スマート農業のトータルソリューション：知覚から意思決定までのプロセス全体のアップグレード

I.プログラムの概要

伝統的な農業は長い間、“天で食べ、経験に基づいて管理する”モデルに制約されており、水と肥料の利用率が低く、人件費が高く、収量と品質の変動が大きいなどの大きな問題点に直面しています。このプログラムは、“リアルタイムセンシング-エッジ意思決定-正確な実行-データ沈殿”をコアラインとし、マルチパラメータセンサー、インテリジェント制御キャビネット、クラウドコラボレーションプラットフォーム、携帯電話アプリの科学的な配置を通じて、温室、温室、オープンエア基地などの多次元農業シナリオを完全にカバーし、デジタル監視、低人員運用、標準化生産を実現するのに役立ちます。システムは、4 G/5 G、Wi-Fi、イーサネット、LoRaハイブリッドネットワーキングモードをサポートし、クラウドを介して集中制御を達成することができ、ローカルオフネットワーク状態で独立して実行することができ、真に“切断ネットワークの継続的な制御”を達成し、農業生産の継続的な安定性を保証します。

II.システムアーキテクチャ

1. Perceptionレイヤ

農業生産の“神経末端”として、センシング層は環境、土壌、水、設備の4つの重要なデータを包括的に収集します。

• 環境モニタリング：空気温度、湿度、照度、CO CO2濃度、気圧、紫外線、PM 10などのパラメータをリアルタイムでキャプチャします。
• 土壌モニタリング：土壌温度、体積含水率、EC値（導電率）、PH値の深さをカバーし、必要に応じて窒素、リン、カリウム検出プローブをインストールすることができます。
• 水のモニタリング水耕栽培、魚と野菜の共生シナリオのために、水位、溶存酸素、濁度、pH、EC値を監視します。
• 機器の監視：ポンプ電流、ファン速度、シャッター開口、ソレノイドバルブ開閉状態をリアルタイムで把握します。

すべてのセンサーは3 秒の高速リフレッシュデータをサポートし、1分で自動的にデータベースに保存し、デフォルトのキャッシュサイクルは3 yearで、データは直接Excelフォーマットにエクスポートでき、後続の分析に便利である。

2.トランスポート層

トランスポート層は、“階層適応、暗号化保証”戦略を採用しています。フィールドは、トラフィックコストを削減するためにイーサネット/ Wi-Fiを優先的に使用してデータを送信します。無有線ネットワークカバレッジエリアは、自動的に4 G/5 Gに切り替えます。遠隔地は、LoRaアドホックネットワークトランク、最大伝送距離を追加することができます。データパケットはMQTT+TLS暗号化プロトコルを使用して、ブレークポイントの継続をサポートし、転送中のデータの完全性とセキュリティを確保します。

3.エッジ理性レイヤーローカルコントロールキャビネット

ローカル制御キャビネットは、“フィールド頭脳”として、32絶縁入力、24リレー出力、8 4：20 mAアナログ出力を内蔵しており、ファン、ウェットカーテン、サイドウィンドウ、ローラーシャッター、ライト充填ランプ、ヒーター、ソレノイドバルブ、肥料ポンプなどの農業機器を直接駆動することができ、3つの自律モードをサポートしています。

• タイミングモード：正確にOperationをトリガーし、0.1 秒の遅延を設定して、精密な時間制御のニーズを満たすことができます。
• 条件付きモード：環境パラメータに基づいて自動的に動作を実行します。例えば、temperature≧ 40 ° Cのときにファンを開き、≦ 33 ° Cのときにファンを閉じる。湿度 > 60%、時間が06 00 12 00のときにトップウィンドウを開く。
• Scene Modeシングル複雑な農業シナリオに適した“最初に10分スプレー → 5分停止→ 10分スプレー”などのカスタムサイクルロジックをサポートします。

エッジスクリプトはオフグリッド状態で独立して実行でき、ネットワーク復旧後に自動的にデータをクラウドに同期し、意思決定を中断することなく行います。

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4.プラットフォームレイヤー

クラウドプラットフォームは、6つのコア機能を持つスマート農業の“中枢管理システム”です。

• リアルタイムモニタリング：ドラッグアンドドロップ構成画面をサポートし、GIFアニメーションを追加することができ、携帯電話は自動的に表示比率に適応し、マルチターミナルリアルタイム表示を実現します。
• データ曲線：1分でデータの粒度として曲線を生成し、スケーリング、重ね合わせ、比較操作をサポートし、ワンクリックでPDF形式の分析レポートを生成します。
• スマートアラーム。：パラメータの上限と下限、データの突然変異、オフライン機器、アクセス制御洪水などのアラームをカバーし、WeChat、SMS、APPのトリプルチャネルを通じてリマインダーをプッシュします。
• 地図の概要：地図に基づいてマルチ基地の分布を表示し、异なる色で基地の“//オフライン”をし、集団化管理に适応する;
• 権限の階層管理者- 基地長-派遣労働者の3レベルの権限を設定し、“1つのマシンの複数のアカウント”または“1つのアカウントの複数のマシン”をサポートし、データセキュリティと運用規範を確保します。
• プライベートデプロイメントフルサイズのAPIインターフェイスとDockerイメージを提供し、ユーザーはERP、金融、Eコマースシステムにプラットフォームを組み込み、データ相互接続を実現できます。

