让智慧农业服务于每一块田地

让智慧农业服务于每一块田地SmartAgricultureforEveryFarm刘宗波奥地利CAIPOS公司/北京科百宏业科技有限公司（手机/微信目录一、以经验为主的传统农业二、数据是现代农业核心的生产要素三、如何采集农业大数据四、基于物联网和大数据的高效精准农业五、农业物联网智慧农业应用案例传统农业经验灌溉经验施肥经验喷药合格农艺师培养需要10-15年时间传统农业经验隐含的也是数据小满前后，种瓜种豆。小暑风不动，霜冻来的迟。头秋旱，减一半，处暑雨，贵如金。燕子低飞要落雨。猪衔草，寒潮到。庄稼是支花，全靠肥当家。每一种环境因素都有一个适宜作物生长的最佳范围最佳水分凋蔫点田间持水量%土壤水分土壤深度有效根系深度和土壤水分吸收分布图OnionShape洋葱形状湿润区不同类型土壤滴灌湿润区基于精确监测的精准灌溉技术降雨、灌溉时间\频率\水量\方式、土层、根系、植物生长期、蒸发、蒸腾、土壤温度、肥料、土壤EC\结构、地面空气温湿度、病虫害、产品质量、产量、标准化，etc.传统农业生产要素——稀缺资源（土地、水、肥、药、能源、人工）新的农业生产要素——农业大数据（统计数据、地图数据、遥感数据、实时传感数据）每个农场都会像使用肥料和水一样使用实时传感数据来提高农场的经济效益，保证农业产业的可持续发展。农业生产要素精准数字农业的经济效益作物物联网设备投入每年增加收益增加净收益/亩/年100公顷马铃薯大田50万元150万元1千元2公顷温室大棚草莓30万元60万元2万元10公顷樱桃果园60万元300万元2万元随着农业环境数据的持续累积和完善，农业精准化水平会不断提高，以设施水果和蔬菜为例，单位面积的收益将在目前国内平均水平的基础上增加3-10倍。施行初步水平的精准操作以后农业环境信息复杂，多维度、多模态、分散、不均匀、动态变化、相互影响；传统信息采集仪器和仪表需要专业技术人员操作，设备购置、安装、使用、维护和管理成本高；信息处理数理统计方法复杂，效率低；自动控制措施技术匮乏或应用成本太高。传统的农业环境信息采集、传输、处理和应用方式农业大数据对采集、传输、处理和应用技术的要求农业大数据采集需要的传感器：检测准确、小型化、低成本、无线、低功耗、在线监测、方便安装、免维护；农业大数据需要的信息采集：多维度、高粒度、大范围、连续、在线、高频率；农业大数据需要的信息传输：无线、远距离、稳定、双向；农业大数据需要的信息接收和处理：云平台、数据库、数字模型、自动预警、标准协议；农业大数据需要的信息应用：智能控制、传感器驱动、控制指令无线传输、大面积、海量设备无限接入、自动反馈。农业物联网是农业大数据唯一的采集和应用基础系统组成：各类传感器CaipoWave物联网无线节点CaipoBase物联网基站CaipoWeb云平台病虫害数字模型控制软件设备无线控制节点。核心技术：远距离无线信息采集和传输技术温室大棚设备无线控制技术水肥一体化精准无线控制技术病虫害数字模型应用多节点信息协同和自组网技术网络预警无线节点和基站低功耗技术等。土壤水势雨量计土壤水分PR2土壤温度空气温湿度大气压超声波风速风向太阳辐射植物红外线温度植物茎杆直径测量计果实生长尺寸叶面湿度叶面水分散失和水分胁迫土壤电导率农业物联网连接的部分传感器--土壤、气象、植物生理有效光合辐射土壤水分C200QCO2土壤水分Z100机械式风速风向植物生理传感器空气温湿度NH3传感器

热传感器CO2噪音畜牧业监测用到的传感器物联网无线信息采集节点无线节点是物联网无线数据采集专用节点，创新的无线传感器接入、传输技术。单点信息采集的成本与传统的自动监测站相比下降大约８０－９０％；信息传输稳定可靠、即插即用、超低功耗、免维护。无线信号可以轻松穿越房屋、农作物等各种障碍物。技术规格描述供电电源LiAA3.6V2.4Ah使用寿命3-5年（按每小时一次传输）接口信息1个数字接口、4个模拟接口传输距离780MHz,

1km-3km接入信息物联网基站/物联网控制器/PC网络云平台物联网监测基站GPRS单台监测站可连接多个无线节点，支持各种传感器。物联网无线节点工作原理农业物联网监测基站

