山東風途物聯網科技有限公司
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公司地址:山東省濰坊市高新區光電路155號光電產業加速器(一期)
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作者:全自動氣象站監測設備 出處:自動氣象站 發布時間:2022-04-14 09:39:25
農業綠色發展長期固定觀測實驗站
觀測點和中心站物聯網數據平臺整體解決方案
目錄
項目立足水稻和大蒜兩大主導產業,兼顧養殖業(生豬、肉雞),研究綠色發展面臨的主要問題(水資源保障程度不足、綠色生產技術需要完善、農膜回收率有待提高、專業化服務網絡不健全),制訂相應的綠色試驗和觀測方案。重點圍繞三大綠色技術應用試驗(車輻山鎮的稻田綜合種養、宿羊山鎮的稻蒜輪作輕簡化栽培和大蒜地膜應用及回收),開展長期定位觀測,獲取氣象、土壤、水、生物和綠色發展動態等五大類指標的基礎數據,分析農業生產投入品使用(如灌溉用水、化肥、農藥等)、農產品產出(如農作物產量、品質、銷售價格等)、廢棄物回收利用(秸稈、農膜和糞污)和資源環境指標變化(如水、土)之間的最佳平衡點,評估綠色技術應用試驗的成效,探索農業綠色生產與生態保護的有效解決方案,總結符合區域生態類型的綠色發展模式,持續提升現代農業產業園建設水平。觀測試驗站納入國家體系后,承擔國家觀測試驗任務,定期上報觀測數據,為國家綠色技術、政策集成和創新提供數據支撐。
表1觀測指標表
一級 指標 | 二級指標 | 具體指標 | 觀測方式 | 頻次 | 品種 | |
1 | 一、水分要素 | 1、灌溉水 | (1) pH | 便攜觀測 | 每次灌溉時取樣 | 水稻 大蒜 玉米 |
2 | (2) DO | |||||
3 | (3) TN | 取樣檢測 | ||||
4 | (4) NH4+-N /NO3--N | |||||
5 | (4) TP | |||||
6 | (6) COD/BOD | |||||
7 | 2、田面水 | (1) pH | 便攜檢測 | 每月取樣一次 | 水稻 | |
8 | (2) DO | |||||
9 | (3) TN | 取樣檢測 | ||||
10 | (4) NH4+-N/NO3--N | |||||
11 | (5) TP | |||||
12 | (6) COD /BOD | |||||
13 | 3、尾水 | (1) pH | 便攜檢測 | 每次排水時取樣 | 水稻 | |
14 | (2) DO | |||||
15 | (3) TN | 取樣檢測 | ||||
16 | (4) NH4+-N/NO3--N | |||||
17 | (5) TP | |||||
18 | (6) COD/BOD | |||||
19 | 4、徑流水 | (1) pH | 便攜檢測 | 每次徑流取樣 | 大蒜 玉米 | |
20 | (2) DO | |||||
21 | (3) TN | 取樣檢測 | ||||
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 | 在線監測 | 數據以小時為單位 | 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、養分 | (1)土壤全氮磷鉀 | 取樣檢測 | 每季作物收獲后取樣 | 水稻 大蒜 玉米 |
30 | (2)速效氮 | |||||
31 | (3)速效磷 | |||||
32 | (4)速效鉀 | |||||
