光伏农业土壤空气环境监测应用
时间：2025-06-17
涉川
方案介绍
本方案聚焦于“农光互补”模式下，农田在光伏阵列遮光条件下的耕作生态适应性问题，结合物联网感知技术，构建土壤墒情、养分状况与空气环境参数的综合监测系统。系统以4G无线传输为核心，依托太阳能独立供电，广泛适应不同类型的农业光伏园区，实现全天候、无人值守的数据采集与远程可视化监管。
本方案聚焦于“农光互补”模式下，农田在光伏阵列遮光条件下的耕作生态适应性问题，结合物联网感知技术，构建土壤墒情、养分状况与空气环境参数的综合监测系统。系统以4G无线传输为核心，依托太阳能独立供电，广泛适应不同类型的农业光伏园区，实现全天候、无人值守的数据采集与远程可视化监管。
监测目标
-
实时监测农田土壤的温度、湿度、pH、电导率、有机质、氮磷钾等关键参数
-
获取农田环境中的空气温湿度、CO₂浓度、光照强度、风速风向等气象数据
-
分析光伏板对土壤养分迁移、土壤水分保持与作物光合效率的影响
-
利用4G通信实现监测数据云端上传与平台远程查看
-
为科学种植模式优化、施肥灌溉决策提供数据支撑
需求分析
光伏农业系统中，光伏阵列对阳光分布产生遮挡，可能造成农田微气候变化，影响作物光合作用与根际环境的水肥动态。为保障作物正常生长并提升综合经济效益，亟需建立一套可持续运行、数据实时更新、适应多场景部署的土壤与空气环境一体化监测系统。
光伏农业系统中，光伏阵列对阳光分布产生遮挡，可能造成农田微气候变化，影响作物光合作用与根际环境的水肥动态。为保障作物正常生长并提升综合经济效益，亟需建立一套可持续运行、数据实时更新、适应多场景部署的土壤与空气环境一体化监测系统。
监测方法
通过埋地式土壤探头分层布设，测定耕作层不同深度的温湿度、电导率、pH及养分变化；同时在农田上方设置小型气象环境监测站，获取空气质量、温湿度、风速风向等气象数据。系统搭配低功耗数据采集主机，利用4G网络自动上传至云平台。
通过埋地式土壤探头分层布设，测定耕作层不同深度的温湿度、电导率、pH及养分变化；同时在农田上方设置小型气象环境监测站，获取空气质量、温湿度、风速风向等气象数据。系统搭配低功耗数据采集主机，利用4G网络自动上传至云平台。
应用原理
基于频域反射（FDR）、电化学、电导率测量、气体红外吸收、电容式传感、热敏元件等传感原理进行多参数感知，结合嵌入式数据采集系统与通信模组，构建农业环境参数的智能感知-分析-控制闭环。
基于频域反射（FDR）、电化学、电导率测量、气体红外吸收、电容式传感、热敏元件等传感原理进行多参数感知，结合嵌入式数据采集系统与通信模组，构建农业环境参数的智能感知-分析-控制闭环。
功能特点
-
多维参数感知：覆盖土壤水分、养分、温度、酸碱度和空气环境多项要素
-
4G无线通信：具备远程数据上报功能，适应无网络区域自动联网
-
太阳能供电：配置太阳能板与锂电池，确保长期离线运行能力
-
数据可视化平台：可通过手机APP、小程序或网页端查看实时与历史数据
-
模块化结构：灵活增减传感器模块，适应不同地形与种植模式需求
-
预警推送机制：支持设定土壤湿度过低、温度异常、空气CO₂浓度超标等多种报警条件
-
智能分层分析：可对不同土层含水量、温度进行趋势分析与灌溉指引
硬件清单
系统主要包括多功能土壤传感器、微型气象监测站、数据采集主机、4G通信模块、太阳能供电单元、防水防尘野外机箱、安装立杆等模块化设备。
系统主要包括多功能土壤传感器、微型气象监测站、数据采集主机、4G通信模块、太阳能供电单元、防水防尘野外机箱、安装立杆等模块化设备。
