一、项目背景及建设意义
在过去的农业种植中，往往存在病虫害较重灌溉作业不合理等问题，而由于这些因素的影响，作物不能够正常生长，从而限制了麦稻等作物的持续平衡增产。而要解决这些问题最重要的是了解作物的生长情况以及其所处的生长环境，而苗情、虫情、灾情以及墒情是与作物生长息息相关的农业信息，因此利用农林四情监测预警系统对作物进行实时远程监测与诊断，不仅提供了智能化、自动化的解决方案，而且能够合理调整农业生产措施，保证作物正常生长发育，减少病虫草害的发生，为农业生产保驾护航。
目前，以农林四情监测预警系统的农业物联网已经成为发展科技农业的中坚力量，也是实现节本增效、环境友好型农业生产的一项重要措施。政府、科研单位及用户应用农林四情监测预警系统，一方面可以足不出户，就能对田间的苗情、墒情、病虫情、灾情等进行实时监测预警并自动防控，做到全天候、无人值守、连续自动工作，真正实现了生态农业的现代化、智能化，而另外一方面则可以大幅度减少水、电、人力等能源和资源使用，降低农业生产的成本，在农业领域更好的发挥了节水、节药、节肥、节劳动力的作用。
在实际的应用中，也进一步验证了农林四情监测预警系统所带来的方便和效果，比如说，在小麦生产中，借助农林四情监测预警系统对农田生态环境和农作物“四情”即苗情、墒情、病虫情、和灾情监测的动态高精度监测，有关专家针对小麦生产中存在的品种布局不合理、偏施氨肥、病虫害较重等问题进行了分析和诊断，并提出了合理有效的解决方法，有效解决了麦稻持续平衡增产的技术问题，为小麦田管工作提供了技术支撑。
从这方面来看，农林四情监测预警系统的应用，为专家会诊提供了重要的技术支持。农林四情监测预警系统通过传感器、小型气象站、视频监控设备自动监测和人工采集苗情、墒情、病虫情、灾情信息，并对信息进行上传、汇总、存储、分析，有关的农业专家在电脑端或手机上就能实时了解到农作物的生长信息，改变了以往专家必须深入田间地头才能够诊断分析的面貌，提高了工作的效率和防控的及时性，也为农情预警、科学制定生产措施、分析增减产原因预测农作物生长趋势提供数据支持。
二、方案简介
农林 “四情” 是指利用物联网技术，动态监测田间作物的墒情、苗情、病虫情及灾情的监测预警系统。农林“四情”监测预警系统以先进的无线传感器、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，由墒情传感器、苗情灾情摄像机、虫情测报灯、网络数字摄像机、作物生理生态监测仪，以及预警预报系统、专家系统、信息管理平台组成。各级用户通过Web、PC与移动客户端可以访问数据与系统管理功能，对每个监测点的病虫状况、作物生长情况、灾害情况、空气温度、空气湿度、露点、土壤温度、光照强度等各种作物生长过程中重要的参数进行实时监测、管理。系统联合作物管理知识、作物图库、灾害指标等模块，对作物实时远程动态监测与诊断，提供智能化、自动化管理决策，保证农作物在适宜的环境条件下生长，提高农业生产力，增加农民收入。
三、子系统介绍
1、田间气象多要素自动监测系统
多要素自动监测系统能监测99%的气象要素，例如空气温度、空气湿度、风速、风向、PM2.5、PM10、大气压力、雨量、光照、雨雪、紫外线、总辐射、CO、O3、NO2、CO2、蒸发量、负氧离子浓度等等。同时，该系统还可以扩展配置土壤温度、土壤水分、土壤EC、土壤PH等土壤墒情数据。
气象站通讯方式灵活多样，支持GPRS/4G、以太网、RS485等多种传输方式供客户选择，可实现数据的远程控制和传输。
