關(guān)鍵詞：農(nóng)田生態(tài)、云邊對接、邊緣計(jì)算、開放SDK、智慧農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、ECWAN 、邊緣協(xié)同自組網(wǎng)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集

隨著智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田種植狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測變得愈發(fā)重要。為了確保監(jiān)測的準(zhǔn)確性、一致性和有效性，規(guī)范農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、部署安裝以及數(shù)據(jù)對接等技術(shù)指標(biāo)勢在必行。

本文技術(shù)說明旨在為相關(guān)設(shè)備的選擇、安裝和集成提供明確的指導(dǎo)，以構(gòu)建一個(gè)高效、可靠且具有互操作性的農(nóng)田種植狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)概述

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一套集成了先進(jìn)技術(shù)的農(nóng)業(yè)監(jiān)測解決方案，旨在為農(nóng)田提供精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、全面的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集。該系統(tǒng)具備多種強(qiáng)大功能，能夠有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

二、設(shè)備特點(diǎn)

1. 精準(zhǔn)定位與數(shù)據(jù)存儲 ：設(shè)備擁有位置自動(dòng)定位功能，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可追溯性。同時(shí)，具備數(shù)據(jù)本地存儲能力，即使在網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，也能保證數(shù)據(jù)不丟失，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后實(shí)現(xiàn)斷網(wǎng)續(xù)傳，保障數(shù)據(jù)的完整性。
2. 自動(dòng)校時(shí)與遠(yuǎn)程管理 ：系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校時(shí)，確保時(shí)間的一致性和準(zhǔn)確性。并且支持軟件遠(yuǎn)程升級與遠(yuǎn)程參數(shù)配置，方便管理員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和優(yōu)化。
3. 綠色能源供應(yīng) ：采用太陽能供電方式，節(jié)能環(huán)保，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，適應(yīng)農(nóng)田環(huán)境的特殊需求。

三、監(jiān)測指標(biāo)詳述

1. 基礎(chǔ)環(huán)境參數(shù)
   • 空氣溫度：精確感知農(nóng)田上空的溫度變化，為作物生長環(huán)境評估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
   • 空氣相對濕度：反映空氣的潮濕程度，對病蟲害防治和灌溉決策具有重要意義。
   • 大氣壓力：幫助了解氣象條件對作物的潛在影響。
   • 風(fēng)速和風(fēng)向：為農(nóng)業(yè)設(shè)施的防風(fēng)設(shè)計(jì)和通風(fēng)管理提供依據(jù)。
   • 總輻射：監(jiān)測太陽輻射強(qiáng)度，有助于優(yōu)化作物的光合作用和光能利用。
   • 降雨量：及時(shí)掌握降水情況，合理安排灌溉和排水。
2. 土壤關(guān)鍵指標(biāo)
   • 土壤含水量（多層監(jiān)測）：通過不少于 4 層的監(jiān)測（0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm），全面了解土壤不同深度的水分狀況，為精準(zhǔn)灌溉提供支持。敏感元件中心點(diǎn)安裝位置分別對應(yīng) 10cm、30cm、50cm 和 80cm，確保測量的準(zhǔn)確性。
   • 土壤溫度（多層監(jiān)測）：與土壤含水量相同的分層監(jiān)測方式，準(zhǔn)確反映土壤溫度在不同深度的分布，對作物根系生長和土壤微生物活動(dòng)具有重要參考價(jià)值。
3. 擴(kuò)展參數(shù)
   • 圖像信息：通過攝像頭獲取農(nóng)田的實(shí)時(shí)圖像，直觀了解作物生長狀況和農(nóng)田環(huán)境。
   • 土壤酸堿度（pH）和電導(dǎo)率（EC）：可根據(jù)需求擴(kuò)展監(jiān)測，為土壤改良和施肥提供科學(xué)依據(jù)。

