中药种植园智慧农业物联 项目建设方案

项目概括
1.1、项目名称
中药种植园农业物联 项目建设
1.2、建设单位
1.3、建设地址
1.4、项目建设内容（一期）
（1）建设200亩种植规模的植株垄，沟，渠（周边排水设施）。
（2）建设200亩遮阴大棚设施。
（3）建设200亩药材种植需要（灌溉、施肥、除虫等）的水肥一体化设施设备。
（4）配套建没丰字型运输主道路及覆盖全区生产需要的便道。（专业设计院出具）
（5）配套建设管理用房、配电房及变压设备。
（6）配套建设1500立方蓄水池2只。
（7）购置生产需要的所有农具30套，农用运输机械2台等。（根据种植基地实际需求进行规划配置）
1.5、建立数字化药材管理基地（二期）
（1）农业物联 水肥一体化灌溉系统，对新扩建（500-800亩）基地的土壤温湿度、土壤温湿度等环境因子的信息采集与传输，并对基地种植区进行灌溉控制自动施肥；通过PC和手机APP对基地种植区多个重要部位的土壤墒情等影响生长的重要环境信息进行电脑实时监测，根据系统预警实现相应调控设备的自动化控制。
（2）建设气象环境监测系统，对基地园区种植区的空气温湿度、光照、光合有效辐射、CO2、风速、风向、雨量等气象环境因子的信息采集与传输，对影响生长的重要气象环境信息进行实时监测，建设系统平台预警实现相应调控设备的自动化控制。
（3）建设土壤墒情监测系统，对基地种植区域代表部位的土壤墒情等影响生长的重要环境信息进行电脑实时监测，根据系统预警实现相应调控设备的自动化控制。
（4）建设农业物联 植物生长监测系统、道路及重点区域视频监控系统。对基地种植作物的生长情况、道路及周边远程监控能有效的防止外来生物对园区的生产活动的干扰和破坏，对园区内的突发事件的及时处置和远程指挥；对作物生长区域远程监控，使得对传感设备采集信息的验证和自动控制设备的准确把握，同时也是对生产人员的监督和管理。
1.6、项目概要
中药种植园基地一期种植建设面积200余亩，二期种植建设面积（500-800亩），为建设基地的数字化种植、自动化管理、确保各种设施的稳定运行、大幅度降低其日常运营管理成本、提升种植效率产能建设智能化农业物联 示范基地等已成为种植基地园区经营管理的关键。为此，农业物联 拟采用“农业互联 ”技术，以提升种植基地园区的档次，以及全局事件快速的处理和一体化的科学管理。
而“农业互联 ”，就是物联 技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过操作终端及传感器采集各类农业数据，通过无线传感器 、移动通信无线 、有线 等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产过程全监控与管理。
“农业物联 ”既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。
“农业物联 ”在现代农作物智能种植领域中的应用主要包括:收集温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据信息，监视农作物灌溉情况，监测土壤和空气状况的变更，根据用户需求，随时进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农作物种植水平。
“农业物联 ”信息技术在农业生产领域的应用有效地改变了传统农业粗放、低效的生产方式，促进了农业发展方式转变，加快了农业现代化步伐，也生产了实实在在的经济效益、 会效益和生态效益，受到广大农民和农业企业的欢迎。
项目总体建设目标
1.1目标说明
因地制宜发展现代化的区域特色农业，通过对农业资源的优化整合、利用大数据信息技术、互联 +技术等，发展集约、高效、环保、节能、安全的现代型农业，提高农产品的品质和质量，提升区域农产品的品牌竞争力。
打造区域型现代农业生产系统，提供一套完整的解决方案，建立优质、高效、精准化的种植及服务平台体系。通过建设配置完整的数字农业设施装置及大数据平台，实现实时信息采集、大数据集成分析、专家指导作业、分区域精准作业、互联 共享平台等，凸显出农业设施在数字农业的辅助下对现代农业的支撑作用。
建立大数据管理平台：通过自主研发平台整合外部模块的方式，强化资源整合、政府全程监管等措施，建立可持续发展的运行机制，以“特色产业”、“农旅结合”、“区域品牌”为立足点展示当地的数字农业、特色农业水平。该平台可为区、乡镇街道、行政村各级政府部门以及各农业企业（合作 ）、农户提供基础数据服务、技术咨询服务、人才服务及科技成果引进等。通过该平台建设和扶持一批现代农业产业示范园区，引导相关特色产业走上农业现代化道路。
项目实现后，可以形成完整的特色产业优质高效种植体系、管理系统及共享体系，建立可持续的运行机制，提高土地产出率，劳动生产力，减少环节污染、提高水肥利用、降低农药使用、美化园区环境、培养农业人才，建立产品的管理系统，提高产品质量和区域农业的品牌知名度。
1.2 设计标准及规范
（1）《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》《乡村振兴战略规划（2018-2022）》《数字乡村发展战略刚要》；
（2）农业农业村部《数字农业农村发展规划2019-2025》；
（3）农业农村部《农业基本建设项目管理办法》；
（4） 国家及地方颁布的其它有关规范、标准和规定；
（5） 有关专业提供的基础数据资料。
1.3 指导思想
为贯彻落实“十三五”国民经济和 会发展纲要、全面实现农业现代化，推广实施智慧农业工程的部署，提高信息化水平探索建设模设计规范及模式，农业部从2017年起展开数字农业建设试点项目，充分发挥国家现代示范园先行先试和示范引领作用，坚持政府引导、市场主体、多元投入、多方协同的原则，推动大数据、云计算、物联 、移动互联、遥感信息等现代信息技术在农业中应用，在大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖等领域开展数字技术的精准作业、精准控制，探索数字农业集成应用解决方案和产业化模式，打造一批数字农业示范样板，加快推进农业生产智能化、经营信息化、管理数据化、服务在线化，全面提高现代农业水平。
1.4 设计规模及范围
本设计方案针对县域内的现代农业特色示范园区，旨在推进区域的农业现代化水平。
本项目是示范基地内建设：遮阴大棚、排水灌溉施肥、虫情防控、气象环境监测系统、墒情监测系统、植物生长监测系统、示范基地及重点区域远程视频监控系统、农事管理系统等全方位的农业物联 系统平台。
通过物联 的实时传感可以实现实时传感采集和数据存储，能够统计出有示范基地种植作物对生长对温、湿、光、土壤的需求规律，提供精准的科研实验数据；通过智能分析与联动控制功能，能够及时精确地满足植物生长对环境和养分等各项指标的要求，达到大幅增产的目的；通过光照和温度的智能分析寻优与精确调控，使植物的生长完全遵循人工调节等，达到优质生产之目的。进行土壤养分、墒情监测，为作物选择耕种方式提供指导；通过病虫防治系统，实现种植基地预防病虫侵害；通过农产管理系统，实现种植运营管理的记录，建设成为集数据采集、分析、监测、控制、病虫防治、监督、运营管理一站式物联 服务。

