基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)

李雙冰 李惠鈞 趙文帝

（寧波市富金園藝灌溉設(shè)備有限公司，浙江 寧波 315400）

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)種植澆灌施肥方式，逐漸朝著自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化與集成化方向發(fā)展。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉施肥方式，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。在此背景下，要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，創(chuàng)建水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)，這樣可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效采集，為相關(guān)工作的開展打下良好基礎(chǔ)，從而推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)的建設(shè)，需要有關(guān)部門以及相關(guān)工作人員能夠給予更多重視，使得服務(wù)云平臺(tái)的科學(xué)性與合理性可以得到保障。

1 水肥一體化分析

作物成長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)是可以從土壤中吸收養(yǎng)分，如果土壤中的含量沒有達(dá)到作物正常所需標(biāo)準(zhǔn)，那么可以通過(guò)灌溉的方式提升土壤水分含量。水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以隨時(shí)隨地對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉，確保土壤水分達(dá)標(biāo)，為作業(yè)生長(zhǎng)發(fā)育打下良好基礎(chǔ)。水肥一體化技術(shù)實(shí)際上屬于綜合農(nóng)業(yè)技術(shù)，主要是將農(nóng)田水灌溉與施肥之間進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，根據(jù)作物實(shí)際需求情況，將水作為運(yùn)送載體的水養(yǎng)分，并合理利用灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)，將水分直接輸送到作物周邊土壤當(dāng)中。從水肥一體化機(jī)的設(shè)計(jì)中不難看出，主要目的是利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥一體化機(jī)的有效控制。在農(nóng)田中需要做好控制設(shè)備、傳感器設(shè)備部署工作，這樣可以形成控制命令感知接收模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。我國(guó)一直以來(lái)都是農(nóng)業(yè)大國(guó)，作業(yè)種植面積較大，而且對(duì)于作業(yè)產(chǎn)量也有著很高要求。為促使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求可以得到滿足，提升農(nóng)業(yè)種植效率，以及種植者的工作效率，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上，進(jìn)行水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)，同時(shí)在云平臺(tái)中創(chuàng)建灌溉系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。水肥一體化技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)與灌溉施肥技術(shù)之間的有機(jī)結(jié)合，根據(jù)作物在不同時(shí)期的生長(zhǎng)規(guī)律，完成控水控肥。對(duì)于水肥一體化優(yōu)勢(shì)，本文主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行闡述與分析：

（1）水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)水肥資源的直達(dá)，也就是說(shuō)，可以及時(shí)為作物提供有效的水分與養(yǎng)分，不僅工作效率較高，而且肥效相對(duì)較快，能夠在很大程度上避免水分浪費(fèi)以及肥料過(guò)剩情況出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[1]。對(duì)于不同農(nóng)田，水肥一體化都具備較強(qiáng)適應(yīng)能力。水肥一體化一般情況下是通過(guò)人為的方式，對(duì)水肥進(jìn)行定量與調(diào)控，促使作物不同時(shí)期的水肥需求都可以得到滿足，提升作物產(chǎn)量與質(zhì)量。

（2）水肥一體化在應(yīng)用過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的及時(shí)補(bǔ)充，相較于其他灌溉方式，比如，漫灌方式、溝灌方式而言，該種灌溉方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的節(jié)約，節(jié)水量能夠達(dá)到50%左右。

（3）在農(nóng)作物灌溉中，溝灌方式以及漫灌方式，很容易引發(fā)土壤板結(jié)問題，空氣濕度也會(huì)增加?；诖?，通過(guò)對(duì)水肥一體化技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠降低農(nóng)田中的相對(duì)濕度，水資源也可以在土壤中得到全面滲透，減少因濕度較高造成的作物病害問題，使得農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可以得到提升。

（4）水肥一體化的灌溉方式與施肥方式，一般是利用網(wǎng)路管道進(jìn)行輸送，輸送設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，而且鋪設(shè)工作較為簡(jiǎn)單，可以節(jié)約更多成本。