四、數(shù)據(jù)傳輸與集成

1. 高效通信網(wǎng)絡(luò) ：支持手機(jī)無線移動(dòng) 4G/5G 等網(wǎng)絡(luò)通信，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸头€(wěn)定。
2. 靈活采集與上傳 ：可定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和數(shù)據(jù)上傳，采集周期和數(shù)據(jù)上傳周期可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置，滿足不同場景下的應(yīng)用要求。
3. 精準(zhǔn)定位與兼容接口 ：上傳數(shù)據(jù)中包含采集信息和定位信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)和分析。同時(shí)，數(shù)據(jù)通信兼容目前主流物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議 MQTT，并提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸接口，能夠順利接入市級種植業(yè)綜合管理與服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和綜合利用，為農(nóng)業(yè)決策提供有力支持。

例如，在某大型農(nóng)場的應(yīng)用中，通過這套智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，農(nóng)場主可以根據(jù)實(shí)時(shí)的土壤含水量數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)控制灌溉量，避免了水資源的浪費(fèi)和過度灌溉對土壤結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí)，借助空氣溫度和濕度等數(shù)據(jù)，提前采取病蟲害防治措施，減少了農(nóng)作物的損失。圖像信息的采集則讓農(nóng)場主即使不在農(nóng)田現(xiàn)場，也能隨時(shí)了解作物的生長態(tài)勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施。

又如，在某科研試驗(yàn)田中，科研人員利用系統(tǒng)提供的多層土壤溫度和含水量數(shù)據(jù)，深入研究不同作物在不同生長階段對土壤環(huán)境的需求，為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究提供了豐富而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

一般要求：

1. 位置自動(dòng)定位： 設(shè)備應(yīng)具備定位功能，能夠自動(dòng)獲取當(dāng)前位置信息。
2. 數(shù)據(jù)本地存儲： 設(shè)備應(yīng)能夠在斷網(wǎng)情況下本地存儲數(shù)據(jù)。
3. 斷網(wǎng)續(xù)傳： 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新連接時(shí)，設(shè)備能夠自動(dòng)將存儲的數(shù)據(jù)上傳。
4. 自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)校時(shí)： 設(shè)備應(yīng)具備自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間的功能，確保數(shù)據(jù)的時(shí)間戳準(zhǔn)確性。
5. 軟件遠(yuǎn)程升級與遠(yuǎn)程參數(shù)配置： 支持遠(yuǎn)程升級設(shè)備軟件和配置監(jiān)測參數(shù)的遠(yuǎn)程操作。
6. 太陽能供電方式： 設(shè)備應(yīng)采用太陽能供電，以確保長期穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

監(jiān)測指標(biāo)：

1. 空氣監(jiān)測：
   • 溫度
   • 相對濕度
   • 大氣壓力
   • 風(fēng)速
   • 風(fēng)向
   • 總輻射
   • 降雨量
2. 土壤監(jiān)測：
   • 含水量（0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～100cm，各層敏感元件中心點(diǎn)安裝位置對應(yīng)10cm、30cm、50cm、80cm）
   • 溫度（與土壤含水量相對應(yīng)）
   • 酸堿度（pH）
   • 電導(dǎo)率（EC）
3. 圖像信息： 支持采集圖像信息，可以用于監(jiān)測農(nóng)田的實(shí)時(shí)情況。

數(shù)據(jù)傳輸：

1. 網(wǎng)絡(luò)通信： 支持手機(jī)無線移動(dòng)4G/5G等網(wǎng)絡(luò)通信。
2. 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和上傳： 可定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和上傳，上傳周期和采集周期可配置。
3. 數(shù)據(jù)內(nèi)容： 上傳的數(shù)據(jù)應(yīng)包括采集的環(huán)境信息和設(shè)備的定位信息。
4. 通信協(xié)議： 兼容主流物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議 MQTT，并提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸接口，以便接入市級種植業(yè)綜合管理與服務(wù)平臺。
   