33 | (5)有機質 | 每年檢測一次 | ||||
34 | 2、鹽分 | (1)土壤全鹽EC值 | 在線監測 | 數據以小時為單位 | ||
35 | (2) pH值 | |||||
36 | 3、墑情和溫度 | (1)土壤濕度 | ||||
37 | (2)土壤溫度 | |||||
38 | 4、物理參數 | (1)土壤機械組成 | 取樣檢測 | 3年檢測一次 | ||
39 | (2)土壤容重 | |||||
40 | 5、環境 | (1)土壤重金屬 | ||||
41 | (2)有機污染物 | |||||
42 | 6、基本狀況 | (1)土壤肥力 | 取樣檢測 | 每年檢測一次 | ||
43 | (2)土壤類型 | |||||
44 | (3)土壤障礙 | |||||
45 | 三、氣象要素 | 氣象參數 | (1)氣溫 | 在線檢測 | 數據以小時為單位 | - |
44 | (2)相對濕度 | |||||
46 | (3)降水量 | |||||
47 | (4)小型蒸發量 | |||||
48 | (5)日照時數 | |||||
49 | (6)太陽輻射 | |||||
50 | (7)風向 | |||||
51 | (8)風速 | |||||
52 | 四、生物要素 | 1、作物產量、價格 | (1)生物產量 | 調查記錄 手機上報 | 收獲時一次采集 | 水稻、大蒜、玉米 |
53 | (2)經濟產量 | |||||
54 | (3)銷售價格 | |||||
55 | 2、稻米品質 | (1)淀粉含量 | 取樣檢測 | 收獲時一次取樣檢測 | 水稻 | |
56 | (2)直鏈淀粉含量 | |||||
57 | (3)蛋白質含量 | |||||
58 | (4)脂肪含量 | |||||
59 | (5)農藥殘留 | |||||
60 | 4、大蒜品質 | (1)外觀指標:①大小②形狀③色澤④重量⑤氣味 | 大蒜 | |||
61 | (2) 營養指標:①水分②可溶性糖③膳食纖維④蛋白質⑤脂肪 | |||||
62 | (3) 活性物質指標:①蒜氨酸或大蒜素(有機硫化物)②維生素C和B1B2 | |||||
63 | (4)衛生指標:①農藥殘留②重金屬 | |||||
64 | 5、玉米品質 | (1)淀粉含量 | 玉米 | |||
65 | (2)蛋白質含量 | |||||
66 | (3)賴氨酸含量 | |||||
67 | (4)脂肪含量 | |||||
68 | (5)農藥殘留 | |||||
69 | 6、栽培管理 | (1)種植品種、耕作時間和方式 | 調查記錄 手機上報
| 根據農事活動,按照發生情況進行調查記錄 | 水稻 大蒜 玉米 | |
70 | (2)關鍵生育期及長勢情況 | |||||
71 | (3)病蟲害頻率和危害 | |||||
72 | (4)自然災害發生情況 | |||||
73 | 7、養殖管理 | (1)養殖類型 | 根據養殖活動,按照發生情況進行記載 | 生豬、 肉雞 | ||
74 | (2)養殖品種 | |||||
75 | (3)養殖規模 | |||||
76 | (4)疫病發生情況(或無害化處理) | |||||
77 | (5)畜禽糞便處理方式及資源化利用率 |
建成“一站多點”的兩級網絡觀測試驗體系,如圖1所示。
中心站建在宿羊山健康食品科技園A2樓四層,所處樓層現狀如圖4所示,為框架結構。
A2樓四層樓層面積1024 m2,如圖5所示,長64m、寬16m、高6m。
圖5中心站所在樓層平面圖
