宜昌市农业局智能水肥喷灌物联网系统 传感器选型与部署方案

为构建高效、精准、可持续发展的现代农业灌溉体系，宜昌市农业局拟引入智能水肥喷灌物联网系统。该系统的核心感知层由一系列高精度、高可靠性的传感器构成，它们如同系统的“眼睛”和“皮肤”，实时采集农田环境数据，是实现智能化决策与控制的基础。以下为本系统传感器部分的详细方案。

一、 核心传感器选型

1. 土壤信息传感器组：

• 土壤温湿度传感器：采用高精度、耐腐蚀的探针式或频域反射（FDR）原理传感器，分层（如0-20cm，20-40cm）埋设，实时监测作物根系活动层的土壤水分与温度动态，为灌溉启动与停止提供直接依据。

• 土壤电导率（EC）传感器：与湿度传感器同点或邻近部署，用于监测土壤中的盐分与养分离子浓度，结合施肥策略，防止次生盐渍化并指导精准施肥。

• 土壤pH值传感器：周期性监测土壤酸碱度，为宜昌地区特色作物（如柑橘、茶叶）的土壤改良与肥料配比提供数据支持。

1. 气象与环境传感器组：

• 小型气象站：集成空气温湿度、风速风向、光照强度/辐射、降雨量传感器。安装于田间开阔地带，监测蒸发蒸腾量（ET0），为计算作物需水量提供关键气象参数。

• 叶面湿度传感器：监测叶片表面的水膜状态，用于预警病害发生条件及判断喷灌后叶面水分残留。

1. 作物本体传感器：

• 茎秆微变化传感器：无损夹持在作物主茎上，监测茎秆直径的微小日变化，直接反映作物水分胁迫状况，是实现“按需灌溉”的最精准指标之一。

• 多光谱/高光谱传感器（可选无人机或固定点搭载）：周期性获取作物冠层的反射光谱，反演叶面积指数（LAI）、叶绿素含量、氮素状况等长势与营养信息，指导变量施肥。

1. 系统状态监测传感器：

• 管道压力与流量传感器：安装在主管道、支管道入口，监测灌溉系统的工作压力与实时流量，用于诊断管道泄漏、堵塞及水泵运行状态，保障系统安全。

• 液位传感器：部署于肥液罐、储水池中，监测水肥存量。

• 水质传感器：监测水源的pH、EC、浊度等，确保灌溉水质符合要求。

二、 传感器网络部署策略

1. 网格化布点与代表点布点相结合：针对大面积平整田块，采用网格化布点，确保数据空间代表性；针对宜昌丘陵山地特色果园、茶园，根据地势、土壤类型、作物品种划分管理分区，在每个分区内选择有代表性的点位进行重点监测。
2. 分层感知：土壤传感器实施垂直分层监测，气象站立于冠层之上，作物传感器作用于冠层及茎秆，形成从地下到空中的立体感知网络。
3. 异构网络融合：低功耗、固定位置的土壤传感器采用LoRa等远距离、低功耗无线协议组网；高速率、移动式的无人机图像采集采用4G/5G回传；最终数据汇聚至田间边缘计算网关或直接上传至云端物联网平台。

三、 数据融合与应用

所有传感器数据通过物联网平台进行时间同步、空间插值与融合分析。平台内置作物需水模型、养分平衡模型，结合实时传感器数据与短期气象预报，动态生成并优化每日、每周的灌溉施肥处方图，自动控制田间电磁阀与变频施肥泵，实现：

• 定时定量：在作物需水关键期，按设定阈值自动灌溉。
• 变量作业：根据不同分区或植株的传感器反馈，调节不同末端的灌溉量与肥液浓度。
• 预警预报：对干旱、霜冻、渍涝、潜在病害等风险进行早期预警。

四、 实施与运维保障

1. 防雷击、防腐蚀设计：所有户外传感器及节点具备防护等级（IP68以上），并做好防雷接地。
2. 定期校准与维护：制定传感器标定与田间维护计划，特别是pH、EC等易漂移的传感器，确保数据长期可靠性。
3. 本地化培训：为农业局技术人员及合作社人员提供传感器原理、日常维护、数据解读的专项培训。

本传感器方案旨在为宜昌市智能水肥一体化系统打造坚实的数据基石，通过全方位、多维度的感知，助力宜昌农业实现节水增效、提质增产与生态友好的高质量发展目标。