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旗硕科技物联网节水灌溉方案
目 录
一、旗硕科技介绍 2
二、前言 3
三、北京旗硕科技土壤墒情监测及节水灌溉控制方案 6
四、监控管理平台 10
附录 14

一、 旗硕科技介绍
北京旗硕基业科技有限公司（简称“旗硕科技”）为北京航空航天大学科技园下属企业，是在北京市海淀区注册的高新技术认证企业。
公司位于北京航空航天大学科技园留学人员创业园，是中关村管委会、北京航空航天大学天华科技园、北航校友会等单位重点扶持企业和优秀示范企业。公司50%以上员工为硕士研究生以上学历。
旗硕科技于2004年开始跟踪国际先进的无线传感网络技术，2007年正式投入农业应用领域，是国内首批开展农业物联网技术研究及大规模应用的高新技术企业。
旗硕科技与航天科技集团、清华大学、北京航空航天大学、中国科学院、中国农业科学院等单位建立了广泛的科研合作。其中，与北航自动化学院联合成立的物联网实验已为北航培养了三届硕士研究生。该实验室先后承担了中国航天科技集团、清华大学、中科院电子所、中科院电工所等多项高新技术研发课题，其中包括载人航天、核物理实验等多项急难险重的任务。
旗硕科技依托航天科技领域的应用成果，在Zigbee 无线通讯、3G/GPRS、传感器网络等物联网技术领域拥有多项核心专利及软件著作权。
同时，旗硕科技在黑龙江哈尔滨与中国科学院软件研究所（基础软件国家工程研究中心）成立了物联网联合事业部，进行相关研发与市场开拓。
旗硕科技产品已经在北京、天津、山东、河北、内蒙古、黑龙江、新疆、福建、海南等省市进行了较大规模应用。
企业荣誉及资质：
2007年，旗硕科技被评为“北京市高新技术企业”；
2008年，旗硕科技相关项目获得了“中国科技创业大赛”第三名；
2008年，旗硕科技与北航自动化学院“联合研发中心”挂牌成立；
2009年，旗硕科技被评为“中关村高新技术企业”；
2010年，旗硕科技“农用通”产品荣获“中国特色农产品博览会”发明金奖；
2010年，旗硕科技成为农业部“中国农业交流协会团体成员单位”；
2010年，旗硕科技与中国科学院软件研究所（基础软件国家工程研究中心）联合成立物联网事业部；
2010年，旗硕科技代表吉林省参加工业与信息化部与农业部联合举办的“中国信息化与现代农业博览会”，被列为“必看项目”，并获得了包括农业部牛盾副部长、汪懋华院士在内的领导专家的赞许；
2011年，旗硕科技“农用通”系统成为内蒙古农业博览会最大亮点；
2011年，旗硕科技相关项目荣获“中国物联网优秀应用示范项目奖”（全国共15家企业获此奖项）。
旗硕科技聘请了中国农业大学汪懋华院士、中国农业科学院贺朝兴研究员等多名专家为公司顾问。同时，旗硕科技为DIGI(美国上市公司，上市代码：DGII）的北方区增值代理商，中国移动M2M运营平台合作伙伴。
二、 前言
2.1 物联网技术介绍
物联网技术在2006年被评为未来改变世界的十大技术之一，是继互联网之后的又一次产业升级，是十年一次的产业机会。总体来说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的新技术，物物相连，相互感知，若干年后，地球上的每一粒沙子都有可能分配到一个确定地址，它的各种状态、参数可被感知。
2009年8月温家宝总理在无锡提出“感知中国”，物联网开始在中国受到政府的重视和政策牵引。
2010年国家发布了“十二五”发展规划纲要，其中第十三章“全面提高信息化水平”第一节“构建下一代信息基础设施”中明确提到：推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范。
在第五章“加快发展现代农业”第二节“推进农业结构战略性调整”中提出：加快发展设施农业，推进蔬菜、水果、茶叶、花卉等园艺作物标准化生产。提升畜牧业发展水平。促进水产健康养殖。推进农业产业化经营，促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化。推进现代农业示范区建设。第三节“加快农业科技创新”中提出：推进农业技术集成化、劳动过程机械化、生产经营信息化。加快农业生物育种创新和推广应用，做大做强现代种业。加强高效栽培、疫病防控、农业节水等领域的科技集成创新和推广应用，实施水稻、小麦、玉米等主要农作物病虫害专业化统防统治。加快推进农业机械化，促进农机农艺融合。发展农业信息技术，提高农业生产经营信息化水平。
物联网与农业的结合更加是国家重点推动的关键示范应用。
2009年1月28号，美国奥巴马总统就职以后在和工商领袖举行的圆桌会议上提出了相应的智慧地球的概念，其中也包括专家们建议美国要形成智慧型的基础设施，奥巴马政府对此给予了积极的回应。他将物联网与绿色能源并列，认为这两大战略能够带来长短兼顾的良好效益。早在2004年，日本推出了下一步国家信息化战略，叫做泛在网战略，尽管当时还没有现代意义之上的物联网的概念，但泛在网战略，在方向上，无疑是与物联网不谋而合的。2009年7月，日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略——“i-Japan”战略，目标是让数字信息技术融入每一个角落。
2.2 农田节水灌溉自动控制系统
我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾害频繁的国家。虽然水资源的总量居世界第 6 位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900 立方米，低于国际公认的1000 立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的水平。
我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45%，而以色列、美国等节水灌溉技术发达的国家，水资源利用率高的国家已达70%～80%。我国单方水生产粮油的能力约为0.84Kg，以色列已达2.32Kg，差距极大。要提高灌溉水利用率，使单方水生产粮食的能力得到提高，保证新世纪13亿中国人口的粮食安全，以传统的管理方法和管理手段是无法达到这一步的。
因此，在农业灌溉水资源管理中，改变过去粗放的管理方式，在灌溉系统合理的推广自动化控制，采用集成式的现代管理方式。实施对农业水资源动态的、实时的、优化的配置，基础是获取大量的、动态的农业水资源及相关信息。不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低，这也是制约我国高效农业发展的主要原因之一。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水灌溉制度。由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
现代高新技术发展，特别是信息技术、数字化技术的发展，使得对农业水资源的监控管理成为可能，展示了一个新的方向，促进农业水资源的管理由单因素、单目标、静态管理，向多因素、多目标、多层次的动态方向发展，促进了传统灌溉管理模式向生态环境、自动化管理模式发展，这种系统的建设将使农业水资源的管理发生变革。
三、北京旗硕科技土壤墒情监测及节水灌溉控制方案
3.1 系统概况
系统由监控室、无线通讯网络、数据采集装置、执行机构组成。系统的被控对象是不同区域农田的灌溉设备，采集装置是农用通设备，执行机构是安装于水泵旁的控制系统。农用通设备通过传感器感测现场的环境变化，通过GPRS无线网络将数据传输到服务器，远程监控室的PC机通过访问服务器，将采集的实时数据进行处理，并按照一定的控制算法进行实时决策，产生控制指令并输出控制信号，控制执行机构。在放水口安置控制系统和信号收发设备，传感器反馈信息需要供水时，通过无线网络传输到远程监控室，监控系统就会有相应的报警提示，并根据需要打开相应的调节阀，自动开机灌溉，当达到预定的灌溉水量时，自动关闭调节阀。

