广电智慧农业5G灌溉系统建设及应用.pdf

94广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期江苏有线专栏聚焦运营商1 引言中国拥有 14 亿人口，农业是我国的根本，其中灌溉是农业种植过程中的一个重要环节，合理的灌溉能够帮助作物有效实现增产提质。然而，在传统灌溉领域，行业普遍缺乏系统的科学指导和技术支撑，许多农户都以自身经验为参考，用人力、凭经验来决定浇水的时间、区域、水量，灌溉方式粗放、劳动量大，不能保证灌溉的精准计量与均匀，且对水资源的利用率也很低，急需科技赋能、进行提质增效。据统计，我国农业用水量约占总用水量的 63%，由于传统农业主要依靠人工来操控，水资源的利用率很低，仅占 45%左右，而利用率高的国家已达 70%80%，如何更有效率地利用有限的水资源进行灌溉已成为农业生产中很重要的课题。国家在“十四五”节水型社会建设规划中明确，在农业领域建设节水型社会的目标包括“到 2025 年，基本补齐节约用水基础设施短板和监管能力弱项”“农田灌溉水有效利用系数达到 0.58”“新增高效节水灌溉面积0.6亿亩，创建200个节水型灌区，到 2025 年，全国建成高标准农田 10.7亿亩”。由此可见，农业灌溉问题已经引起了国家重视。2 广电智慧农业 5G 灌溉系统设计广电智慧农业 5G 灌溉系统主要利用综合采集控制技术、计算机软件技术、5G 远程通信等技术，通过数据采集终端实现数据智能化采集和一体化上传，搭配后端广电智慧农业 5G 灌溉系统监控平台，加强分析研判，及时发布告警信息，为其安全稳定运行提供全面、综合的保障。监控平台能够做到 724h 连续进行实时监测，既能实现监测现场无人值守，也能胜任在野外恶劣的环境下保持常年不间断工作。广电智慧农业 5G 灌溉系统平台设计如图 1 所示。3 广电智慧农业 5G 灌溉系统的技术实现广电智慧农业 5G 灌溉系统由多个部分组成，包括现场监测控制设备、无线通信设备、数据运算平台、手机APP 人机界面及 PC 端人机界面，系统设计如图 2 所示。3.1 PLC 采集器PLC 采集器主要用于顺序逻辑控制，运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能，控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等。能够实现高精度数据采集，温度精度误差 0.5（25），湿度精度误差 3%RH（60%RH，25）；防护等级为 IP65，可在室外使用。3.2 液位变送器投入式液位变送器前端防护帽起保护传感器膜片的作用，也能使液体流畅地接触到膜片；防水导线与外壳密封连接；通气管在电缆内与外界相连；内部结构有防结露设计。内置微型信号处理电路可进行远程传输，具有良好的稳定性和可靠性。其反极性保护和瞬间电流过电压保护，符合EMI防护要求；采用高品质导气线缆，可常年在水中浸泡；过载及抗干扰能力强，经济实用稳定；采用核心自动摘要：农业作为一个劳动密集型产业，已经逐渐从一个单一产业发展到多种科技相结合的综合化产业。目前，大多数农业灌溉主要依靠人工经验进行管理，缺乏系统的科学指导。本文设计的广电智慧农业 5G 灌溉系统通过监测设备和程序操控，进行农田灌溉自动控制，从而实现灌溉优化并有效降低能耗。关键词：智能灌溉 自动控制 农业科技广电智慧农业 5G 灌溉系统建设及应用徐金美 刘锋 江苏省广电有线信息网络股份有限公司盐城分公司95江苏有线专栏广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期聚焦运营商校正算法，可有效防止因水面波动而引起的数值波动；坡式导液孔可有效防止淤泥杂质进入，亦可防冲击。3.3 网关通过广电 5G 物联网卡，聚合来自微监测作物管理系统的数据，实现传输稳定可靠。现场可采用电源适配器供电或太阳能供电系统。支持短信、无线数据和语音基础通信服务，提供高速、低延迟、稳定的数据连接。3.4 现场设备集成控制及故障自动检测包括现场控制器、通信网络、传感器、执行器、调节阀、监控摄像头等元器件。当灌溉系统各部位出现故障，如电机过载、水管破裂、电磁阀故障等，便自动停止运行并报警。系统实现了节电目的，在非工作时间，实现电源自动断开，降低能耗，同时延长设备使用寿命。传感器包括湿度传感器、温度传感器、水位传感器等。其中，基于湿度传感器可实现阴雨天自动停止工作，防止过度灌溉。3.5 智慧云平台 智慧云平台可以实现数据实时监控及地图实时显示。平台支持 PC 端、APP端远程手动控制现场设备继电器，且继电器名称可自定义编辑，相应继电器控制功能是否启用客户可自行编辑。当监测到水位超过所设阈值，平台会改变相应数据颜色并通过声光报警器闪烁方式发出警报。当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析。系统支持所有监测因子报警上限、下限以及预警上限、下限自行设置。系统以物联网技术和 GIS 技术为支撑，使用户更加直观地观测所有灌溉点分布位置及状态。（1）视频监控、大屏可视化全面性监管实现水泵周边环境画面联网呈现，支持在现场安装摄像头及传感器，传感器监测到的数据通过视频字符叠加器可叠加在监控画面上，在界面显示全部信息，避免反复切换，实现远程监控。