单台物联网基站可以轻松实现对4-12平方公里大田或者16个温室大棚的自动在线监测、预警，所有数据通过GPRS发送到云平台。技术规格描述数据采集和传输5分钟至数小时（用户可设定）数据传输方式GPRS/GSM、串口、蓝牙功耗20-70µA（睡眠模式）接口1xUSB,2xRS232,1xRS485,1xSDI-12,1xRainGauge,1Counter传感器数量96个主机尺寸130x150x120mm支持无线节点数量16个Caipos®农业物联网无线监测、预警和控制系统使用物联网无线节点进行温室环境监测和控制，每台基站可以服务于100个温室。2024/2/21物联网云平台数据接收和处理；对传感器、节点、基站进行实时监控和管理；在平台上设置、修改各种参数；集成病虫害数字模型、霜冻预警等模型；无缝兼容其他平台。农业物联网智能无线控制器物联网无线控制器在10平方公里范围内接入数百个无线节点，用于环境无线监测和温室设备以及灌溉设备的无线控制。与欧洲常用的有线控制器相比工作效率提高十倍以上。技术规格描述数据采集和传输1分钟至数小时（用户可设定）数据传输方式GPRS/GSM、串口、蓝牙供电220V交流电接口通常接入100个控制节点传感器数量常规100-400个主机尺寸小型工业级PC控制设备数量常规100-300个物联网无线控制节点物联网无线节点是一种物联网无线设备控制专用节点，采用创新的无线技术用于各种设备的无线控制。单个温室的控制成本与传统的控制设备相比下降大约８０－９０％；信息传输稳定可靠、即插即用、超低功耗、免维护。无线信号可以轻松穿越房屋、农作物等各种障碍物。技术规格描述供电电源交流电或太阳能输入接口1个数字接口，4个模拟接口输出接口3个，继电器或/电磁阀传输距离1km-3km接入信息物联网控制器/PC通风地面加热管空中加热遮阳灌溉施肥机风机湿帘循环风机补光灯温室大棚等设施农业环境需要监测，设备需用控制无线节点物联网基站GPRS云平台PC客户端手机客户端www..com农业物联网信息采集工作原理物联网控制器GPRS云平台PC客户端手机客户端www..com农业物联网信息反馈与控制工作原理网络预警网络平台监测站GPRS

WarningSoilMoisture

Value<15%SoilMoisture

Value<15%Airtemperature

Value<10°C邮件预警短信预警监测站GPRS®物联网监测系统E-预警当传感器采集到的数据超过预警阈值时，监测系统会立即将预警短信或电子邮件发送给相关人员。农业物联网无线节点+低功耗+多传感器接入+免费使用的云平台=高效、经济、方便的农业环境数据采集和控制技术。农业物联网技术和伴随农业物联网出现的那样大数据系统将改变和引领中国乃至世界农业的未来发展方向。农业物联网应用物联网云平台、采集系统、控制系统、现代农业装备将组成一个统一的巨大的网络。核心是大平台和云计算+海量的端：数据采集端（传感器、节点、基站）、浏览终端（手机、PC）、控制终端（控制节点、设备）。农业大数据服务包含：低成本多维度环境监测、预测；精准化农业生产；动植物生长模型；病虫害模型；专业化标准化种植养殖体系；全过程追溯；霜冻等灾害的预测和控制；装备和机械智能控制等；新型农业模式。来自各个农场的每个数据会自动匹配相关模型和算法，指令自动生成并对各个设备进行控制。农业物联网和大数据是现代农业的核心生产要素和基础设施为农业生产和管理部门提供了高效的技术手段，可以帮助我们应对农业资源紧缺与农业面源污染导致的生态环境恶化的双重约束，促进农业资源精准永续利用。为现代农业科学研究带来革命性的技术手段和全新的理念，能够大幅提高农业科研环境信息的采集效率、数据处理速度、在大数据基础上显著提高科研成果的水平。逐步实现农业科研、生产和管理的标准化和智能化，使优秀的管理模式、经验和科研成果能够快速推广。数字农业和智慧农业的基础是农业大数据的采集、传输、处理和应用温室大棚人工和物联网记录和保存环境监测数据方法的对比序号对比项目人工CAIPOS农业物联网1初始投入（16棚）16*30元/棚=480元（温湿度计）约10-15万元21年监测成本3人*3000元/月*12=108000元0（无需人工测量）33年监测成本108000*3=324000元04监测频率1次/小时最低5分钟/次（可调节）5异常提示或预警经验预警数字预警6瞬时温度监测无有7记录方式人工纸质云平台数据库8数据分析无有9历史数据查询人工查询数据库查询10远程查询无有11扩展性需增加设备和人员原有系统上增加无线节点、传感器12开关门能源浪费有无13与其他系统兼容无有14可集成数字模型无有人工监测和Caipos®物联网环境监测对比高成本精准农业技术荷兰联栋温室有线监测和有线控制系统高成本精准农业技术以色列两线解码器灌溉控制系统准物联网无线灌溉控制系统（Zigbee）施工简单、方便信号传输不稳定，不能准确反馈阀门的开关状态

