (3) TN | 取样检测 | ||||
10 | (4) NH4+-N/NO3--N | |||||
11 | (5) TP | |||||
12 | (6) COD /BOD | |||||
13 | 3、尾水 | (1) pH | 便携检测 | 每次排水时取样 | 水稻 | |
14 | (2) DO | |||||
15 | (3) TN | 取样检测 | ||||
16 | (4) NH4+-N/NO3--N | |||||
17 | (5) TP | |||||
18 | (6) COD/BOD | |||||
19 | 4、径流水 | (1) pH | 便携检测 | 每次径流取样 | 大蒜 玉米 | |
20 | (2) DO | |||||
21 | (3) TN | 取样检测 | ||||
22 | (4) NH4+-N/NO3--N | |||||
23 | (5) TP | |||||
24 | (6) COD/BOD | |||||
25 | 5、水量和水位 | (1)稻田灌溉水流量、流速 | 在线监测 | 数据以小时为单位 | 水稻 | |
26 | (2)稻田田面水的水位 | |||||
27 | (3)蒜田灌溉水流量、流速, | 大蒜 | ||||
28 | (4)蒜田地下水的水位 | |||||
29 | 二、土壤要素 | 1、养分 | (1)土壤全氮磷钾 | 取样检测 | 每季作物收获后取样 | 水稻 大蒜 玉米 |
30 | (2)速效氮 | |||||
31 | (3)速效磷 | |||||
32 | (4)速效钾 | |||||
33 | (5)有机质 | 每年检测一次 | ||||
34 | 2、盐分 | (1)土壤全盐EC值 | 在线监测 | 数据以小时为单位 | ||
35 | (2) pH值 | |||||
36 | 3、墒情和温度 | (1)土壤湿度 | ||||
37 | (2)土壤温度 | |||||
38 | 4、物理参数 | (1)土壤机械组成 | 取样检测 | 3年检测一次 | ||
39 | (2)土壤容重 | |||||
40 | 5、环境 | (1)土壤重金属 | ||||
41 | (2)有机污染物 | |||||
42 | 6、基本状况 | (1)土壤肥力 | 取样检测 | 每年检测一次 | ||
43 | (2)土壤类型 | |||||
44 | (3)土壤障碍 | |||||
45 | 三、气象要素 | 气象参数 | (1)气温 | 在线检测 | 数据以小时为单位 | - |
44 | (2)相对湿度 | |||||
46 | (3)降水量 | |||||
47 | (4)小型蒸发量 | |||||
48 | (5)日照时数 | |||||
49 | (6)太阳辐射 | |||||
50 | (7)风向 | |||||
51 | (8)风速 | |||||
52 | 四、生物要素 | 1、作物产量、价格 | (1)生物产量 | 调查记录 手机上报 | 收获时一次采集 | 水稻、大蒜、玉米 |
53 | (2)经济产量 | |||||
54 | (3)销售价格 | |||||
55 | 2、稻米品质 | (1)淀粉含量 | 取样检测 | 收获时一次取样检测 | 水稻 | |
56 | (2)直链淀粉含量 | |||||
57 | (3)蛋白质含量 | |||||
58 | (4)脂肪含量 | |||||
59 | (5)农药残留 | |||||
60 | 4、大蒜品质 | (1)外观指标:①大小②形状③色泽④重量⑤气味 | 大蒜 | |||
61 | (2) 营养指标:①水分②可溶性糖③膳食纤维④蛋白质⑤脂肪 | |||||
62 | (3) 活性物质指标:①蒜氨酸或大蒜素(有机硫化物)②维生素C和B1B2 | |||||
63 | (4)卫生指标:①农药残留②重金属 | |||||
64 | 5、玉米品质 | (1)淀粉含量 | 玉米 | |||
65 | (2)蛋白质含量 | |||||
66 | (3)赖氨酸含量 | |||||