5.アプリケーション層

農業生産におけるさまざまな役割のために、アプリケーション層は精度のニーズを満たす差別化されたインターフェース設計を提供します。

• 労働者の端：“今日のタスク”リストと“ワンクリック実行”ボタンのみを表示し、Operationプロセスを最大限に簡素化し、使用のしきい値を下げます。
• 技術者エンド。：：パラメータ調整、データ曲線表示、農業記録のダウンロードをサポートし、専門家が技術分析と最適化を行うのに役立ちます。
• ボス·エンド収益分析、エネルギー消費ランキング、リスク警告データを大画面で表示し、経営意思決定のためのデータサポートを提供します。

3.コア機能の詳細

1.温室効果環境の規制

季節変化の法則に基づいて、システムは精密な制御戦略を設定します。春は夜間断熱と日中換気、temperatureと空気循環のバランスを確保します。夏は外の日よけ+ファンウェットカーテンの連動モードを起動し、小屋のtemperatureを外の世界よりも5 〜 7 ° C低くし、高温ストレスを軽減します。秋は階段を使用して灌漑量を減らし、作物の成長を避ける。冬はシャッターを介して時間分割ロールを行い、毎日の光の長さを8時間以上確保し、同時に小屋内の有害な蓄積ガスを排出します。すべてのポリシーは一度設定でき、システムは季節ごとに自動的に切り替わり、頻繁な手動調整は不要です。

2.水と水の統合

土壌EC値、含水率、作物の生育期間モデルに基づいて、水と肥料の正確な比率と灌漑を実現します。水、母液、酸 /アルカリ液をプリセットEC値、PH値に応じて動的に混合し、ホイール灌漑グループを単一の電磁弁に細かくminけることができ、“肥料後に水”（肥料後にパイプラインを洗浄する）または“肥料と水と水”の2つのモードをサポートします。この機能を適用すると、30%以上の節水、25%以上の肥料節約を実現し、水と肥料のコストを大幅に削減できます。

3.土壌水分の早期警戒

深さ20cmの土壌の体積含水率が20%（干ばつ閾値）未満または65%（洪水閾値）を超え続けると、システムは直ちに“干ばつ/洪水”警告をプッシュし、同時に推奨灌漑量を与えます。土壌EC値が1500μS/cmの場合、システムは“塩害リスク”を提示し、事前に作物への土壌問題の影響を回避するために希釈水プログラムを推奨します。

4.リモートビデオ監視

システムは、主流ブランドのネットワークカメラにアクセスでき、“アラームスナップ+ 15 秒のショートビデオ”の連動プッシュを実現します。例えば、ソレノイドバルブを5分開いてから、メインパイプの流量が増加しない場合、システムは自動的に現場の写真を撮影し、15 秒の短いビデオをプラットフォームにアップロードするため、スタッフはパイプラインの詰まりや爆発などの問題を迅速にトラブルシューティングできます。

5.データ資産の沈殿

プラットフォームはデフォルトで3年間の履歴データを保存し、Python/Rなどのデータ分析ツールをサポートしてビッグデータ分析を実施し、“temperature -収量”フィッティング曲線、“光-糖度”相関レポートなどを生成し、次の季節の作物品種選択、市場投入時期予測、植栽戦略最適化のための科学的意思決定基盤を提供し、農業生産の継続的な反復とアップグレードを実現します。

4.典型的なアプリケーションシナリオ

1.トマトグラス温室（10エーカー）

• 規制戦略の策定：日中温度 24 ℃ 〜 28℃、夜間16 ℃ 〜 20℃、CO CO2濃度800 〜 1000ppmを設定する。“日の出2時間前にCO CO2を補充+ 9時00分外日除け展開+ 11時00分ファンのウェットカーテン階段起動”の組み合わせ戦略を採用する。
• 効果の適用1穂あたりの平均果実重量は8%増加し、奇形率は35%減少し、1エーカー あたり年間1.5 人の労働力を節約します。

2.イチゴの家（30エーカー）

• 規制戦略の策定：夜間保温は22：00に降ろされ、06：30に収納される;小屋内の湿度 > 85%の時、自動的にトップウィンドウ+循環ファンを開く;肥料EC値は生育期に応じて調整される：苗期0.8→開花期 1.2→膨果期 1.6→収穫期 1.0 mS/cm;
• 効果の適用イチゴは10日早く発売され、すべての果物は4200 元増加した。