项目建设方案
1、整体系统功能概述
农业物联 系统是一个不断丰富、发展的领域，把物联 技术的最新发明用于种植园区的各个领域，为顾客提供休闲农业体验的环境、周到快捷优质的服务、能满足客户的各种需求，同时最大限度的降低园区运营成本，提高园区的效率和效益，使园区各个方面的应用和管理实现系统化。归纳而言，“农业物联 系统”通过物联传感器技术对园区微型气象环境进行监测，有效提高了设施农业预防、预警应急能力，保证了设施农业的安全生产。对土壤水分贮存量及其变化规律的监测，对作物种植、墒情监测预测和其它相关生态环境监测预测服务以及施肥灌溉都具有重要意义。水肥一体化根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物，保证作物灌溉施肥的肥效快，养分利用率提高，有效的提高生产效率。温室控制系统根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。视频监控系统增加了园区种植作物生长监测、安防系统，对园区情况进行时时监控。虫情防治系统提高植保防灾减灾水平意义重大；农事管理系统实现由管理运营过程跟踪。物联 管控中心机房建设实现对园区物联 信息化集中控制管理。农业物联 软件平台：整合各个子系统数据，帮助用户做出合理的决策分析。


2、植株垄、沟、渠（周边排水设施）
垄作法是指在高于地面的土垄上栽种作物的耕作方式。垄由高凸的垄台和低凹的垄沟组成。垄台土层厚,土壤空隙度大,不易板结,利于作物根系生长。垄作地表面积比平地增加20% – 30% ,昼间土温比平地增高2 -3°C ,昼夜温差大,有利于光合产物积累。垄台与垄沟位差大,利于排水防涝,干旱时可顺沟灌水以免受旱。垄台能阻风和降低风速,利于集中施肥。
垄的高低、垄距、垄向因作物种类、土质、气候和地势而异。作垄方法有整地后起垄和不整地直接起垄以及山坡地等高起垄。
沟垄耕作是指在坡耕地上沿等高线或在风蚀区垂直主风向开沟起垄并种植作物,具有蓄水、保土、防风功能的农业耕作方法。沟垄耕作实际上是在等高耕作基础上的一种耕作措施，即在坡面上沿等高线开犁,形成沟和垄,在沟内和垄上种植作物或者牧草,以蓄水拦泥、保水、保土和增产。沟垄耕作是一种水土保持复合耕作法 ,有改变地形、拦蓄部分径流、相对增加土壤蓄水、提高水分利用率、减少土壤流失的作用。同时有利于作物通风透光,充分发挥边行优势,提高光能利用率,达到增产目的。
沟垄耕作具有投资少、操作简便、易于推广、拦蓄水土效益显著等特点, 是解决干早低产地区缓坡地水土流失的一项主要措施。由于华北地区春季干旱多风沙,夏季降水集中,这种方式可以使低洼地相对降低地下水位,有利于缓解华北地区水利设施不完善的问题。
垄覆沟播是垄作法的一种,是在田面起垄,垄面覆膜,沟内播种的一种耕作方式。垄面覆膜可以抑制膜内水分蒸发,促进降雨入渗,增加作物蒸腾耗水,调节土壤温度,活化土壤养分、提高水肥利用率和产量的作用,旱地增产的主要措施。而采用先开沟再撒种的一种播种模式 (沟播)具有出苗率高、便于管理的优点。根据基地垄种植作物及地理情况，分析该地区降水特点来规划垄、沟、渠排水设施建设。
3、遮阴大棚建设及温室自动化控制
遮阴大棚主要采用吸热保温原理，一方面大棚材料可以采光吸热，同时也有保持温度的作用，防止热量丢失。
遮阴棚应搭在地势较高、排水流畅的地点。北侧应比较空旷，以利于棚内通风。西、南两侧应有稀疏的林木遮荫。遮阴棚的高度为3米，立柱之间保持2一3米的间距，以便小车通行。埋设立柱的坑位要准确，深浅要一致，坑底要夯实，纵横要成行。立柱栽好后，先按南北向在立柱的顶端用粗竹竿或角钢做棚顶骨架，把它们固定在柱顶的钢筋圈上。再用细竹竿按东西向担在粗竹竿或角钢上，每隔25厘米担1根，并用细铅丝将它们绑扎在一起。最后再铺上遮荫材料。
3.1温室系统介绍
