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农业绿色发展长期固定观测实验站建设方案

作者：田间小型气象站     文章来源：农业气象站    发布时间:2022-01-17 09:17:08    浏览量：3165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


一、项目简介

（一）项目定位

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。

（二）观测要素和指标 

表1观测指标表

序号

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



二、建设目标

建成“一站多点”的两级网络观测试验体系，如图1所示。

1645423297170005.png

三、建设内容

（一）中心站

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。

图片2.png

图5中心站所在楼层平面图

（二）观测点

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。

图片3.png

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。

（三）数据平台建设

详细建设方案由中标单位提出，报农业农村局批复后实施。

图片4.png

图10 物联网数据平台拓扑图

1、观测点物联网设备（公司解决）

表6物联网设备

序号

设备名称

指标

数量
（套）

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。

2、中心站物联网大数据设备（公司解决）

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

3、软件平台建设（学校解决）



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