智慧园林-基于物联网的园林环境监测及灌溉控制系统

---基于物联网的园林环境监测及灌溉控制系统12021/5/9目录一、系统概述二、系统构架三、系统功能四、系统特点五、系统方案六、结语22021/5/9系统概述智慧系统源自IBM提出的智慧地球概念，依时间顺序出现智慧地球、智慧城市、智慧行业等概念。智慧的交通：通过实时流量监控避免了拥堵，城市变得更加畅通；智慧的医疗：随时随地共享病例和治疗信息，就医更加轻松便捷；智慧的教育：支持网络教学和资源互动分享，让更多人获得知识；还有智慧的金融、智慧的制造、智慧的通信，以及智能电网、智能产品和服务……什么是智慧系统？32021/5/9系统概述建设绿色生态城市，需要大规模园林扩展，但要降低资源、能源和人力需求——需要一个先进的监测与控制系统需要采集保存管理和检索大量数据，为园林规划提供数据支持，却不能够增加管理成本和管理复杂性——要有一个强大的数据平台必须快速地将信息转变为洞察力，便于规划、决策——要有一个数学模型支持的辅助规划决策平台完善和改进服务，提高植保水平，优化工作流程，提高管理快捷性——需要一个先进的管理平台预防、预警、预案措施有效地管理风险，以便集中精力开展创新工作——需要有一个完善的由数学模型支持的分析平台为什么需要智慧系统？42021/5/9系统概述园林生长状况，甚至是影像园林主要物种是什么什么时候需要灌溉、施肥，采用什么方式灌溉自动灌溉、施肥这片区域适合种植什么植被植被种类该怎样搭配不同植被年用水量该是多少该怎样养护遇到问题怎样寻求帮助……智慧园林应该是怎样的？52021/5/9系统概述智慧园林是集物联网技术、互联网和移动互联网为一体，依托部署在城市园林中的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和有线、无线通信网络实现园林管理的智能感知、智能预警、智能分析、智能灌溉、专家在线指导，为园林管理提供精细化培育、可视化管理、智能化决策等方面技术支持。我们描绘的智慧园林定义：62021/5/9目录一、系统概述二、系统构架三、系统功能四、系统特点五、系统方案六、结语72021/5/9系统构架物联网的发展1999年，美国召开的移动计算和网络国际会议上，首先提出物联网这个概念2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求，并提出“感知中国”；近几年物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入政府工作报告2012年初国务院发布《物联网“十二五”发展规划》82021/5/9物联网概念：物联网是通过RFID、传感器、光学识别、全球定位系统等新一代信息技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电力、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。系统构架92021/5/9系统构架智慧园林系统构架可依据物联网结构分为三个层次：感知层、网络层、应用层102021/5/9系统构架通过传感器实时采集城市园林各方面环境参数，如风力、温度、湿度、光照度、土壤含水量、土壤酸碱度、水质等，并依据参数对喷灌等设备进行智能控制。高清晰度摄像头可以对特定区域植被生长情况进行监控，甚至可以观察病虫害情况。感知层通过有线、无线传输网络把数据传输到数据信息平台。网络层实现园林信息管理、环境监测、能源及用水量监测等。应用层112021/5/9目录一、系统概述二、系统构架三、系统功能四、系统特点五、系统方案六、结语122021/5/9系统功能智慧灌溉控制针对不同土壤质地、地势、以及园林植被等特性要求，通过传感器对土壤墒情及环境参数指标数据的采集，统一集中到数据存储平台。一方面可以全面掌握园林环境情况；二是可以通过高清视频查看特定环境的植被具体生长情况；三是可以通过智能控制，实现灌溉及施肥自动化管理。132021/5/9系统功能智慧资源管理实现园林信息、水资源及能源消耗管理等功能园林专家服务主要是为园林专家和园林管理人员之间搭建沟通的桥梁，园林管理人员可以通过应用平台，在园林管理方面遇到的问题来求助于园林专家。142021/5/9目录一、系统概述二、系统构架三、系统功能四、系统特点五、系统方案六、结语152021/5/9系统特点一、智慧化灌溉系统，可以有效节省资源、高效节能；并有效提高植被成活率。二、植被生长环境及土壤水分数学模型，为园林植被科学布局提供技术支持。162021/5/9系统特点节省水资源？保守估算，比已有灌溉方式可节约用水量20%；20%是什么概念？年用水量可节省几个大明湖？智慧系统有什么好处？植被生长坏境模型？利用自动喷灌系统可以智能控制环境湿度、土壤水份等，达到植被生长的最佳环境。精细化培育，可视化管理？基于地理信息系统的管理平台可以让您随时查看园林状况，比如大明湖某个位置的一棵水杉。病虫害预防？病虫害发生后的治理比病虫害发生前的预防所花费的费用有几倍差距，一旦发生病虫害景观也遭到破坏。