3.柑橘類オープンベース（200エーカー）

• 規制戦略の策定：：50メートルグリッドに土壌水分センサーを配置し、気象観測所の蒸発データと組み合わせて“ゾーニング点滴灌漑”を実現します。
• 効果の適用2022 yearの高温と干ばつの間、周辺の果樹園と比較して水やりが38%減少し、単一果実の重量は依然として6 g増加し、糖酸比は5%増加した。

V.実施のステップ

1. サイト·サーベイ：：専門チームが土地の水源、電力、ネットワークカバレッジ、土壌条件を評価し、フォローアッププログラムの基礎を築きます。
2. センサーが少ない。：：“フィールド”またはグリッド方式でセンサーを配置し、モニタリングデータが空間的に表現され、栽培エリア全体をカバーすることを保証します。
3. 制御盤の設置：制御キャビネットは、防雨傘の内壁に設置され、地面から≥30 cm、同時に雷接地装置を予約し、機器の安全性を確保します。
4. プラットフォーム構成：プロットCAD 平面図をインポートし、アイコンをドラッグアンドドロップしてビジュアル構成をすばやく完了し、プラットフォームとフィールド機器の連携を2時間以内に実現します。
5. ポリシーデバッグ：サブモジュールテスト“センサ→エッジ意思決定層→アクチュエータ”クローズドループロジック、漏れ動作、誤動作がないことを確認し、システムの安定動作を保証します。
6. トレーニングの提供：：携帯電話、コンピュータのデュアルエンドOperationマニュアルを提供し、現場トレーニングを実施し、WeChatグループを設立して7時間365日の質疑応答サービスを提供します。
7. 修理訪問の手配四半期ごとにリモート検査を実施し、yearに1回センサをオンサイトで校正し、データ精度を± 3%以内に制御します。

利益の計算（トマト10エーカーを例にとる）

• ハードウェアの1回限りの投入約32，000ドル（3年間の支出を含む）。
• 年間コスト削減：人件費1.5 人 ×4 万元 / 人 = 6 万元を節約し、節水30%、肥料節約25%は1.1 万元に相当し、年間総コスト7.1 万元を節約する;
• 年間利益の増加：生産高は8%向上し、ムー あたり12トン、平均価格は6 元 /キログラムで計算すると、ムー あたり12×1000×6× 8%=5760 元、10ムーの合計で5.76 万元（約5.8 万元）の増加が得られる;
• ROI（投資収益率）：静的回収≈3.2 万元 ÷（7.1 万元 + 5.8 万元）×12 ヶ月≈4 ヶ月、后続の毎年纯収益（コスト+増収）>10 万元。

VII.よくあるご質問

Q：栽培中に突然停電した場合、システムはStopしますか？

A：ありません制御盤は標準5 Ah UPS電源、電源オフ後2時間の通常の動作を維持することができます。寿命を延長する必要がある場合は、追加のオプション10 Ahリチウム電池、寿命を8時間に延長することができ、重要な農業操作が中断されないようにします。

Q：長期使用後、センサデータがドリフトしますが、校正方法は？

A：温度湿度センサは標準表に対して校正することができ、PH/ECセンサは標準緩衝液を使用して校正され、yearに1回校正を推奨します。プラットフォームは自動的に校正曲線を記録し、データ偏差が± 5%の場合、校正リマインダーをトリガーして監視精度を確保します。

Q：自動灌漑システムでは、水資源の無駄が“滴り落ちる”ことはありますか？

A：ありませんシステムは、流量計のクローズドループ監視をサポートし、実際の灌漑流量が目標流量から10%偏差すると、アラームをトリガーし、自動的にバルブを閉じ、効果的に夜間の爆発、パイプラインの閉塞などの問題によって引き起こされる水資源の無駄を防止します。

VIII.おわりに

デジタル化はスマート農業の究極の目標ではなく、質の高い農業開発を実現するための中核的な手段です。本方案は、“感知 -意思決定-実行-最適化”の完全な閉ループを構築することによって、分散した環境パラメータ、作物生理特徴、農学経験を計算可能、再利用可能、反復可能なデジタルモデルに変換し、伝統農業の“天に頼る”受動的な状況を徹底的に変え、四季の均衡生産、作物品質の制御可能、栽培収益の計算可能な目標を実現する。

将来的には、技術の継続的な反復により、ユーザーは携帯電話で“ワンクリックで確認”するだけで、複雑な農業管理をシステムに引き渡すことができ、農業をよりシンプルで、よりまともで、より持続可能なものにすることができます。これはスマート農業のコアバリューです。