硬件参数（量程、精度）
-
土壤温度：-40～85℃，精度±0.3℃
-
土壤湿度（体积含水量）：0～100%，精度±2%
-
土壤pH：3～10，精度±0.1
-
土壤电导率：0～20000μS/cm，精度±2%FS
-
氮磷钾（可溶性）：0～1000mg/kg，精度±5%
-
空气温湿度：-40～85℃，0～100%RH，精度±0.5℃/±3%RH
-
CO₂浓度：0～5000ppm，精度±50ppm
-
光照强度：0～200000Lux，精度±2%
-
风速风向：0～30m/s，0～360°，精度±0.3m/s
-
通讯方式：支持4G全网通
-
防护等级：IP66
方案实现
-
选择典型光伏农业场景，划分监测样区
-
依据光伏板阵列分布设置不同日照强度区位布点
-
安装土壤探头于耕作层30cm以内区域，视需求进行分层部署
-
设置气象监测模块于无遮挡位置，保证数据代表性
-
数据采集主机与4G模块组网连接，定时上报数据至平台
-
在平台端配置报警条件、图表分析模块与远程管理权限
-
实现手机、电脑等多终端统一接入查看，满足智能农业管理需求
数据分析
平台支持多时段对比分析、作物生长期参数波动可视化、土壤肥力与水分变化趋势展示、气候因子与作物产量关系回归分析等功能。通过数据建模可辅助水肥决策、调光策略调整、种植品种优化等实际农业操作。
平台支持多时段对比分析、作物生长期参数波动可视化、土壤肥力与水分变化趋势展示、气候因子与作物产量关系回归分析等功能。通过数据建模可辅助水肥决策、调光策略调整、种植品种优化等实际农业操作。
预警决策
系统自动推送以下类型预警：
系统自动推送以下类型预警：
-
土壤水分过低，提示启动灌溉系统
-
土壤养分浓度异常，建议进行补肥处理
-
光照强度长期不足，提示调整光伏板角度或布局
-
空气CO₂过高，提示通风或光合调控
方案优点
-
实现土壤-空气-光伏耦合生态环境的一体化监控
-
远程数据接入，便于集中管理与信息共享
-
支持精细化种植管理，提升作物产量与资源利用率
-
无人值守运行，降低人工成本
-
为后续智能补光、灌溉控制、施肥系统提供基础数据支撑
应用领域
广泛应用于农业光伏融合示范园区、温室+光伏联合系统、光伏果园、生态农业光伏项目、数字农业示范基地等场景。
广泛应用于农业光伏融合示范园区、温室+光伏联合系统、光伏果园、生态农业光伏项目、数字农业示范基地等场景。
效益分析
本方案可有效提升农业种植与新能源发电的协同水平，推动土地复合利用效率最大化，平均提升土壤墒情调控响应速度30%，作物产量稳定提升10~15%，大幅节省水肥投入，助力实现绿色生态农业目标。
本方案可有效提升农业种植与新能源发电的协同水平，推动土地复合利用效率最大化，平均提升土壤墒情调控响应速度30%，作物产量稳定提升10~15%，大幅节省水肥投入，助力实现绿色生态农业目标。
国标规范
-
GB/T 37086-2018《土壤墒情自动监测系统技术规范》
-
GB/T 20465-2006《水质监测技术规范》
-
HJ 212-2017《污染源在线监测数据传输标准》
-
NB/T 32004-2013《光伏农业技术导则》
-
GB/T 33467-2016《现代农业物联网通用技术要求》
参考文献
-
《农光互补农业生态系统的建设与管理技术》
-
《基于物联网的农业环境感知与智能决策支持研究》
-
《现代农业中的土壤与气候监测集成技术分析》
-
《生态农业与新能源融合发展的路径研究》
上一篇：光伏鱼塘水质光照环境一体化监测