67 | (4)脂肪含量 | |||||
68 | (5)农药残留 | |||||
69 | 6、栽培管理 | (1)种植品种、耕作时间和方式 | 调查记录 手机上报
| 根据农事活动,按照发生情况进行调查记录 | 水稻 大蒜 玉米 | |
70 | (2)关键生育期及长势情况 | |||||
71 | (3)病虫害频率和危害 | |||||
72 | (4)自然灾害发生情况 | |||||
73 | 7、养殖管理 | (1)养殖类型 | 根据养殖活动,按照发生情况进行记载 | 生猪、 肉鸡 | ||
74 | (2)养殖品种 | |||||
75 | (3)养殖规模 | |||||
76 | (4)疫病发生情况(或无害化处理) | |||||
77 | (5)畜禽粪便处理方式及资源化利用率 |
建成“一站多点”的两级网络观测试验体系,如图1所示。
中心站建在宿羊山健康食品科技园A2楼四层,所处楼层现状如图4所示,为框架结构。
A2楼四层楼层面积1024 m2,如图5所示,长64m、宽16m、高6m。
图5中心站所在楼层平面图
如图3所示,65个观测点分布在12个乡镇,宿羊山镇、车辐山镇、赵墩镇、戴庄镇、铁富镇、岔河镇、碾庄镇、八义集镇、官湖镇、土山镇、八路镇、新河镇。
观测点采集气象、水、土、生物和绿色发展动态指标等五大类要素86个具体指标,具体分布如下:气象1个,水分18个,土壤19个,生物19个,绿色发展动态指标8个,总计65个。
此外还有25个摄像头观测点,其中21个在农田,4个分布在两个养殖场。
图3观测点实施位置图
观测点数量如表5所示,总计65个,其中试验区观测点40个,对照区观测点25个。
12个乡镇观测点分布如下:宿羊山镇27个、车辐山镇13个、铁富镇和土山镇各4个、岔河镇和官湖镇以及新河镇各3个、赵墩镇和碾庄镇以及八义集镇各2个、戴庄镇和八路镇各1个。
五大要素指标观测点分布如下:气象观测点1个,水分观测点18个,土壤观测点19个,生物要素观测点19个(含养殖点2个),绿色发展动态指标观测点8个。
观测点建设要求如下:(1)观测点标牌:在中心站标牌的基础上增加文字“第×观测点”,数量65个;(2)农田气象站围栏1个,如图9所示,(3)地下水水位监测点5个,需要打井,要求直径20cm、深度20m左右,以见到地下水位为标准。(4)观测点设备配套地面水泥基础(如图8所示)和设备安装。
详细建设方案由中标单位提出,报农业农村局批复后实施。
图10 物联网数据平台拓扑图
表6物联网设备
序号 | 设备名称 | 指标 | 数量 | 技术要求 |
1 | 在线设备 | |||
1.1 | 农田气象 和墒情站 | 气象指标8个:气温、湿度、降雨量、小型蒸发量、日照时数、光照强度、平均风速和风向 土壤指标2个:水分、温度 | 1 | 自动监测8个气象指标和同一土壤剖面4个深度(表土层、心土层、底土层和潜育层层)的温度和容积含水量等墒情信息,根据设定时间间隔通过GPRS/4G将数据上传至数据中心。配套设施和供电要求见表注。 |
1.2 | 土壤传感器 | 指标4个:水分、温度、pH、EC | 18 | 土壤墒情测量范围:0-100% ,分辨率:0.1%,准确度:±2%。 土壤温度测量范围:-20℃-100℃,分辨率:0.1℃,准确度:0.2℃。 配套设施和供电要求见表注。 |
1.3 | 稻田灌溉水流量计 | 灌溉水的流速和流量 | 8 | 多普勒明渠流量计或超声波流量计,配无线信号传输;现场勘探后报批确定 配套设施和供电要求见表注。 |
1.4 | 稻田田面水水位计 | 田面水的水位 | 8 | 传感式水位计或超声波水位计;0~1m,精度0.5%~1%; 配套设施和供电要求见表注。 |
1.5 | 蒜田流量计和地下水水位计 | 旱田的灌溉水流量,地下水水位 | 5 | 多普勒明渠流量计或超声波流量计,配信号无线传输;现场勘探后报批确定 压力式水位计;0~20m,以见到地下水为准,精度0.5%~1%; 配套设施和供电要求见表注。 |