如圖3所示,65個觀測點分布在12個鄉鎮,宿羊山鎮、車輻山鎮、趙墩鎮、戴莊鎮、鐵富鎮、岔河鎮、碾莊鎮、八義集鎮、官湖鎮、土山鎮、八路鎮、新河鎮。
觀測點采集氣象、水、土、生物和綠色發展動態指標等五大類要素86個具體指標,具體分布如下:氣象1個,水分18個,土壤19個,生物19個,綠色發展動態指標8個,總計65個。
此外還有25個攝像頭觀測點,其中21個在農田,4個分布在兩個養殖場。
圖3觀測點實施位置圖
觀測點數量如表5所示,總計65個,其中試驗區觀測點40個,對照區觀測點25個。
12個鄉鎮觀測點分布如下:宿羊山鎮27個、車輻山鎮13個、鐵富鎮和土山鎮各4個、岔河鎮和官湖鎮以及新河鎮各3個、趙墩鎮和碾莊鎮以及八義集鎮各2個、戴莊鎮和八路鎮各1個。
五大要素指標觀測點分布如下:氣象觀測點1個,水分觀測點18個,土壤觀測點19個,生物要素觀測點19個(含養殖點2個),綠色發展動態指標觀測點8個。
觀測點建設要求如下:(1)觀測點標牌:在中心站標牌的基礎上增加文字“第×觀測點”,數量65個;(2)農田氣象站圍欄1個,如圖9所示,(3)地下水水位監測點5個,需要打井,要求直徑20cm、深度20m左右,以見到地下水位為標準。(4)觀測點設備配套地面水泥基礎(如圖8所示)和設備安裝。
詳細建設方案由中標單位提出,報農業農村局批復后實施。
圖10 物聯網數據平臺拓撲圖
表6物聯網設備
序號 | 設備名稱 | 指標 | 數量 | 技術要求 |
1 | 在線設備 | |||
1.1 | 農田氣象 和墑情站 | 氣象指標8個:氣溫、濕度、降雨量、小型蒸發量、日照時數、光照強度、平均風速和風向 土壤指標2個:水分、溫度 | 1 | 自動監測8個氣象指標和同一土壤剖面4個深度(表土層、心土層、底土層和潛育層層)的溫度和容積含水量等墑情信息,根據設定時間間隔通過GPRS/4G將數據上傳至數據中心。配套設施和供電要求見表注。 |
1.2 | 土壤傳感器 | 指標4個:水分、溫度、pH、EC | 18 | 土壤墑情測量范圍:0-100% ,分辨率:0.1%,準確度:±2%。 土壤溫度測量范圍:-20℃-100℃,分辨率:0.1℃,準確度:0.2℃。 配套設施和供電要求見表注。 |
1.3 | 稻田灌溉水流量計 | 灌溉水的流速和流量 | 8 | 多普勒明渠流量計或超聲波流量計,配無線信號傳輸;現場勘探后報批確定 配套設施和供電要求見表注。 |
1.4 | 稻田田面水水位計 | 田面水的水位 | 8 | 傳感式水位計或超聲波水位計;0~1m,精度0.5%~1%; 配套設施和供電要求見表注。 |
1.5 | 蒜田流量計和地下水水位計 | 旱田的灌溉水流量,地下水水位 | 5 | 多普勒明渠流量計或超聲波流量計,配信號無線傳輸;現場勘探后報批確定 壓力式水位計;0~20m,以見到地下水為準,精度0.5%~1%; 配套設施和供電要求見表注。 |
1.6 | 農田智能攝像頭 | 具有定時和連續拍照、遠程視頻、聲音提醒功能 | 21 | 球形攝像頭,200萬像素,分辨率1080P,23倍以上光學變焦 ,24小時抓拍、紅外距離可達100米,水平旋轉360°垂直旋轉-5°~90°,支持300個預置位,可按照所設置的預置位完成不小于8條巡航路徑,支持智能紅外、透霧、強光抑制、電子防抖、數字降噪、防紅外過曝功能;特定活動識別抓拍;電子圍欄提示;圖像無線傳輸。 配套設施和供電要求見表注。 |
1.7 | 室內攝像頭 | 中心站安全監控 | 6 | 槍機攝像頭;200萬像素,分辨率1080P,24h監控,夜視紅外距離50m;有線傳輸;室內安裝支架、電源、信號傳輸線、交換機、監控硬盤、監控錄像機等。 |
* | 小計 | 67 | ||