温室控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测而开发生产的环境自动控制系统。本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、气压、太阳紫外线、土壤温湿度、CO2浓度等，以适应不同植物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构，主要控制卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。该系统的使用，可以使温室运行于经济节能状态，实现温室的无人值守自动化运行，降低温室能耗和运行成本，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
3.2 技术部署
监测传感器采集：获取空气温度、湿度、光照强度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。
传输与控制：无线监控，采用4G DTU进行远程传输；智能测控装置、智能环境监测装置等通过LoRa、NB-IOT上传的数据。通过一体化控制器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等，喷水系统可支持喷淋、滴灌等多种设备，空气调节系统可支持卷帘、风机等设备。
云计算：对数据进行统计、分析，生成用户所需的各种 表、曲线、图形，技术指标；PC、移动终端，依据访问权限，查询、浏览相关数据；通过PC或移动智能终端，对现场设备进行控制。
3.3功能及特点
① 根据目前正在施工和目前已经存在的温室，实现单个温室作物生长情况的相关数据在线检测，如每个温室的空气温湿度、土壤温度、土壤水分、CO2浓度、光照强度等，实现远程对这些参数的监测。
单个温室具备协调生长的自动化设备的集中控制：
（1） 滴灌功能（可选）
（2） 卷帘/遮阳控制（可选）
（3） 天窗/侧窗控制（可选）
（4）风机控制（可选）
采用现代化的通讯设备将温室组成 络系统,并且进行集中控制，从而节省运行成本，提高生产力。温室大棚智能管理系统的任务目标：通过目前的光纤 络以及GPRS、CDMA无线 络建造一个现代化温室大棚环境监控系统。
（1）棚内控制系统中的数据采集器，可自动监测和采集农作物环境的温湿度、光照以及CO2浓度等参数。
（2）实现棚内自动化设备的远程控制，如通风、卷帘升降、滴灌控制、灯光控制等。
（3） 温室大棚智能管理系统的组 设计。采用光纤和光电转换技术将分布多点的温室组成可靠的光纤通讯 络，实现远程设备的操作和相关数据的 警提示等。
（4）实现温室大棚的集中控制。帮助种植者做全面细致的数据分析，将数据通过 络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示区域，实现远程的数据采集。
3.4温室数据监测配置
传感器：温室常规六要素
空气温湿度：百叶箱型温湿度传感器是一款全数字化检测，高精度传感器，是由高精度数字温度，湿度集成，内置信 处理单元能根据客户需求输出相应信 。
光照强度：照度传感器变送器采用灵敏度较高硅蓝光伏探测器作为传感器。用户可根据不同测量场所配置不同的量程，具有测量范围宽，线性度好，防水性好，安装方便，适于远距离传输等特点。
土壤水分：土壤水分传感器是一款高精度、高灵敏度的土壤水分测量仪器,通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的真是含水量。
土壤温度：土壤温度传感器（变送器）采用高精度热敏电阻作为感应部件，具有测量精度高、稳定性好等特点。信 变送器采用先进的电路集成模块，可根据用户的不同需求将温度转换为相应的电压或电流信 。
二氧化碳: 二氧化碳传感器采用近红外吸收的原理，用于检测各种环境中CO2的浓度，具有精度高、稳定性好等特点。

