一、方案背景

近年來，極端天氣事件頻發(fā)，低溫冷害、干旱、高溫瀝澇等災(zāi)害對農(nóng)作物幼苗生長造成嚴(yán)重威脅，直接影響糧食生產(chǎn)安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)苗情監(jiān)測依賴人工巡查，存在效率低下、覆蓋范圍有限、數(shù)據(jù)滯后等問題，難以滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對實(shí)時(shí)、全面苗情信息的需求。為破解這一困境，山東萬象環(huán)境科技有限公司通過集成物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、圖像識別、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建智能化WX-MQ2苗情監(jiān)測站，實(shí)現(xiàn)對作物幼苗生長狀態(tài)及周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測、精準(zhǔn)分析與智能預(yù)警，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供科學(xué)支撐，助力農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)與提質(zhì)增效，特制定本方案。

二、方案目標(biāo)

1.  實(shí)時(shí)感知苗情狀態(tài)：精準(zhǔn)捕捉作物幼苗的株高、葉面積、葉綠素含量等生長指標(biāo)，動態(tài)掌握幼苗生長態(tài)勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生長異常情況。

2.  全面監(jiān)測生長環(huán)境：同步采集土壤溫濕度、養(yǎng)分狀況、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、降雨量等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，厘清環(huán)境因素對幼苗生長的影響。

3.  智能預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)隱患：基于監(jiān)測數(shù)據(jù)與算法模型，對干旱、缺肥、病蟲害等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，為防災(zāi)減災(zāi)爭取時(shí)間。

4.  支撐科學(xué)種植決策：通過數(shù)據(jù)整合分析，生成可視化報(bào)表與生長趨勢圖，為灌溉、施肥、病蟲害防治等田間管理措施提供精準(zhǔn)指導(dǎo)。

5.  實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程便捷管理：搭建多終端管理平臺，支持管理人員通過電腦、手機(jī)等設(shè)備遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)、控制設(shè)備，提升管理效率。

三、核心架構(gòu)設(shè)計(jì)

WX-MQ2苗情監(jiān)測站采用“感知層-傳輸層-平臺層-應(yīng)用層”四層架構(gòu)，各層協(xié)同聯(lián)動，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集、穩(wěn)定傳輸與高效應(yīng)用。

1.  感知層：作為數(shù)據(jù)采集核心，集成多種傳感器與圖像采集設(shè)備。通過土壤傳感器監(jiān)測土壤溫濕度、養(yǎng)分等參數(shù)；借助氣象傳感器捕捉空氣溫濕度、光照、降雨量等環(huán)境數(shù)據(jù)；利用高清攝像頭與生物傳感器獲取幼苗生長圖像及葉綠素含量等生長指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對苗情及環(huán)境的全方位感知。

2.  傳輸層：采用多元化無線通信方式，結(jié)合4G/5G、LoRa等技術(shù)，將感知層采集的數(shù)字信號與圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定傳輸至云端平臺。針對偏遠(yuǎn)農(nóng)田區(qū)域，搭配LoRa低功耗傳輸模塊，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性；核心區(qū)域采用4G/5G高速傳輸，保障圖像等大容量數(shù)據(jù)的快速上傳。

3.  平臺層：構(gòu)建集數(shù)據(jù)存儲、處理、分析于一體的智能云平臺。負(fù)責(zé)接收各監(jiān)測站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、整合與存儲；搭載專業(yè)算法模型，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，分析幼苗生長趨勢與環(huán)境適配性；同時(shí)具備數(shù)據(jù)加密功能，保障數(shù)據(jù)安全。

4.  應(yīng)用層：面向不同用戶需求，提供多樣化應(yīng)用服務(wù)。包括實(shí)時(shí)監(jiān)測展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、異常預(yù)警推送、決策建議生成等功能，支持電腦端網(wǎng)頁平臺與手機(jī)端APP雙重訪問，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的便捷管理。

四、設(shè)備選型與配置

結(jié)合農(nóng)田實(shí)際環(huán)境與監(jiān)測需求，設(shè)備選型遵循精準(zhǔn)穩(wěn)定、環(huán)境適配性強(qiáng)、易于維護(hù)的原則，核心設(shè)備配置如下：