在農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中，需要對(duì)水肥比進(jìn)行精準(zhǔn)控制，這樣可以將以往農(nóng)作物種植中出現(xiàn)的增肥不增產(chǎn)問題得到更好解決[2]。種植者要對(duì)水肥一體化技術(shù)的重要作用有正確認(rèn)識(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)水肥一體化技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用。

2 水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)分析

為促使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，作物大面積種植，以及產(chǎn)量逐漸增長(zhǎng)需求滿足、提升農(nóng)業(yè)灌溉效率，針對(duì)水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)工作需要相關(guān)工作人員能夠給予更多重視。服務(wù)云平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥一體機(jī)的遠(yuǎn)程控制，針對(duì)不同區(qū)域多種環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作、數(shù)據(jù)傳輸工作以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作等進(jìn)行有效處理。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集器，要對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，比如，光照度數(shù)據(jù)、光強(qiáng)度數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、空氣濕度數(shù)據(jù)等。水肥一體化設(shè)備可以將灌溉施肥進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣可以結(jié)合作業(yè)實(shí)際需求、生長(zhǎng)規(guī)律，進(jìn)行精準(zhǔn)、高效、自動(dòng)控水控肥，避免水資源浪費(fèi)、肥料浪費(fèi)情況出現(xiàn)[3]。不僅可以全面提升作物產(chǎn)量與作物質(zhì)量，將澆灌成本控制在有效范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。在水肥一體機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，工作人員可以加強(qiáng)對(duì)平臺(tái)農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化顯示進(jìn)行合理應(yīng)用，這樣可以對(duì)作物需水量具體情況作出準(zhǔn)確判斷，并下發(fā)灌溉指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉的有效控制。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)建設(shè)

3.1 加強(qiáng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)建設(shè)工作的開展，需要工作人員能夠?qū)r(nóng)業(yè)水肥一體化的具體應(yīng)用要求進(jìn)行充分考慮與分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，做好水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)設(shè)計(jì)工作，三層架構(gòu)設(shè)計(jì)包括感知層、傳感層與應(yīng)用層。感知層屬于水肥一體化設(shè)備監(jiān)測(cè)基本層，通常會(huì)將其應(yīng)用在農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備設(shè)計(jì)，以及控制水肥一體機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)中，在其中包含很多不同內(nèi)容，比如，開關(guān)狀態(tài)量傳感器、終端設(shè)備等。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備，通過(guò)對(duì)不同類型傳感器的應(yīng)用，比如，應(yīng)用二氧化碳類型傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、空氣溫濕度傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田自然環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作。通過(guò)對(duì)無(wú)線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)信息的上傳。傳感層的主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通無(wú)線傳輸技術(shù)，將區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息及時(shí)上傳到網(wǎng)關(guān)中，屬于傳感你曾信息與上層控制命令傳遞的樞紐[4]。區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備，在完成數(shù)據(jù)信息采集工作后，會(huì)使用LoRa無(wú)線傳輸模塊，將數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器中。服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效處理與存儲(chǔ)，為應(yīng)用層提供有效數(shù)據(jù)信息。

3.2 加強(qiáng)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

在水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)建設(shè)工作開展中，針對(duì)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)工作，也需要相關(guān)工作人員能夠給予更多重視。在具體平臺(tái)整體設(shè)計(jì)中，要從以下幾點(diǎn)展開：

