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農業綠色發展長期固定觀測實驗站建設方案

作者：田間小型氣象站文章來源：農業氣象站發布時間:2022-01-17 09:17:08 瀏覽量：3986次

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

一、項目簡介

（一）項目定位

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。

（二）觀測要素和指標

表1觀測指標表

序號	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	便攜觀測
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	便攜檢測
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	便攜檢測
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	便攜檢測
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			水稻
27			(3)蒜田灌溉水流量、流速，			大蒜
28			(4)蒜田地下水的水位			大蒜
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、鹽分	（2） pH值
36		3、墑情和溫度	（1）土壤濕度
37		3、墑情和溫度	（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		4、物理參數	（2）土壤容重
40		5、環境	（1）土壤重金屬
41		5、環境	（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

二、建設目標

建成“一站多點”的兩級網絡觀測試驗體系，如圖1所示。

三、建設內容

（一）中心站

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。

圖片2.png

圖5中心站所在樓層平面圖

（二）觀測點

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。

圖片3.png

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。

（三）數據平臺建設

詳細建設方案由中標單位提出，報農業農村局批復后實施。

圖片4.png

圖10 物聯網數據平臺拓撲圖

1、觀測點物聯網設備（公司解決）

表6物聯網設備

序號	設備名稱	指標	數量（套）	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。

2、中心站物聯網大數據設備（公司解決）

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（77cm70cm120cm），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