3.6 温室种植环境监测控制系统
系统采用光照、空气温湿度、土壤温湿度等传感器对温室 棚培育环境进行实时感知，通过无线信息传输节点将数字信 传输到系统后台，经过服务器处理后形成图形化显示输出。系统提供各种统计功能并支持数据导出，当环境指标超标时能够自动开启和关闭风机、电磁阀、遮阳板等设备以实现智能化。
4、水肥一体化（灌溉、施肥）
4.1 水肥一体化系统介绍
水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预 先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流 工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。
4.2 项目实施概括
200亩种植基地采用一套智能水肥一体化系统来进行灌溉施肥，共用一个首部系统，采用分区轮灌的方式，控制电磁阀采用无线阀门控制器来控制LORA传输，节约人工以及走线成本，灌溉类型一般分为大棚滴灌和微喷，具体根据现场地形以及种植作物出施工方案。
4.3 水肥一体化系统组成
泵站设备平面图

水肥一体化主要由水源工程，首部泵房系统（过滤系统+施肥系统），计量与保护系统。管 系统几部分组成；
4.3.1 水源工程：江河、渠道、湖泊、井、水库均可作为水源，只要水质符合灌溉要求，均可作为灌溉的水源。为了充分利用各种水源进行灌溉，往往需要修建引水、蓄水和提水工程，以及相应的输配电工程，这些统称为水源系统。
4.3.2 首部泵房系统：首部枢纽系统包含主水泵，恒压变频控制柜，砂石过滤器，叠片过滤器，离心过滤器等过滤器组合，智能水肥一体机；
4.3.3 计量与保护系统：检修阀门以及管道上空气阀，压力表，流量计，EC，PH值传感器检测等等
4.3.4 田间管 系统：采用滴灌或者微喷（大棚内），电磁阀采用无线的方式来控制；

4.4水肥一体化系统产品组成
（1）水源设计
根据项目需求，基地灌溉用水采用二次提水方式，在园区建设两处1500立方的蓄水池，先由潜水泵从水库提水至蓄水池，再由滴灌系统主泵从蓄水池取水进行灌溉作业。

