Insentek智能灌溉方案.docx

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Insentek智能灌溉方案

Insentek智能灌溉方案

一、Inentek智能灌溉系统简介

1.1智能灌溉系统新定义

目前农业灌溉系统存在的诸多问题，最关键的是灌溉策略没有依据，几乎全部都在凭经验灌溉，诸如灌溉定额、灌溉周期、一次灌水延续时间等，且全生育期都在用同样的灌溉制度；其次是没有反馈和优化，每次灌溉之后，并不确定有效灌溉量是多少，以及是不是符合作物需求。

即使目前高端的中控灌溉系统，依然以人工输入程序控制阀门启闭为主，存在灌溉制度不合理、控制系统管理难度大的诸多问题，同时水肥大量浪费，造成土壤板结和地下水污染。

生态农业已逐步成为未来农业的主流方向，减少化肥、农药用量近年也被大力提倡和推广，而实现精准水肥一体化灌溉，将水肥有效输送至作物根毛区，实现节约水肥、增产高效，避免浪费污染，则是切实的向生态农业发展的重要步骤，也是智能灌溉系统推行的意义所在。

真正的智能灌溉系统，是指能够根据目标作物、目标土壤、目标地点气象等情况，配合生态大数据系统，对目标区域进行基于人工智能的灌溉、施肥参数设定，并且控制一系列机电设备实施上述灌溉、施肥，以及根据传感器反馈评估灌溉、施肥效果自动改进人工智能决策，从而改变目前农业灌溉、施肥单纯依靠人力经验的现状，达到按照作物需求灌溉、施肥的精准水肥一体化灌溉方式。

1.2智能灌溉系统特点

（1）灌溉有依据：

基于田间的基于作物根系的水分监测，执行灌溉决策，且灌后有反馈；

（2）可靠性高：

长期工作稳定可靠，免人工维护，且核心设备防水级别为IP65和IP68；

（3）操作简便：

提供多种操作模式，智能模式下一键启动。

（4）安全性高：

超出系统流量、压力安全限值，系统启动报警并按照预设进行停灌处理，另外所有核心设备均带GPS定位，可实时查看位置及历史运行轨迹。

（5）集成度高：

核心设备及平台都具有极高的集成度，不单独收通讯费等附加费用，且平台免费提供给用户，不按照模块逐项收费。

（6）扩展性强：

拥有足够强大的硬件和软件功能，具备极强的扩展性，可为用户持续添加一般化的应用程序，且系统相对开放，允许用户自行开发特殊的应用程序模块。

1.3智能灌溉系统应用场景

智能灌溉系统的控制管理通过数据平台“E生态”进行，用户可以直接使用微信或者Web浏览器登录，不同级别的用户有不同的管理权限。

场景如下：

管理者打开手机或者Web浏览器，登录“E生态”平台，查看自己名下所有设备的运行情况以及灌溉、施肥进程，可对设备进行手动启闭操作，也可置于自动模式，此时灌溉系统按照预设的灌溉、施肥程序运行；当管理者通过平台切换到智能模式，此时实现“智能灌溉＋”，基于实时的监测自动执行灌溉决策，且灌溉完毕，按照传感器反馈的客观信息自动优化灌溉。

所有程序均永久保存且可下载，便于下载及自检、优化的同时，也可降低现场管理人员频繁更换带来的风险。

二、Inentek智能灌溉系统实现过程

智能灌溉系统必不可少的是大数据和人工智能技术，而这一切的前提是可靠的、海量的、针对性强的本地数据，这些数据应该由性能可靠、使用简便的监测设备实时采集获得，最终由客观且专业的大脑——即智能灌溉控制器去分析、执行，同时基于反馈进行自我修正和衍进。

灌溉的真正对象是作物而不是土壤，要把最宝贵的水肥资源精准的灌溉到作物的吸水活跃区即根毛区。

因此，实现真正的智能灌溉的第一步是：

全方位、多维度地现场感知，为按需灌溉提供依据。

按需灌溉则离不开现场感知和本地的生态大数据。

现场感知到土壤水分及变化、地表地下温度、作物活跃根系位置及比例、气象数据……等诸多对作需水及生产环境产生影响的因素，而生态大数据则提供本地ET0历史数据及未来7天的预测数据、未来2周降雨预测数据，两者的无缝融合则可实时获取作物生长信息，自主分析根系活跃位置及分层比例，智能识别作物缺水胁迫，用于指导一次灌溉延续时间、灌溉定额及灌溉周期等灌溉策略。