2 | 便攜設備 | |||
2.1 | 作物生長監測儀1 | 葉綠素 | 2 | 測量范圍 :0.0~99.9SPAD; -10~99.9℃; 數據存儲100條以上;可連接電腦,數據導出分析;最小測量間隔:2s;穩定性:一年內變化<±2%,電池供電 。 |
2.2 | 作物生長監測儀2 | 葉面積指數 | 2 | 鏡頭角度:150° 分 辨 率:768×494pix 測量范圍:天頂角由0°~75°(可分割成十個區域);方位角360°(可分割十個區域) PAR感應范圍:感應光譜400nm~700nm 測量范圍:0~2000μmol/㎡·S 電 源:7.4V鋰電池組 傳輸接口:USB 工作溫度:0~55℃ |
2.3 | pH快速測定儀 | 水的pH | 2 | pH:0.00~14.00;精度 :±0.01 pH |
2.4 | 水質快速測定儀 | 水溫和DO | 2 | 溶解氧測量范圍 :0 ~ 40.00mg/L(ppm) (0~199.9)% ;精度 : ±0.10 % FS 溫度:-20.0~199.9℃ |
2.5 | 水分快速測定儀 | 秸稈、糞污、農膜等農業堆積廢棄物的快速水分測定 | 2 | 水分測定范圍:0~90% 單精度:0~90% 分辨率:0.1% |
2.6 | 移動數據采集智能終端 | 手機上報便攜采集數據 | 2 | 操作系統:Android(安卓),機身儲存128G,運行內存8G,后置攝像像素4000萬以上,電池4000mAh |
2.7 | 多光譜無人機 | 觀測作物長勢和農業活動,拍照 | 1 | 大疆精靈4多光譜無人機,配套數據處理軟件 |
* | 小計 | 13 |
注:觀測點設備建設要求如下
氣象站配套和供電:塑鋼護欄一套,混凝土基礎。不銹鋼噴塑支架一套,含避雷針。不銹鋼標牌一套。太陽能和電池(壽命3年以上)供電,供電能力一次充滿可持續2周(主動上報模式,1小時上報1次)。
其他觀測點設備配套和供電:配套室外支架,不銹鋼噴塑,混凝土基礎,避雷針。不銹鋼標牌一套。太陽能和電池(壽命3年以上)供電,供電能力一次充滿可持續2周(主動上報模式,1小時上報1次)
在線設備要求
在線監測設備用于獲取實時監測數據,應遵循標準統一的硬件接口規范、通訊規范和數據協議,滿足相應的技術參數、供電配置和數據傳輸要求,具備開放友好的二次開發接口和良好的兼容性與穩定性,具體要求如下:
數據傳輸方式:具GPRS/GSM 短信通訊方式,支持擴展LAN/WIFI/Zigbee方式。監測數據傳輸主要采用 GPRS/3G 和北斗衛星傳輸,照片和視頻采用4G網絡傳輸;數據傳輸:觀測點—云端—本地服務器。考慮到數據保密性,計劃使用徐州市工信局的政府云。
遠程控制協議:要求具有遠程控制協議,支持現場對設備進行各項參數設置或讀取的編程操作,支持平臺應用程序遠程對監控儀器設備進行啟停、 運行狀態查詢、 參數修改、診斷等主動控制操作。
功能要求: 支持智能采集、轉發、存儲,具有自動、人工召測功能;支持時間校準、擴展存儲等功能。
數據存儲要求: 在觀測點、本地服務器、云端均可存儲數據, 存儲容量要滿足每1~5小時存儲一次、可存儲至少 5 年監測數據等要求。
通信協議及數據格式:支持標準的 MQTT、CoAP、DDS、XMQP、HTTP、FTP、TCP、RPL 協議,可實現上位機軟件二次編程,并要求供應商提供完整的通信數據格式或編碼格式,對加密數據提供解密算法,實現數據快速解譯。
擴展功能要求:具有標準的 USB/RS232/RS485 端口,可方便接入PC機或筆記本電腦;具有外部接口擴展功能,可實現 U 盤存儲功能。