泵房建设
泵房建设于蓄水池周边，优点：节约用地，水池预留一处清淤口后更安全。建设面积：32平米，高度：3.5米。

灌水器选择
根据基地作物的分布，可选择采用倒挂微喷头的方式对作物进行灌溉。流量80-100L/H,喷洒半径3m。

（4）水泵控制方式
设计单台水泵，采用1拖1形式工作，主管道上安装压力传感装置。田间阀门开启后泵开始工作，变频水泵控制柜系统通过测到的管道压力，经变频器系统内置的PID调节器运算，调节输出频率，然后实现管 的恒压供水。变频器的频率超限信 (一般可作为管 压力极限信 )可适时通知PLC的进行变频泵切换。为防止水锤现象的产生，泵的开关将联动其出口阀门；

（5）砂石过滤器选型
设计2个缸体，单个直径900mm，单罐处理水流量：40立方/小时，共计处理水流量：80立方/小时，采用全自动控制清洗方式。
砂石介质过滤器主要用来处理水中有机杂质和藻类，主要适用于开放性水源如：水库、池塘及渠道水的初级过滤，一般在其后面配备叠片式过滤器作为二级过滤。
1、设置固定时间清洗程序；
2、过滤器进出口差压感应清洗程序；

（6）叠片过滤器选型
设计单体3寸过滤体，2组并联；单体过滤流量30立方/小时，共计处理水流量：60立方/小时，采用全自动清洗控制方式；当达到一定的压差时，或设定的时间内系统自动进入反冲洗状态，控制器控制阀门改变水流方向，过滤器底部单向隔膜关闭主通道，反冲洗进入四组喷嘴通道，和喷嘴通道连接的活塞腔内的水压上升，活塞向上运动克服弹簧对叠片的压力，并在叠片组顶部释放活塞空间，同时反冲洗水从四组喷嘴通道上面的35*4个喷嘴沿叠片切线的方向高速喷射，使叠片旋转并均匀分开，喷洗水喷洗叠片表面，将截留在叠片上的杂质喷洗甩出。当反冲洗结束时，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态。反冲洗控制器操作简单，可根据压差，时间或两者组合对过滤器或工作站进行全面控制。叠片过滤器滤芯无须更换，寿命可达15年之久。清洗控制方式：
1、设置固定时间清洗程序；2、过滤器进出口差压感应清洗程序；

（7）施肥系统
智能水肥一体机
杭州卓器电子科技水肥一体机系统结构包包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备。
杭州卓器电子科技水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预 先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流 工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

系统配置如下

项目内容

控制方式·时间控制：设定时间灌溉
·肥水比例：设定流量比例来控制水肥比
·外部信 控制：土壤湿度控制水泵开关
·无线控制：无线采集传感器值及控制

电磁阀（区间数）·依据项目需要可分多个区域

系统特征·肥料控制：肥料供应量百分比来控制
·流量控制：根据各个大棚内流量传感器的值判断阀门状态
·可选择施肥或者直接灌溉
·灌溉使用原灌溉 络的压力不需要加压泵
· 警及停止：超出压力上限值时发出 警及停止运行
· 警及停止：超出土湿上限值时发出 警及停止运行
·一键灌水：紧急灌水（手动灌水）
·临时停止：一键停止运行功能
·灌溉区域阀门采集使用无线传输节约拉线成本

硬件特征·包含嵌入式现场下位机控制器、信 采集模块、设备驱动模块以及人机交互10寸触摸屏等，可完成灌溉精准调控、水肥信息采集、云服务器交互等工作；

智能水肥机具有快速运算能力，配合最新传感技术以及大数据分析技术保证设备操作简单，智能运行。支持xmsiyb、标准MODBUS双协议切换；可支持JSON/HTTP数据上 。

·可利用lora或nb-lot技术拓展接入现场环境采集设备以及现场灌溉控制设备

外形特征·外形尺寸：783mm*573mm*1274mm（长宽高）；
·内置系统不锈钢离心泵、过滤系统，检控系统，电气柜，施肥桶和吸肥通道组合。
·10寸触摸屏显示
·棚内使用无线传输节约拉线成本
·系统标配3路注肥通道，预留1路，单通道最大施肥量420L/h；
·可与物联 平台联动，根据采集的墒情等信息智能配比，自动记录施肥时间、施肥区域、流量、PH值、EC值、各母液使用量等。