其次，是人督导下的智能及大数据决策、执行机制。

灌溉决策的执行器是智能灌溉控制器，即云衍。

云衍及其数据平台通过对水分数据、气象数据的综合分析处理，自动为每个拥有智能参照点的轮灌组制定灌溉决策：

是否需要灌溉？

灌溉时间是多少？

再次，深层反馈学习，自我修正、自我衍进。

反馈是目前灌溉领域比较缺失的一个环节，没有反馈，对灌溉系统的自我优化就不可能实现。

云衍与智能土壤水分监测系统“智墒”实时连接，分析入渗速率、提供灌溉反馈，系统自动优化灌溉定额、灌溉周期等灌溉参数；与智能气象站“天圻”实时连接，实现基于气象阈值灌溉，同时对各个气候条件设置灾害条件预警分级，积累气象灾害数据库；与第三方受控灌溉设备实时连接，实现自动监测、计量、评估灌溉和施肥等功能。

最后，精准水肥一体化。

精准水肥一体化技术是将施肥与灌溉结合在一起的一项精准农业新技术，它借助压力灌溉系统，将由可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水一起，均匀、准确的输送到作物根部土壤，并可按照作物生长需求，进行全生育期水分和养分定量、定时，按比例供应。

同时实现高效用肥、省肥节水、省时省力、减轻病害、提高产量等诸多功能，且每次施肥均形成记录，亩均施肥量数字化、可视化，便于对不同轮灌组、不同基地进行汇总分析和比较。

三、Inentek智能灌溉系统核心设备

3.1智能灌溉控制器-云衍

云衍是Insentek倾心打造的最新一代智慧农业旗舰产品，在灌溉领域作为智能灌溉控制器应用，同时也是智墒、天圻的功能得以实现的载体。

3.1.1云衍简介

云衍作为智能设备通过移动、宽带、卫星等网络将本地的所有机电设备、传感器、通讯装置安全地连入互联网。

 通过“E生态”平台对它及通过其接入网络的设备的操作系统（固件，firmware）、应用软件、知识库、策略或指令进行同步更新，并对它及通过其接入网络的设备、传感器进行设备管理。

 与智墒、天圻以及第三方产品完成基于智能生态原理的现场人工智能控制，实现智能灌溉、施肥，或者其它现场设备的控制。

云衍作为实现智能灌溉系统的核心硬件设备，接入灌溉系统首部的流量计、压力传感器、水泵启动器等设施，同时基于云端下载或者手动输入的灌溉程序，通过insentek解码器控制田间电磁阀的启闭，实现对灌溉的控制。