可通过GPRS/4G的方式将数据上传至综合环境监控平台，也可以通过网口接入局域网。同时该气象站还带有1路ModBus-RTU从站接口，可以将数据通过485通信的方式上传至客户的监控软件或PLC组态屏等。
2、土壤墒情自动监测系统
（1）墒情自动监测系统主要是针对土壤水分含量进行监测，通过墒情传感器测量土壤的体积含水量（VWC）。同时，可以根据用户的需求，该系统可以扩展配置土壤温度、土壤电导率、空气温湿度、太阳辐射、二氧化碳等气象传感器。
（2）监测数据统一由自动监测站发送到网络数据平台，数据按照统一的格式进行存储，通过图表格式直观展现给用户。
（3）平台设置有图形预警和灾情渲染模块，可以根据作物种类和土壤类型设定不同的预警阈值，当实测数据低于预警阈值后，平台会及时向用户发送预警信息，同时灾情渲染模块将按照灾情严重程度分为不同颜色，在省行政地图上面以点的形式展现，可直观显示各区域的灾情动态信息。
3、田间苗情灾情一体化自动监测系统
田间苗情、灾情一体化自动监测系统，是指由自动监测系统对农作物的生长发育状态、病虫害情况以及灾情进行实时视频监控（包括日间图像和夜间的红外图像）。结合气象、墒情等传感器以及虫情预报灯等，可以对田间苗情、虫情、灾情实现自动监测，使管理人员可以远程关注作物生长状况，根据作物在不同生长周期的需求，指导灌溉、施肥、喷药等措施。
4、田间虫情自动监测系统
自动虫情测报灯（可视化）利用现代光、电、数控技术，实现了在无人监管的情况下，能自动完成诱虫、杀虫、收集、分装、排水等系统作业，通过GPRS移动无线网络，定时拍照采集接虫盒内收集的虫体图片，自动上传到远程物联网监控平台，平台每天自动记录采集数据，形成虫害数据库，可以通过数据列表和图表的形式展现，工作人员可随时远程了解以虫体的情况和变化，制定防控措施。
5、专家诊断系统
生产使用人员可以将植物的病害特征以及危害植物生长的病虫害种类，以文字描述和图片的方式发送至监控平台，由专家在线解答回复，建立一个互动的平台。
四、数据采集硬件设备
数据采集是实现信息化管理、智能化控制的基础。由于农业行业的特殊性，传感器不仅布控于室内，还会因为生产需要布控于田间、野外，深入土壤或者水中，接受风雨的洗礼和土壤水质的腐蚀，对传感器的精度、稳定性、准确性要求较高。
1、气象观测站
可监测风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、土壤温湿度等等常规气象要素，具有自动记录、超限报警和数据通讯等功能
可远程设置数据存储和发送时间间隔，无需现场操作
太阳能供电，可在野外长期工作
可根据市级需求定向搭配多种气象参数
2、墒情监测站
主要用于实时采集土壤的墒情温湿度、盐分、酸碱度等数据。实施采集上传分析，主要用于田间土壤墒情的监测。广泛应用于科学实验、节水灌溉、温室大棚、花卉蔬菜、草地牧场土壤速测、植物培养、粮食仓储及各种颗粒物含水量和温度的测量。
3、各类传感器
叶面监测类：用于精细农业，室内外长期测量，不会腐蚀。
土壤墒情类：条带式可测量切面3-10m的土壤水份，求平均值，数据准确；管式土壤墒情传感器可一次性测量四层土壤水份。
环境传感器：空气温湿度、光照、二氧化碳、风速风向、降雨、土壤温湿度等传感器为主，是了解作物生长环境的传感器。
植物本体传感器：能实时或阶段性地监测植物茎秆粗细的变化、叶面的温度、茎流速率、果实增重与膨大速率、植物的光合作用等植物本身的一些参数，能直观地反应植物的生长状态。
4、虫情测报灯