1.6 | 农田智能摄像头 | 具有定时和连续拍照、远程视频、声音提醒功能 | 21 | 球形摄像头,200万像素,分辨率1080P,23倍以上光学变焦 ,24小时抓拍、红外距离可达100米,水平旋转360°垂直旋转-5°~90°,支持300个预置位,可按照所设置的预置位完成不小于8条巡航路径,支持智能红外、透雾、强光抑制、电子防抖、数字降噪、防红外过曝功能;特定活动识别抓拍;电子围栏提示;图像无线传输。 配套设施和供电要求见表注。 |
1.7 | 室内摄像头 | 中心站安全监控 | 6 | 枪机摄像头;200万像素,分辨率1080P,24h监控,夜视红外距离50m;有线传输;室内安装支架、电源、信号传输线、交换机、监控硬盘、监控录像机等。 |
* | 小计 | 67 | ||
2 | 便携设备 | |||
2.1 | 作物生长监测仪1 | 叶绿素 | 2 | 测量范围 :0.0~99.9SPAD; -10~99.9℃; 数据存储100条以上;可连接电脑,数据导出分析;最小测量间隔:2s;稳定性:一年内变化<±2%,电池供电 。 |
2.2 | 作物生长监测仪2 | 叶面积指数 | 2 | 镜头角度:150° 分 辨 率:768×494pix 测量范围:天顶角由0°~75°(可分割成十个区域);方位角360°(可分割十个区域) PAR感应范围:感应光谱400nm~700nm 测量范围:0~2000μmol/㎡·S 电 源:7.4V锂电池组 传输接口:USB 工作温度:0~55℃ |
2.3 | pH快速测定仪 | 水的pH | 2 | pH:0.00~14.00;精度 :±0.01 pH |
2.4 | 水质快速测定仪 | 水温和DO | 2 | 溶解氧测量范围 :0 ~ 40.00mg/L(ppm) (0~199.9)% ;精度 : ±0.10 % FS 温度:-20.0~199.9℃ |
2.5 | 水分快速测定仪 | 秸秆、粪污、农膜等农业堆积废弃物的快速水分测定 | 2 | 水分测定范围:0~90% 单精度:0~90% 分辨率:0.1% |
2.6 | 移动数据采集智能终端 | 手机上报便携采集数据 | 2 | 操作系统:Android(安卓),机身储存128G,运行内存8G,后置摄像像素4000万以上,电池4000mAh |
2.7 | 多光谱无人机 | 观测作物长势和农业活动,拍照 | 1 | 大疆精灵4多光谱无人机,配套数据处理软件 |
* | 小计 | 13 |
注:观测点设备建设要求如下
气象站配套和供电:塑钢护栏一套,混凝土基础。不锈钢喷塑支架一套,含避雷针。不锈钢标牌一套。太阳能和电池(寿命3年以上)供电,供电能力一次充满可持续2周(主动上报模式,1小时上报1次)。
其他观测点设备配套和供电:配套室外支架,不锈钢喷塑,混凝土基础,避雷针。不锈钢标牌一套。太阳能和电池(寿命3年以上)供电,供电能力一次充满可持续2周(主动上报模式,1小时上报1次)
在线设备要求
在线监测设备用于获取实时监测数据,应遵循标准统一的硬件接口规范、通讯规范和数据协议,满足相应的技术参数、供电配置和数据传输要求,具备开放友好的二次开发接口和良好的兼容性与稳定性,具体要求如下:
数据传输方式:具GPRS/GSM 短信通讯方式,支持扩展LAN/WIFI/Zigbee方式。监测数据传输主要采用 GPRS/3G 和北斗卫星传输,照片和视频采用4G网络传输;数据传输:观测点—云端—本地服务器。考虑到数据保密性,计划使用徐州市工信局的政府云。
远程控制协议:要求具有远程控制协议,支持现场对设备进行各项参数设置或读取的编程操作,支持平台应用程序远程对监控仪器设备进行启停、 运行状态查询、 参数修改、诊断等主动控制操作。
功能要求: 支持智能采集、转发、存储,具有自动、人工召测功能;支持时间校准、扩展存储等功能。
数据存储要求: 在观测点、本地服务器、云端均可存储数据, 存储容量要满足每1~5小时存储一次、可存储至少 5 年监测数据等要求。
通信协议及数据格式:支持标准的 MQTT、CoAP、DDS、XMQP、HTTP、FTP、TCP、RPL 协议,可实现上位机软件二次编程,并要求供应商提供完整的通信数据格式或编码格式,对加密数据提供解密算法,实现数据快速解译。