環境適應性要求:電路設計合理,抗外界干擾能力強,能抵抗高溫、低溫環境等惡劣天氣條件,在-50~120℃能正常運行。
3 | 數據監控管理 | |||
3.1 | 路由器 | 中心站網絡通訊 | 2 | CPU四核,雙頻千兆無線路由器 |
3.2 | 路由器 | 中心站網絡通訊 | 4 | CPU雙核,千兆無線路由器 |
3.3 | 服務器 | 數據計算和存儲 | 1 | CPU1顆8核,主頻2.1GHz,內存16G,硬盤2×4TB 7.2K,三級緩存, |
3.4 | 綜合管理平臺 | 觀測點和中心站的遠程監視和控制, 無人機照片和視頻展示,數據平臺的顯示,數據存儲和計算 | 1 | 酷睿I9,內存16G,固態硬盤512G,2TB 7.2K |
3.5 | 顯示器 | 與服務器和綜合管理平臺配套 | 2 | 24寸2K |
3.6 | 機柜 | 與服務器和綜合管理平臺配套 | 2 | 尺寸與服務器和綜合管理平臺配套 |
3.7 | UPS電源 | 與服務器和綜合管理平臺配套 | 2 | 2000VA/1600 W,斷電維持時間2h |
3.8 | 交互大顯示屏 | 數據平臺展示和農事活動顯示 | 1 | 9個55寸LCD |
3.9 | 監控級硬盤 | 照片、視頻、數據儲存 | 2 | 緩存:64MB;接口:SATA接口;轉速:5600rpm;容量:4TB |
3.10 | 空調 | 中心站配套 | 1 | 格力,3匹,變頻 |
3.11 | 云平臺 | 徐州市政府云平臺,數據儲存、計算、站點部署 | 2 | CPU32核,內存64G,硬盤1T,帶寬20Mbps |
* | 小計 | 18 | 不含云平臺 | |
4 | 調查研究設備 | |||
4.1 | 投影儀 | 1 | 1080P 3300流明 1.35倍變焦,100英寸幕布+吊架,含安裝 | |
4.2 | 投影屏幕 | 1 | 與投影儀配套,含安裝 | |
4.3 | 網絡會議 視頻系統 | 1 | 一體式交互視頻會議機,操作系統windows,屏幕65寸DLED,分辨率3840*2160,外置攝像頭20倍變焦,無線藍牙,全向麥克風 | |
4.4 | 會議桌 | 1 | 5.5×1.6米,可容納14人 | |
4.5 | 椅子 | 中心站綜合使用,含數據管理辦公室 | 30 | 單人椅,木架,與會議桌配套, |
4.6 | 筆記本電腦 | 作物生長葉面積指數用和會議匯報用 | 2 | 英特爾酷睿i5 14英寸輕薄筆記本(11代i5 16G內存;硬盤512G |
4.7 | 電動車 | 1 | 車身材質:金屬鈑金,額定功率:1500w,充電電壓:220v續航里程100km,帶棚蓋,乘坐4人 | |
* | 小計 | 37 | ||
5 | 數據管理辦公 | |||
5.1 | 臺式計算機 | 5臺辦公用 1臺無人機用 | 6 | 辦公:i5-10400 8G 256G 1T +21.5英寸顯示器。 無人機:10代i7,16G,512G,七彩虹GTX1050 |
5.2 | 打印復印一體機 | 1 | 無線傳輸,打印復印掃描 | |
5.3 | 空調 | 4 | 格力3匹,立式變頻 | |
5.4 | 辦公桌 | 7 | 壓合板,單人辦公桌(77cm*70cm*120cm),含抽屜,電腦外機位,塑料擱架一個 | |
5.5 | 文件柜 | 6 | 鐵皮文件柜;:A4文件柜 金屬材質厚度:0.6mm 柜鎖類型:鑰匙鎖 主體尺寸;180×85×39cm | |
5.6 | 其他辦公用品 | 2 | 飲水機等 | |
* | 小計 | 26 | ||
** | 合計 | 161 | 不含云平臺 |