云衍一般安装在管理房，与解码器之间采取有线（最远2.4KM）/无线（最远5KM）的通讯方式（注：

解码器至控制器的通信距离受现场条件等因素影响，实际距离根据现场情况而定）。

用户在电脑端使用Web浏览器进行查看、控制，手机端直接采用微信，进入公众号“E生态”进行管理。

不管电脑端还是手机端，用户都不需要额外下载APP，避免软件频繁升级带来困扰。

云衍提供本地Web服务，操作人员可现场连接云衍自带的WIFI，实现设备的现场管理。

云衍拥有足够强大的硬件和软件功能，具备极强的扩展性，可为用户持续添加一般化和特殊定制的应用程序模块。

云衍自带8路DI、8路DO、8路AI以及两路AO，端口灵活易扩展，升级全部为后台升级，不需要再增加相应控制模块。

轮灌组划分以及智能灌溉指导

3.1.2云衍参数

目前云衍提供的诸多接口，可接入超声波流量计、压力传感器、水泵变频器、施肥计量泵等灌溉常用设备，实现用户在同一平台查看、管理所有设备（注：

上述可接入设备为用户自行购买配备，Insentek提供参数指导）。

云衍硬件软件主要技术指标如下：

操作系统：

嵌入式Linux

主控板CPU：

ARMCortexA9

存储：

1GDDR3内存，8GBFlash，32GSD卡

输入输出：

8路DI、8路DO、8路AI以及2路AO，端口灵活易扩展，升级全部为后台升级，不需要再增加相应控制模块

人机交互：

智能语音提示系统、灯光交互系统

通信：

远程通讯：

全网通4G；

现场通讯：

Lora、载波通信、WIFI、RS485、CAN

工作温度：

-20℃-60℃

防水等级：

IP65

云衍提供本地Web服务，实现设备远程管理及系统的远程升级。

操作人员可现场连接云衍自带的WIFI，实现设备远程管理及系统的远程升级。

用户在电脑端使用Web浏览器进行查看、控制，手机端直接采用微信，进入公众号“E生态”进行管理。

不管电脑端还是手机端，用户都不需要额外下载APP，避免软件频繁升级带来困扰。

云衍跟田间解码器的无线通讯方式为LoRaWAN。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。

这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。

LoRa的通信距离比ZigBee更远，而通信带宽更小。

通过减小带宽，LoRa提高了接收数据的灵敏度，因而LoRa芯片能接受更加微弱的信号，从而达到更远的传输距离（在无遮挡的空旷环境下，能达到8公里的通讯距离）。

云衍除了实现网关的功能，同时也是一台LoRa基站，大大减少了在建设基站上的投资。

自组网的便利性方便客户自行调整、扩展、调试以及维护。

目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。

LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，LoRaWAN在协议和网络架构的设计上，充分考虑了节点功耗，网络容量，QoS，安全性和网络应用多样性等几个因素。

由于设备在现场部署并持续的时间很长（往往是数年时间），所以安全考虑一定要全面并且有前瞻性。

LoRaWAN的安全性设计原则符合LoRaWAN的标准初衷，即低功耗、低复杂度、低成本和大扩展性。

3.1.2云衍安装

（1）云衍可以采取支架式方法安装在室外，也可壁挂式安装在管理房。

①拆箱

②对照接线图接线

③壁挂

（2）云衍跟附属设备关联

扫码添加附属设备

3.2智墒

智墒是“智能灌溉+”实现的基础。

智墒是一款安装在土壤中对“墒”进行动态监测、智能预测的传感器智能终端。

智墒对作物活动根系、耗水规律、气象生态环境等信息综合进行人工智能处理，实现人对自然的深度感知。

智墒是一体化高度集成的管式土壤墒情监测仪，它可以实时监测同一位置多个土层深度的土壤水分、温度，并将连续监测的本地数据实时传输到云端，用户可以登录Web浏览器或使用微信来读取和处理设备数据。

3.2.1智墒功能

智墒及智墒数据平台“E生态”的11项基础功能

1多深度动态土壤体积含水量

2灌溉水有效利用系数

3作物净灌溉用水量

4植物耗水根系总深度及分层比例识别

5植物日耗水量

6多深度的土壤温度

7识别土壤饱和含水量、田间持水量；

8土壤有效储水量；

9土壤蓄水潜力；

10提供历史至未来7天的参考蒸发蒸腾量（ET₀）

11提供所在位置1小时内分钟级别降雨量预测及未来5天降雨量预测

E生态平台实时显示智墒所在点位的上述信息：

智墒E生态平台浏览器界面

智墒结合云衍的分析还可以实现另外9项跟灌溉高度相关的重要功能：

1作物缺水胁迫识别、预测

2作物凋萎系数识别

3作物水涝胁迫识别

4灌溉决策支持、灌溉时间、灌溉量、灌溉制度

5动态日耗水量et值自动计算

6自动计算作物系数k值

7监测多深度土壤的冰冻、化冻状态

8水在土壤中的运移规律、下渗速率监测

9有效降雨量

基于对智墒温度、水分曲线的人工智能识别，可获取诸多跟作物、灌溉相关的信息，用于指导目标作物的灌溉。

比如在北方，每年3月份很多种子处于出苗期，此时作物需水量不大，但出苗率受温度影响较大，此时实时监测不同土层的土壤温度，可避免灌溉造成降温、不利于发芽的情况。

智墒水分曲线分析通过下述案例描述：

苜蓿基地智墒现场图

苜蓿基地智墒水分曲线图

纵坐标为土壤的体积含水量，横坐标为时间轴，该曲线是地下10cm、20cm、30cm、40cm处的水分值随时间的变化曲线。

该智墒设备于2013年安装在内蒙，种植作物为苜蓿，截取2015.5—2015.7的数据进行分析。

首先，作物虚拟根系（即活跃