1.  圖像采集設(shè)備：選用200萬像素以上高清云臺攝像頭，支持360°旋轉(zhuǎn)與23倍光學(xué)變焦，具備白光/紅外雙補(bǔ)光功能，夜間紅外監(jiān)測距離可達(dá)30米，可清晰捕捉不同區(qū)域幼苗生長細(xì)節(jié)，支持自動定時(shí)拍照與遠(yuǎn)程手動抓拍。

2.  環(huán)境傳感器：土壤傳感器選用精度高、抗腐蝕的不銹鋼材質(zhì)傳感器，可監(jiān)測土壤溫濕度、電導(dǎo)率等參數(shù)；氣象傳感器采用工業(yè)級設(shè)計(jì)，能精準(zhǔn)測量空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、降雨量等指標(biāo)，適應(yīng)-30℃~65℃的寬溫工作環(huán)境。

3.  數(shù)據(jù)采集器：配備4寸及以上中文觸摸屏采集器，支持自動識別多種傳感器，最多可接入256只傳感器；具備離線存儲功能，存儲容量不低于3000萬組，保障數(shù)據(jù)不丟失；支持AC220V供電與太陽能供電雙重模式，陰雨天可連續(xù)工作2-3天。

4.  輔助設(shè)備：選用3.1米加強(qiáng)型立桿，確保設(shè)備安裝穩(wěn)固；配備IP66級防護(hù)外殼，有效防塵、防水、防腐蝕，適應(yīng)田間惡劣環(huán)境；內(nèi)置4G流量卡，保障網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定。

五、部署與實(shí)施流程

1.  監(jiān)測點(diǎn)選址：選擇具有代表性的地塊作為監(jiān)測點(diǎn)，優(yōu)先選取地勢平坦、作物分布均勻的區(qū)域，避開邊緣地帶、障礙物遮擋處及特殊小氣候區(qū)域。采用對角線取樣法，每個(gè)監(jiān)測地塊設(shè)置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)在苗期標(biāo)記后，全生育期保持固定。

2.  基礎(chǔ)建設(shè)：根據(jù)設(shè)備要求預(yù)制平坦硬質(zhì)水泥高臺，按照立桿底座固定尺寸打孔或搭配地籠安裝；使用膨脹螺絲將立桿固定牢固，確保設(shè)備穩(wěn)定性；將攝像頭安裝到配套支架上，通過抱箍固定在立桿合適高度，調(diào)整攝像頭角度以覆蓋整個(gè)監(jiān)測區(qū)域。

3.  設(shè)備安裝與調(diào)試：依次連接數(shù)據(jù)采集器、傳感器、攝像頭等設(shè)備，正確接入電源與通信模塊；開啟設(shè)備后進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置界面，完成拍照間隔、傳感器靈敏度等參數(shù)的初始化配置；對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

4.  平臺對接與試運(yùn)行：將WX-MQ2苗情監(jiān)測站設(shè)備與云平臺進(jìn)行綁定，測試數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性；試運(yùn)行期間，持續(xù)監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，及時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù)與安裝位置，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

六、云平臺功能設(shè)計(jì)

搭建一體化農(nóng)業(yè)四情測報(bào)云平臺，實(shí)現(xiàn)苗情數(shù)據(jù)的集中管理與智能應(yīng)用，核心功能如下：

1.  實(shí)時(shí)監(jiān)測展示：支持多終端登錄，實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測點(diǎn)的圖像、視頻及各項(xiàng)環(huán)境與生長數(shù)據(jù)，采用清單明細(xì)、曲線走勢圖、柱狀圖等多種形式展示數(shù)據(jù)，直觀呈現(xiàn)幼苗生長狀態(tài)與環(huán)境變化。

2.  歷史數(shù)據(jù)管理：支持查詢多個(gè)時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)，可導(dǎo)出、下載數(shù)據(jù)報(bào)表與曲線圖，為幼苗生長規(guī)律分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.  智能預(yù)警與控制：用戶可自由設(shè)置各參數(shù)上下限值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)，系統(tǒng)自動通過短信、APP推送等方式發(fā)出告警信息；支持遠(yuǎn)程手動控制或自動控制灌溉閥門等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。

4.  可視化與分級管理：具備大屏可視化功能，可投屏顯示所有設(shè)備信息并自動刷新；集成電子地圖與GPS定位功能，直觀顯示設(shè)備位置與在線狀態(tài)；支持多賬號分級管理，主賬號可分配多個(gè)子賬號，不同等級賬號擁有不同操作與查看權(quán)限。

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