（2）支持移动端 APP为方便移动端用户监测数据，推出“广电智慧农业 5G 灌溉系统”手机APP，方便用户 24h 实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。（3）支持二次开发平台支持用户二次开发，针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析图 1 灌溉系统拓扑图图 2 灌溉系统技术实现逻辑96广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期江苏有线专栏聚焦运营商服务。客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私人登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求进行更改。广电智慧农业 5G 灌溉系统施工部署非常简便，细节考虑周到，且扩容方便。所有的传感器设备采用总线布线方式，避免了敷设线路的麻烦；监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，监控设备的管理采用即插即用，这实现了即插即用系统集成扩容的平滑过渡，使需求方可以根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成因重复投资产生的浪费。（4）数据分析数据聚合基于 5G 新技术支持，大型或者个体微型农场可以完整、体系化地进行数据整合，从而实现分析和预测。系统汇聚各类历史和当前的条件数据（日照强度、土壤湿度和气候温度等田间大数据），可以创建模型并预测，帮助种植者做出提高生产力和效率的决策。依托 5G 实现更密集的实时数据采集，分析将变得更加精确，从而最大限度地提高农场产量和效率。系统后台大数据模块实现当前和历史数据存储分析。数据权限分级展现，通过账号分级管理，主账号下可分配多个子账号，账号等级不同，权限不同。可通过系统查询每个灌溉水泵站点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询，并生成数据曲线图；具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持 PDF、Excel 等多种数据格式导出；导出内容标题、使用单位名称用户可自定义。同时，可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。4 广电智慧 5G 灌溉系统的优势4.1 专业传感器，精准监测广电智慧农业 5G 灌溉系统均采用高精度传感器，测量范围广，准确度高，确保了产品的可靠性、高精度和互换性。4.2 提供免费云平台，功能强大平台采用 B/S 架构，维护和升级方式简单，最少支持 1000 个采集设备的监控和管理；采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展；支持软、硬件分层；支持多级用户管理权限。具备多级别告警方式，支持语音、短信、邮件和现场声光报警方式。云平台自动收集广电智慧农业 5G 灌溉水泵站上传的监测数据，通过 GPS 地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看。4.3 布线简洁，容易维护整个系统集软硬件一体化设计，高度集成，使用寿命长。广电智慧农业 5G 灌溉水泵站的传感器设备设有独立线标，根据线标一一对插，安装省时省力。设备之间相互独立通信，若设备故障，可快速判断，无须登高、无须大范围拆卸。4.4 跨区域统一管理通过设立统一监控管理站，对分布在不同区域的多个设备和信息进行全数字化集中监控管理，满足现代化自动灌溉监测站点统一监管需要。4.5 支持多种管理方式系统支持 Web 端、移动端多种管控方式，也可以通过现场灌溉水泵站内置 7 寸电容触摸屏，进行参数配置。4.6 自动告警系统支持电话、短信、邮件等告警方式，满足绝大多数用户的需求，并且可以灵活设置报告数据的间隔，减少系统正常时发送的普通数据，而在异常发生时可以及时将报警事件通知到监控中心，从而保证系统报警的实时性和可靠性。4.7 软硬件产品集成度高系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效的新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。4.8 支持定制 在方案设计阶段，可以从客户实际使用的角度出发，集成很多实用的功能；也可根据客户需求定制方案，使应用和维护更加方便省心。5 结语 广电智慧农业 5G 灌溉系统采用电脑控制，可以有效减少管理人员的工作量，并且及时处理各种出现问题的设备。如果没有智慧灌溉系统，设备的开关、维护以及保养等工作都需要工作人员亲自操作，而这需要大量的专业工作人员；在采用了智慧灌溉系统之后，各种工作由智慧灌溉系统根据事先设计好的智能程序自动完成，减少了人工成本及管理开支，同时也减少了人为引起的问题。通过广电智慧农业 5G 灌溉系统，可为灌溉实现节能 10%30%，管理人员平均可减少 40%，运营成本降低20%30%。RTN