藍(lán)奧聲科技是基于物聯(lián)網(wǎng)邊緣智能領(lǐng)域的創(chuàng)新型高科技公司[]()。在智慧節(jié)能用電計(jì)量監(jiān)測、智能場景感知與智能照明系統(tǒng)、室內(nèi)精準(zhǔn)定位追蹤、低功耗同步群控系統(tǒng)、多領(lǐng)域推出了一系列具有先進(jìn)性、實(shí)用性技術(shù)價(jià)值的核心產(chǎn)品與方案，廣泛應(yīng)用于智慧園區(qū)、智慧工廠、智慧商業(yè)、智能醫(yī)院、智能倉儲物流、智慧農(nóng)業(yè)，家居等智能生態(tài)項(xiàng)目。

我們的核心技術(shù)包括——LPIOT 低功耗物聯(lián)網(wǎng)、ECWAN 邊緣協(xié)同自組網(wǎng)、E2M 彈性高效數(shù)據(jù)監(jiān)測：

__LPIOT 低功耗物聯(lián)網(wǎng)：__低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，它能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行且功耗低，從而延長設(shè)備的使用壽命，降低能耗成本。

__ECWAN 邊緣協(xié)同自組網(wǎng)：__邊緣協(xié)同自組網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)邊緣設(shè)備之間的自動(dòng)組網(wǎng)和協(xié)同工作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性，同時(shí)減少了對于中心服務(wù)器的依賴性。

__E2M 彈性高效數(shù)據(jù)監(jiān)測：__彈性高效數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常和問題，為運(yùn)維管理提供及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

基于智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可提高數(shù)據(jù)處理和傳輸效率的方法有：

數(shù)據(jù)壓縮 ：

1. 采用高效的壓縮算法，如 LZ77、LZ78、Deflate 等，減少數(shù)據(jù)量，從而降低傳輸時(shí)間和存儲空間需求。
2. 針對不同類型的數(shù)據(jù)（如數(shù)值型、文本型、圖像型）選擇最適合的壓縮方式。

數(shù)據(jù)預(yù)處理 ：

1. 在傳感器端進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)篩選和清理，去除明顯的異常值和噪聲，減少后續(xù)處理的數(shù)據(jù)量。
2. 對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)聚合和采樣，例如計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均值、最大值或最小值，而不是傳輸每個(gè)瞬時(shí)值。

優(yōu)化通信協(xié)議 ：

1. 選擇低開銷、高效的通信協(xié)議，如 CoAP（Constrained Application Protocol），適用于資源受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
2. 利用數(shù)據(jù)分片和并行傳輸技術(shù)，將大數(shù)據(jù)包分割成小塊同時(shí)傳輸，提高傳輸速度。

邊緣計(jì)算 ：

1. 在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備（如網(wǎng)關(guān)）上進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和分析，只將關(guān)鍵信息或處理結(jié)果傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心。
2. 例如，在邊緣設(shè)備上進(jìn)行簡單的閾值判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時(shí)才進(jìn)行完整數(shù)據(jù)的傳輸。

緩存機(jī)制 ：

1. 在傳感器和傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)置緩存，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)暫時(shí)存儲數(shù)據(jù)，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后再進(jìn)行傳輸，避免數(shù)據(jù)丟失。
2. 在接收端設(shè)置緩存，以平滑數(shù)據(jù)的接收和處理，避免因處理速度跟不上而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)積壓。

提高硬件性能 ：

1. 選用性能更強(qiáng)的傳感器和微控制器，提高數(shù)據(jù)采集和處理的速度。
2. 升級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器、交換機(jī)等，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

數(shù)據(jù)優(yōu)先級排序 ：

1. 根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性和時(shí)效性設(shè)置優(yōu)先級，優(yōu)先傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如緊急的環(huán)境預(yù)警信息。
2. 對于非關(guān)鍵但大量的數(shù)據(jù)，可以采用延遲傳輸或在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 ：

1. 增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，減少信號干擾和衰減。
2. 合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)。

通過以上技術(shù)要求的制定，可以確保智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為農(nóng)田種植狀態(tài)監(jiān)測提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和信息化發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中具有提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約資源與降低成本、提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)智能化與數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力等多重優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使得該系統(tǒng)在推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。

審核編輯 黃宇