扩展功能要求:具有标准的 USB/RS232/RS485 端口,可方便接入PC机或笔记本电脑;具有外部接口扩展功能,可实现 U 盘存储功能。
环境适应性要求:电路设计合理,抗外界干扰能力强,能抵抗高温、低温环境等恶劣天气条件,在-50~120℃能正常运行。
3 | 数据监控管理 | |||
3.1 | 路由器 | 中心站网络通讯 | 2 | CPU四核,双频千兆无线路由器 |
3.2 | 路由器 | 中心站网络通讯 | 4 | CPU双核,千兆无线路由器 |
3.3 | 服务器 | 数据计算和存储 | 1 | CPU1颗8核,主频2.1GHz,内存16G,硬盘2×4TB 7.2K,三级缓存, |
3.4 | 综合管理平台 | 观测点和中心站的远程监视和控制, 无人机照片和视频展示,数据平台的显示,数据存储和计算 | 1 | 酷睿I9,内存16G,固态硬盘512G,2TB 7.2K |
3.5 | 显示器 | 与服务器和综合管理平台配套 | 2 | 24寸2K |
3.6 | 机柜 | 与服务器和综合管理平台配套 | 2 | 尺寸与服务器和综合管理平台配套 |
3.7 | UPS电源 | 与服务器和综合管理平台配套 | 2 | 2000VA/1600 W,断电维持时间2h |
3.8 | 交互大显示屏 | 数据平台展示和农事活动显示 | 1 | 9个55寸LCD |
3.9 | 监控级硬盘 | 照片、视频、数据储存 | 2 | 缓存:64MB;接口:SATA接口;转速:5600rpm;容量:4TB |
3.10 | 空调 | 中心站配套 | 1 | 格力,3匹,变频 |
3.11 | 云平台 | 徐州市政府云平台,数据储存、计算、站点部署 | 2 | CPU32核,内存64G,硬盘1T,带宽20Mbps |
* | 小计 | 18 | 不含云平台 | |
4 | 调查研究设备 | |||
4.1 | 投影仪 | 1 | 1080P 3300流明 1.35倍变焦,100英寸幕布+吊架,含安装 | |
4.2 | 投影屏幕 | 1 | 与投影仪配套,含安装 | |
4.3 | 网络会议 视频系统 | 1 | 一体式交互视频会议机,操作系统windows,屏幕65寸DLED,分辨率3840*2160,外置摄像头20倍变焦,无线蓝牙,全向麦克风 | |
4.4 | 会议桌 | 1 | 5.5×1.6米,可容纳14人 | |
4.5 | 椅子 | 中心站综合使用,含数据管理办公室 | 30 | 单人椅,木架,与会议桌配套, |
4.6 | 笔记本电脑 | 作物生长叶面积指数用和会议汇报用 | 2 | 英特尔酷睿i5 14英寸轻薄笔记本(11代i5 16G内存;硬盘512G |
4.7 | 电动车 | 1 | 车身材质:金属钣金,额定功率:1500w,充电电压:220v续航里程100km,带棚盖,乘坐4人 | |
* | 小计 | 37 | ||
5 | 数据管理办公 | |||
5.1 | 台式计算机 | 5台办公用 1台无人机用 | 6 | 办公:i5-10400 8G 256G 1T +21.5英寸显示器。 无人机:10代i7,16G,512G,七彩虹GTX1050 |
5.2 | 打印复印一体机 | 1 | 无线传输,打印复印扫描 | |
5.3 | 空调 | 4 | 格力3匹,立式变频 | |
5.4 | 办公桌 | 7 | 压合板,单人办公桌(77cm*70cm*120cm),含抽屉,电脑外机位,塑料搁架一个 | |
5.5 | 文件柜 | 6 | 铁皮文件柜;:A4文件柜 金属材质厚度:0.6mm 柜锁类型:钥匙锁 主体尺寸;180×85×39cm | |
5.6 | 其他办公用品 | 2 | 饮水机等 | |
* | 小计 | 26 | ||
** | 合计 | 161 | 不含云平台 |
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