172021/5/9目录一、系统概述二、系统构架三、系统功能四、系统特点五、系统方案六、结语182021/5/9系统方案INTERNET客户端客户端客户端应用层网络层传感网络传感器网关传感器节点采集控制器水泵或电磁阀传感层系统网络拓扑图192021/5/9传感器风力、气压、温度、湿度、光照度、土壤墒情传感器、数据采集器、摄像头喷灌控制远程控制器、变频器、水泵、电磁阀喷灌水量控制---感知层及控制系统系统方案202021/5/9传感器土壤墒情传感器位置选择土壤质地：沙土、壤土、粘壤土、粘土，不同土质保水力不同地块位置：坡头、斜坡、是否靠近水系等等植被种类：草坪、灌木、乔木等等土壤墒情传感器安装---感知层及控制系统系统方案212021/5/9传感器风力、气压、光照度传感器位置选择一般安装于较空阔无遮挡物区域；温度、湿度传感器位置选择地块位置：向阳、阳光是否直射、是否靠近水系等等植被种类：草坪、灌木、乔木等等---感知层及控制系统系统方案222021/5/9传感器传感器的通讯方式与数据采集器有线：现场总线，如LonWork无线：GPRS/WCDMA/TD/WIFI等工业标准信号：4—20mA,需远程数据采集器数据采集器通讯方式也可分有线无线两种---感知层及控制系统系统方案232021/5/9喷灌控制远程控制器、变频器、水泵、电磁阀较大区域：变频恒压方式控制增压水泵，结合管路电磁阀较小区域：直接采用电磁阀控制管路远程控制器对变频器、电磁阀进行控制远程控制器通讯方式：有线、无线---感知层及控制系统系统方案242021/5/9喷灌水量控制不能采用土壤墒情传感器采集的数据进行控制一般三种方式：由管理人员根据经验进行手动关闭；根据经验设定时间实现自动控制；采用降雨量采集传感器进行控制。---感知层及控制系统系统方案252021/5/9远程设备供电采用无线方式通讯的远程数据采集器、控制器、传感器等设备，可采用太阳能板加蓄电池方式供电采用有线通讯方式的远端设备利用线路供电---感知层及控制系统系统方案262021/5/9---感知层及控制系统系统方案272021/5/9利用现有互联网、电信网、广电网等通信网络渠道，进行数据通讯；区域监测计算机及用户终端通过网关接入互联网---网络层系统方案282021/5/9---应用层系统方案智慧园林信息管理系统智慧园林系统智慧园林环境及墒情监测系统智慧园林水资源利用监测系统智能喷灌控制及设备监控系统园林专家服务系统292021/5/9---应用层系统方案软件系统架构地理信息数据库植被信息数据库环境参数及墒情历史数据库园林信息数据库影像信息数据库植被生长环境数学模型、植被用水量模型园林信息录入系统影像信息处理系统智慧园林水资源利用监测系统智能喷灌控制及设备监控系统园林信息查询系统园林信息管理系统环境参数及墒情实时数据库智慧园林环境及墒情监测系统智慧园林信息管理系统302021/5/9---应用层系统方案智慧园林信息管理系统基于地理信息系统的开放的智慧园林信息管理系统，可以对城市园林信息进行综合管理，设置分级权限，为园林规划及管理、园林绿地现状和历史数据、古树名木的管理、植物物种和多样性、植保等方面提供一个完整管理平台。312021/5/9---应用层系统方案智慧园林信息管理系统信息内容：园林矢量信息、园林影像信息、园林主要植被及分布信息、古树名木信息等软件功能：数据录入、编辑、存储、查询和智慧分析决策等查询信息：除数据可以查询外，远景功能还可以实现只要在地图上一点就可以看到某一位置的实时视频图像智慧分析与决策：可以帮助您从生态角度确定适合种什么，怎么搭配植被种类。322021/5/9---应用层系统方案智慧园林环境及墒情监测系统：实现管理人员对园林各个区域的环境温度、湿度、风速、光照、土壤水分等参数进行监测；支持当前历史数据查询；为植被物种生长环境提供数据支持。332021/5/9---应用层系统方案智慧园林环境及墒情监测系统：依据历史数据建立适宜植被生长的环境数学模型；根据数学模型结合天气预报，可以实现温度、湿度、干旱、病虫害等方面的预警功能。342021/5/9---应用层系统方案智慧园林水资源利用监测系统：对园林喷灌用水量进行监控，为水资源利用提供有效的数据分析支持；根据土壤墒情及环境参数现状建立用水量及灌溉方法数学模型。352021/5/9---应用层系统方案智能园林喷灌控制及设备监测系统：根据植被生长环境数学模型、用水量及灌溉方式数学模型，对喷灌设备进行控制；也可以进行施肥（液态肥料）对喷灌设备、采集设备及其它电气设备进行监控，及时发现故障及时维修。362021/5/9---应用层系统方案园林专家服务系统：提供园林植被培育技术支持功能；提供植物栽培技术交流平台，为园林人才培养提供一个开放的环境。372021/5/9结语

利用物联网技术、现代通讯技术、现代控制技术及软件技术可以实现小区域乃至整个城市的园林信息、园林环境墒情监测及喷灌控制；采用智慧监测及控制可以合理利用水资源，有效保持生态环境，美化宜居城市，使天空更蓝，植被更绿，让人们的生活更加美好，心情更加舒畅。382021/5/