由于信号不稳定，各地尝试建设的无线控制系统，已经全部废弃不用。物联网无线灌溉控制系统作物需要精准灌溉

When!?什么时间灌溉How!?怎样灌溉Where!?在哪里灌溉作物-病虫害-环境三角关系环境病害作物虫害空气温度相对湿度降雨叶面湿润时间度日法（DD）计算每种虫害发生所需有效积温虫害发育阶段可视化根据有效积温和病虫害发生发展的关系作物环境数据输出数据输入决策1234数据采集模型模拟数据分析措施及时预测农业物联网病虫害预警决策程序Caipos®物联网无线监测、预警和无线控制系统

建立在数据监测和准确定量描述的基础上的精准农业不仅能够创造高度的经济效益，同时本身非常容易得到复制和规模化推广。数字将促使农业生产自然而然地大范围地演变为高效生态农业。数字农业、智慧农业、生态农业、现代农业将应用于所有的农场、每一块田地。数字农业=智慧农业=生态农业=现代农业农业物联网和大数据技术主要应用领域和部分案例GreenhouseMonitoring温室大棚环境自动监测、预警和控制SoilMoisture&PrecisionIrrigation墒情监测和精确节水灌溉控制DiseaseandPestManagement作物病虫害数字模型Environment,Meteorologyandhydrology环境、气象、水文监测NaturalDisasterReductionandPrevention自然灾害防灾减灾2024/2/21CCTV焦点访谈现场采访甘肃农垦集团Caipos®水肥一体化项目2024/2/21中国农科院-智慧型稻田氮磷流失综合防控技术体系构建与应用1.基于泵阀灌排一体化的远程无线控制技术2.田-沟-塘水系信息采集、传输为基础的精准调控技术3.氮磷流失综合防控关键指标传感器集成技术4.不同大数据平台集成融合应用技术实现田-沟-塘协同调控和循环利用与排放，为水稻稳产与区域水质改善提供科技支撑。空气温度

°C降雨高低无 CAIPOS数字病虫害模型应用-苹果黑星病中等可能染病风险等级15/05/1515/06/3015/06/1505/06/30喷药可能染病水稻稻瘟病上一年留茬感染上年九月(2013)及当年五月(2014)多雨五月、六月、九月日均温度>8℃,7-8月平均温度>24-25℃湿度：90-95%2014年在俄罗斯克拉斯诺达尔市发生的稻瘟病降雨空气温度

°C稻瘟病风险高低无中等喷药1.6月21日测站预报染病-6月28日喷药2.7月18日测站预报染病-7月29日喷药3.8月12日测站预报染病-8月8号—8月17号喷药2015年在俄罗斯克拉斯诺达尔市发生的稻瘟病农业大数据-本地小范围作物生长环境精准预测以表格和图形形式显示10天数据，尤其是48小时内的预测准确率高达85%以上每天两次更新——结果更加精确预测内容丰富：风速、风向、空气温湿度、大气压、太阳全辐射、降雨、露点及蒸散等。预测频率：一小时一次结合当地生长环境数据和最新的预测信息通过电子邮件或短信进行通知和预警作物生长环境预测精确最大概率可达85%。农业大数据-本地小范围作物生长环境精准预测中国防汛抗旱减灾工程技术中心Caipos®山洪防治监测预警系统（河南、河北、山西等地）Caipos®温室环境自动监测和预警系统（浙江、安徽、河北等地）Caipos®温室环境自动监测和预警系统（江苏、山东等地）中国农大、中科院地理所沙漠生态环境CAIPOS物联网系统（新疆）2024/2/21山东农业大学作物生物学国家重点实验室于振文院士课题组使用的CAIPOS墒情自动监测站平台截面

铁道部Caipos®物联网铁路边坡泥石流监测预警试验系统（广东）CAIPOS农业物联网