系统通过远程计算机可同时监控多个区域的农田。利用后台软件可以在监控室PC机上实现系统的各种监控功能。工作人员可坐在远程计算机前，对传上来的环境温度、田间土壤湿度、土壤温度等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，对不同区域的作物进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的环境温度、土壤湿度、土壤温度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。

系统的主要功能是实现农田灌溉的信息采集、信息处理和实时监控。可通过远端计算机对灌溉参数进行设置，对灌溉情况进行统计同时可人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。而且系统的可靠性高，抗干扰性好；具有友好的人机界面，操作简便，便于维护；且实时性和通用性较好，能根据现场的具体要求和农田规模进行灵活扩展；系统的投入成本相对较低。
3.2 系统功能
本解决方案提供的功能包括：
Ø 环境监测
ü 空气温度
ü 空气湿度
ü 土壤温度
ü 土壤湿度（3层）
Ø 远程数据传输
Ø 报警功能
ü 手机短信报警
ü 现场报警
ü 远程网络报警（服务器端永久保存，可追溯）
Ø 远端设备（3G手机、MID等）的远程数据查看和实时的设备控制
ü 实现远程自动（手动）灌溉
Ø 基于网页的数据监测和数据导出功能
Ø 丰富的图表功能
Ø 手持终端、远程大屏幕等多种查看、显示功能
Ø 实时远程视频（可选）
Ø 图像定时抓拍（可选）

控制柜（自动手动控制双重控制）

3.3 系统优势
旗硕科技“农用通”多功能采集仪（照片请见下图）可以实时监测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度等农田环境参数。
Ø 数据通过无线方式传送至服务器，方便农田耕作且节省布线成本。
Ø 可远端控制灌溉也可现场手动控制。
Ø 可采用太阳能供电，内置大容量锂电池，保证在连续阴天的情况下正常使用。
Ø 环境采集系统完全无线，可以灵活移动、方便部署。

四、监控管理平台
监控管理平台使用web浏览器登陆即可使用，管理信息平台的登陆界面如下。左侧为操作区，右侧为对应视图。管理信息平台包括数据监测、图像监测、专家系统、用户管理、配置管理、留言反馈六大模块。

首次登陆后，需要先添加网关信息，再添加采集节点，采集节点的编号见采集器侧面的条形码。

节点添加成功之后，用户可在数据监测页面查看采集节点的实时数据和历史数据，并可将历史数据保存为excel文件。

以下是控制界面，工作人员可以根据作物的不同生长时期，对土壤水分参数上下限进行灵活设置，也可采取手动、自动多种控制方式。

控制节点管理页面

控制参数设置

手动控制
附录
单点土壤墒情采集设备配置表：
名称
规格
单位
数量
单点水分监测站
无线数据采集器
太阳能蓄电池系统供电
台
1
土壤水分传感器
土壤容积含水率，量程0～100%，精度3%，采集间隔休眠，避免常通电对土壤理化性质的影响
只
3
土壤温度传感器
数字信号，稳定性高，量程-55℃～125℃，精度0.5℃
只
1
空气温湿度传感器
针对农业环境工程优化，温度量程-40～123.8℃，精度0.3℃，湿度量程0-100%，精度2%
只
1
太阳能充电板板

台
1
高容量蓄电池组

台
1
设备固定支架
用于设备支撑和固定
套
1
无线数据传输端
数据汇聚设备
监测场数据信号汇聚点
台
1
GPRS远程发送终端

台
1
控制系统
控制柜
含自动、手动、急停等功能
套

电磁阀
含远程控制通路
只
1～4
软件
监控管理平台
针对农业用户设计，功能强大，使用方便
套