水稻种植智能信息采集系统方案

时间：2025-11-12 涉川

一、方案介绍

随着农业现代化与智慧种植的推进，水稻种植已从传统经验型管理向精准化、数据化管理转变。为实现稻田水位、土壤墒情、气候环境及农田基础设施的实时监测与智能调控，建设一套基于物联网、传感网络与云平台的智能信息采集系统十分必要。

本方案以“廾多智能农业云终端”为核心，配套布设土壤墒情监测仪、采集箱及附件系统，实现对水稻生长环境的全天候自动监测、远程数据采集、智能预警及可视化管理。系统支持4G无线联网，数据主动上报云平台，可通过手机APP和电脑网页查看实时数据、历史曲线、预警信息及分析报表，为水稻精准种植、水肥调控及节水增产提供技术支撑。

二、监测目标

实时监测稻田土壤湿度、温度、电导率、pH值等关键墒情参数；
动态掌握稻田水位变化与灌溉状态；
结合**气象数据（温度、湿度、光照、雨量、风速风向）**实现综合环境评估；
通过4G网络将监测数据主动上报“廾多农业云平台”，实现云端数据存储、分析与预警；
实现远程可视化、历史趋势分析与图表导出；
通过阈值设置实现土壤干旱、过湿、pH异常等预警提示，指导科学灌溉与施肥。

三、需求分析

环境复杂性：稻田地势低洼、水汽重、腐蚀性强，设备需具备防水、防雷、防腐蚀特性；
数据实时性：监测频率高，需具备稳定无线通信能力与断点续传机制；
供电保障：部分区域无市电，要求系统支持太阳能供电及锂电池备用；
维护便捷性：模块化设计，便于农技人员现场维护、快速更换；
扩展能力：系统可后期拓展视频监控、气象站、水质监测、智能阀门控制等功能。

四、监测方法与应用原理

1. 土壤墒情监测

采用电容式或时域反射型（TDR）传感器原理，通过测量土壤介电常数变化来反映含水量。传感器可埋设于稻田根系活动层（10–20 cm），测得实时体积含水率（%），并上传至主机。

2. 土壤温度与pH、电导率监测

温度传感器通过热敏元件感知土壤温度变化；
pH探头检测土壤酸碱度，反映肥料有效性与微生物活性；
电导率（EC）用于反映土壤盐分浓度，防止盐害。

3. 水位监测

稻田水位采用压力式或超声波液位传感器测量水深，数据经主机换算为水位高度。

4. 数据采集与上传

所有传感器通过RS485接口连接至采集箱内部的廾多智能农业云终端。终端通过4G模块将数据主动上报至云端平台，支持断点续传与边缘缓存，确保数据连续可靠。

五、系统组成结构

廾多智能农业云终端（4G型）
- 负责数据采集、存储、运算与无线传输；
- 内置高性能处理器，支持多通道RS485/模拟输入；
- 具备边缘计算能力，可现场判断报警条件并推送信息；
- 支持远程参数配置与固件升级。
土壤墒情监测仪及配套传感器
- 包含湿度、温度、pH、电导率四合一探头；
- 埋地安装，探针耐腐蚀、防水等级IP68；
- 采用不锈钢电极或环氧树脂封装，抗盐碱性能优。
采集箱及附件系统
- 采集箱内含终端、通信模块、电源管理器、避雷装置；
- 外设太阳能板、锂电池、防雷接地棒；
- 箱体防护等级≥IP65，具防水密封圈与防晒外壳；
- 配套安装支架与地锚，满足野外固定与抗风能力。

六、主要硬件清单

序号	名称	型号参考	功能描述
1	廾多智能农业云终端	4G全网通型	数据采集、边缘计算、4G传输、报警输出
2	土壤墒情监测仪	TDR型	测量土壤湿度、温度、EC、pH
3	稻田水位传感器	压力/超声式	实时水位监测
4	电源系统	30W太阳能板+12V/20Ah锂电池	保障阴雨天连续运行7天以上
5	采集箱	IP65防水	含避雷、防浪涌、RS485接线端子
6	安装附件	不锈钢立杆、防雷接地线、支架等	现场安装固定使用

七、关键硬件参数（参考）

项目	量程	精度	输出	防护等级
土壤湿度	0–100%	±2%	RS485(Modbus)	IP68
土壤温度	-40～+80℃	±0.3℃	RS485	IP68
土壤pH	3–9 pH	±0.1	RS485	IP68
电导率EC	0–20 mS/cm	±2%FS	RS485	IP68
稻田水位	0–200 cm	±0.5 cm	RS485	IP68
廾多终端通信	4G（移动/联通/电信）	-	MQTT/TCP	IP65

八、方案实现过程

布点规划：根据水稻种植分区布设若干监测点，每个点覆盖约2–5亩；
传感器安装：将土壤探头垂直插入根系层，水位探头安装于稻田水渠内；
采集终端安装：固定在田间地头立杆上，连接传感器并通电；
4G联网调试：插入物联网卡，设置采集间隔（如10分钟），验证上传数据；
云平台绑定：终端SN码注册至廾多农业云平台，生成专属监测页面；
APP/PC查看：登录账户即可查看实时曲线、历史数据、导出报表。

九、数据分析与智能决策

系统可根据不同稻作阶段设定土壤含水率阈值（如返青期70%、拔节期80%、灌浆期60%等）；
云端自动生成水分变化曲线及干湿趋势；
当土壤湿度低于设定阈值或水位下降过快时，系统推送灌溉提醒；
可结合气象预测实现灌溉优化模型，避免过量用水；
平台支持多点对比分析，为农技指导提供决策依据。

十、预警与报警功能

干旱预警：土壤湿度低于设定下限；
渍涝预警：土壤湿度或水位高于上限；
pH异常预警：pH低于5.5或高于8.5；
通信/设备异常报警：节点掉线、供电不足、数据异常波动。
预警可通过短信、APP推送、网页弹窗等方式通知管理人员。

十一、方案优点

数据实时可视，4G全网通主动上报；
太阳能供电，适用于偏远农田；
模块化结构，便于扩展与维护；
云端长期存储，支持数据导出与溯源；
多参数一体化监测，全面反映水稻生长环境；
精准灌溉、节水增产，显著提升农田管理效率。

十二、应用领域

水稻田、麦田、玉米田、旱改水试验田；
智慧农业示范区；
农业科研试验站、农科院试验田；
农场物联网监控中心；
高标准农田数字化改造项目。

十三、效益分析

经济效益：通过精准灌溉与科学施肥，节水15–30%，增产5–10%；
管理效益：减少人工巡查，节省人力50%以上；
社会效益：促进农业数字化建设，提升农业科技形象；
生态效益：减少肥料流失与地表径流污染，保护生态环境。

十四、相关标准规范

GB/T 39185-2020《农田灌溉信息化系统技术要求》
GB/T 22264-2018《土壤水分监测系统通用技术条件》
GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》
NY/T 3091-2020《智慧农业物联网系统通用规范》
GB/T 31990-2015《农业物联网术语与定义》

十五、案例分享（示例）

案例：江西某稻米示范区智慧农田项目
项目在500亩高标准稻田中布设了10套智能信息采集点，每套包含廾多云终端、四合一墒情探头和水位监测模块。通过云平台实时掌握稻田墒情与水位变化，系统在干旱天气自动发出灌溉提醒，合理调度水泵灌水，全年节水约18%，稻谷单产提升约6%，有效减少了人工巡田与用水浪费。

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