自动虫情测报灯主要利用现代光、电、数控技术、无线传输技术、物联网技术，构建出一套害虫生态监测及预警系统。可广泛应用于：农业、林业、牧业、蔬菜、烟草、药材、园林、果园、城镇绿化、检疫等领域。
测报灯会对设定时间段内收集的害虫分别进行分段存放和拍照与计数，测报灯内置高清工业摄像头，通过系统设置或网络远程设置后自动拍照，将现场拍摄的图片无线发送至监测平台，平台整理并计算每天的数据，形成数据库，以供农业专家远程诊断。根据图片与数据，专业分析人员可对每个时间段内收集的害虫进行分类与计数。
5、高空测报灯
高空测报灯专为草地贪夜蛾测报而研制，该灯利用现代光、电、数控技术，采用高强度探照灯投射的诱虫方式，投射距离高达1000米，弥补了传统测报灯对迁飞型害虫幼虫能力不足的缺点，实现了虫体远红外自动处理、整灯自动运行等功能。在无人监管的情况下，能自动完成诱虫、杀虫、排水等系统作业。可增设风速风向、环境温湿度、光照等多种传感器接口，并可通过GPRS上传数据，以监测环境与病虫害之间的关系。
6、孢子捕捉仪
孢子捕捉是新一代图像式病菌检测工具，专门收集随空气流动而传播的病原菌孢子及花粉尘粒。主要用于检测病害孢子存量及其扩散动态，为预测并预防病害流行、传染提供可靠数据。该设备主要由孢子捕捉装置、孢子承载装置、图像采集装置、网络传输模块、电源与防雷系统组成。该设备利用现代光电数控技术，实现远程自动捕捉各种花粉和孢子信息，自动更换载玻片，自动拍照，图片数据自动上传，自动运行等功能。可根据需要实时对环境气象和孢子病害情況上传到指定网络平台，专业分析人员可在平台对每个时间段内收集到的孢子进行手工分类与计数，形成孢子测报数据库，供专家远程对病害的发生与发展进行分析和预测，为现代农业提供服务，满足病情预测预报及标本采集的需要，及时防治病害发生。
7、害虫远程实时检测器
害虫远程实时监测器是新一代害虫自动监测系统，系统主要运用电子机械技术、无线传输技术、物联网技术、生物信息素技术，构建出一套害虫监测及预警系统。该系统集害虫诱捕和计数、环境信息采集、数据传输、数据分析于一体，实现了害虫的定向诱集、分类统计、实时报传、远程检测、虫害预警的自动化、智能化。具有性能稳定、操作简便、设置灵活等特点，可广泛应用于农业害虫、林业害虫、仓储害虫等监测领域。
8、杀虫灯
杀虫灯是利用害虫趋光性进行诱杀的一种物理防治方法。物联网杀虫灯是在传统杀虫灯的基础上，添加无线通讯模块，将杀虫灯的运行状态和采集的数据实时上报到云端。用户通过网页，足不出户便可远程查看杀虫灯的工作状态和其他保护状态，如雨控保护、倾倒保护，湿温度等。极大的降低农业种植在人力物力上的投入成本。
五、软件平台
农业“四情”监测预警系统软件平台是通过无线传感器、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术基础，将气候、墒情传感器、苗情灾情摄像机、虫情测报灯、网络数字摄像机、作物生理生态监测仪，以及田间气象多要素自动监测系统、土壤墒情自动监测系统、田间苗情灾情一体化自动监测系统、田间虫情自动监测系统、专家诊断系统等各子系统进行组合组成。各级用户通过PC与移动端可以访问数据与系统管理功能，对每个监测点的病虫状况、作物生长情况、灾害情况、空气温度、空气湿度、露点、土壤温度、光照强度等各种作物生长过程中重要的参数进行实时，监测、管理。系统联合作物管理知识、作物图库、灾害指标等模块，对作物实时远程监测与诊断，提供智能化、自动化管理决策，是农业技术人员管理农业生产的“千里眼”和“听诊器”。
六、案例展示