（1）加強(qiáng)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)。在感知層中硬件是其中的重要組成部分，水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)，通常情況下包括水肥一體化設(shè)備設(shè)計(jì)、區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備設(shè)計(jì)。水肥一體化對(duì)設(shè)備往往是由兩部分構(gòu)成，分別是主要控制部分與灌溉部分，而區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器自動(dòng)采集設(shè)備是由不同模塊組成，比如，傳感器模塊、無(wú)線傳輸模塊等。在農(nóng)田中需要進(jìn)行傳感器部署，這樣傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息的有效采集，在經(jīng)過(guò)出阿里器通關(guān)網(wǎng)關(guān)無(wú)線后，傳輸?shù)椒?wù)器中[5]。水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)能夠進(jìn)行控制指令的下方，同樣利用無(wú)線傳輸，經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)將控制指令發(fā)送到處理器中。處理器在接收到控制指令后，將控制指令發(fā)送給水肥一體機(jī)，這樣水肥一體機(jī)可以進(jìn)行控水控肥。一般情況下，本地硬件設(shè)施想要作出調(diào)整，可以直接在系統(tǒng)中進(jìn)行增加與刪減，這樣不會(huì)影響農(nóng)田數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為硬件設(shè)施更新以及修改等工作提供更多便利。

（2）加強(qiáng)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)。在實(shí)際作物種植過(guò)程中，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境每天都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，針對(duì)此類數(shù)據(jù)信息的收集、處理與應(yīng)用，水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)之間的相互結(jié)合，這樣才能更好完成數(shù)據(jù)信息采集工作、處理工作以及存儲(chǔ)工作等。水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)采取的是Java語(yǔ)言開發(fā)方式，以及B/S架構(gòu)體系，為促使不同環(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求與管理需求可以在最大程度上得到滿足，在區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)可視化中，會(huì)加強(qiáng)對(duì)ECharts可視化工具的應(yīng)用，這樣平臺(tái)操作會(huì)更加簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的快速訪問。平臺(tái)軟件端結(jié)構(gòu)可以將其分為三層，分別是數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層與可視化層，在具體設(shè)計(jì)中，要注意以下幾點(diǎn)問題：①數(shù)據(jù)層是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，屬于平臺(tái)數(shù)據(jù)依據(jù)的重點(diǎn)，在其中包含檢測(cè)2采集到的用戶數(shù)據(jù)信息、農(nóng)田數(shù)據(jù)信息等，可以為其他兩層工作提供數(shù)據(jù)信息支持；②業(yè)務(wù)邏輯層的主要工作就是信息有效傳遞，用戶在平臺(tái)中可以進(jìn)行指令下方，或者請(qǐng)求下方。清秀會(huì)達(dá)到業(yè)務(wù)落實(shí)分析層中進(jìn)行分析處理，接著對(duì)操作指令進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥一體機(jī)以及訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的有效控制。因?yàn)樵搶泳哂须p向傳遞特點(diǎn)，具體結(jié)果可以經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層傳回到展示層中；③可視化層可以為信息之間的交互提供有效平臺(tái)，將采集到的農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)信息展示出來(lái)。輸入水肥配比量，同時(shí)用戶在水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)中可以進(jìn)行相關(guān)操作。

（3）加強(qiáng)平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下，水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)建設(shè)的主要目的是，監(jiān)測(cè)并管理作物生長(zhǎng)環(huán)境與農(nóng)田環(huán)境。因此，在具體平臺(tái)設(shè)計(jì)中需要做好平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)工作[6]。比如，水肥一體機(jī)智能遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，通常情況下需要在澆灌控制模塊中實(shí)現(xiàn)。在水肥一體機(jī)自動(dòng)灌溉觸發(fā)策略制動(dòng)過(guò)程中，工作人員要將水肥需求最佳值設(shè)置在單片機(jī)中，農(nóng)田中的環(huán)境如果低于預(yù)先設(shè)定的值，那么單片機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)灌溉水、肥料等進(jìn)行控制。在這一過(guò)程中，水肥利用率可以得到提升。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水肥一體化服務(wù)云平臺(tái)建設(shè)工作，可以實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在具體建設(shè)工作落實(shí)中，需要工作人員做好平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)、平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境信息的收集，了解作物不同時(shí)期生長(zhǎng)規(guī)律，并進(jìn)行控水控肥，使得作物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)需求可以得到保障。