智能水肥一体化系统应用：合肥润绿灌溉有限公司案例
合肥润绿灌溉有限公司是一家从事水肥一体化系统和智能温室大棚服务的企业，由返乡创业大学生潘中于2008年创立，从代理国外产品到发展独立品牌，公司将智能水肥一体化系统应用于江淮大地。
随着安徽省节水灌溉在设施农业上的应用，越来越多农户将滴灌与施肥、施药相结合。然而，在实际操作过程中，农户常常面临农药浓度不均匀以及不同地块施肥效果差异较大的问题。与此同时，农户需每日亲自前往田间检查土壤湿度并手动操作水阀，耗时耗力。针对上述痛点，合肥润绿灌溉有限公司提出“科技让农业更轻松”的理念，大力发展农业物联网，对传统农业进行改造。
2015 年，公司成立技术研发部门，投入 200 余万元用于硬件设备和软件控制系统的开发。2019 年，通过与农业物联网头部企业合作，研发出润绿智农物联网系统，让农户足不出户便可轻松从事农事操作。
为展示智能水肥一体化设备的应用效果，公司于 2017 年在长丰县岗集镇流转600 亩土地打造丰阳农场，从事薄壳山核桃的种植。如今，该农场已建成高标准的水肥一体化系统、气象监测系统、智慧温室系统和物联网决策平台，彻底解决园区大田种植作物施肥作业、灌溉作业对人工的依赖，8000平方的温室施肥灌溉、通风、补光、遮阴、打药全部实现可看、可测、可控的智能化操作。
一、润绿智农物联网总体技术方案
以物联网技术为核心，构建智能水肥一体化的总体方案，通过这一集成化系统实现农业生产的精准管理和高效运营。该方案包括感知层、传输层、处理层和应用层四个核心部分。感知层通过在农田中部署多种传感器，实时采集关键生产环境数据，包括土壤水分和氮、磷、钾等养分浓度等信息。传输层利用先进的网络通信技术，将感知层收集的数据高效、稳定地传输到处理层。处理层结合云计算与大数据技术，对数据进行深入分析和处理，考虑农作物的生长阶段、品种特性及历史数据等因素，生成精准的决策建议。应用层根据处理层的决策建议，利用人工智能技术自动调控灌溉与施肥设备，实现对农业生产过程的智能化控制。润绿智农物联网系统的技术体系，整体系统框架见图1。
图1 润绿智农物联网系统框架
二、润绿智农的“慧眼”：多维度感知体系
为了解山核桃生长环境，公司在丰阳农场内部署了多种传感器，形成全方位、多维度的监测体系。这些传感器能够实时监测山核桃的生长环境，包括土壤温湿度、光照强度、空气温湿度、土壤养分含量等关键参数，为后续决策提供数据支撑（图2）。
1.土壤墒情检测传感器
土壤墒情检测传感器主要用于监测土壤湿度、土壤温度、PH值及氮磷钾养分含量等参数，并上报服务器。例如,当传感器检测出山核桃的土壤湿度低于或高于预设阈值时，系统会自动触发灌溉设备，实现精准灌溉；同样，当传感器检测到土壤中的某种养分不足时，系统会从水肥一体化泵房系统出抽取所需养分，确保作物生长所需的肥料供应。
2.气象墒情检测传感器
气象墒情检测传感器主要用于监测农田环境中的气象参数，包括二氧化碳浓度、空气温度、空气湿度、光照强度、风速、风向、降雨量等。例如在干旱季节，通过气象墒情检测传感器可及时发现空气湿度的变化，进而调整灌溉策略以缓解干旱对山核桃生长的影响。
3.植保防控传感器
植保防控系统结合了传感器和无人机技术，无人机搭载高分辨率相机和光谱仪等传感器设备，对农田进行定期巡航监测。通过光谱分析技术，系统能够及时发现农田中的病虫害问题。例如，当无人机飞行过程中捕捉到某地块的光谱反应异常，说明该地块山核桃可能长势不佳，系统会根据光谱数据和分析结果，判断是施肥不足、供水问题、种子质量还是病虫害等问题导致并进行提示。
三、润绿智农的“神经”：数据实时传输
传输层是负责将感知层采集的数据传输到处理层进行分析和处理。在丰阳农场，合肥润绿灌溉有限公司采用4G/5G传输、LoRa等无线传输技术，克服农村存在的无网无电问题，为农田设备的远程控制和数据传输提供了便捷、高效的解决方案。
1.4G/5G传输
4G/5G传输具有速度快、低延迟等优点，适用于需要快速数据传输和即时响应的场合，如实时视频监控和大数据量传输等。丰阳农场传感器收集的数据可以通过4G/5G网络迅速传输到中央处理系统，从而实现远程管理和实时监控。
2.LoRa传输
LoRa传输具有低功耗、广覆盖等优点，且传输不依赖移动通信网络，通过自己的无线通信协议实现数据传输。因此，如果农场有时无网无电，则由LoRa传输到附近的基站，再由基站传输到中央处理系统。
四、润绿智农的“大脑”：数据驱动的智能决策
处理层是物联网技术的核心，它负责对传输层传输的数据进行分析、处理和存储。润绿智农系统基于云计算和大数据技术，能够实现对海量数据的快速处理和分析，为农场的精准管理提供决策支持。以薄壳山核桃项目为例（图3），系统根据水稻土壤PH传感器、土壤EC传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤养分情况等数据，结合气象监测系统和作物生长周期，预测山核桃的灌溉与施肥需求，制定科学的水肥管理计划。
五、润绿智农的“智能之手”：精细化作业与管理
应用层作为物联网结构体系的最高层，将处理分析后的农业生产数据应用于实际农业生产活动中。润绿智农物联网系统作为综合性的管理系统，融合了水肥一体化系统、智能灌溉系统、智能温室系统等多个模块。
1.智能水肥一体化系统
水肥一体化系统通过实时监测土壤养分含量以及不同农作物在各生长阶段的特定施肥需求，能够自动且精确地调控施肥设备的运行与施肥量，实现精准施肥。在丰阳农场，通过智能水肥一体化控制柜的操作面板，控制水泵恒压供水和施肥设备完成施肥，同时具备远程通信功能，允许用户在润绿智农网页端或手机应用软件端进行同步操作。借助这一系统，丰阳农场开展智能化、精准化供水供肥，相较传统生产方式节约用水40%以上，节约肥料30%以上。
2.智能灌溉系统
根据传感器和气象监测数据，智能灌溉系统能够自动调整灌溉量和灌溉时间，实现了精准灌溉和节水灌溉。系统还能够根据作物的生长周期和需水量，制定科学的灌溉计划，避免了水资源的浪费。
此外，合肥润绿灌溉有限公司公司与安徽农业大学工学院合作，对智慧灌溉系统的硬件设施进行升级。传统智慧灌溉系统硬件安装麻烦，需要现场搭建泵房。公司将各种设备集成，打造智能灌溉“撬装设备”。该设备可在工厂中进行标准化生产，且移动方便，还能解决农作物种植前期和种植过程中临时供水和排水问题，实现一物多用。
3.智能温室系统
智能温室系统通过实时监测温室内的环境参数和作物生长状态，自动调整温室内的环境条件，为作物提供最佳的生长环境。通过控制温室的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等参数，实现温室的智能化管理（图4）。
如今，合肥润绿灌溉有限公司已为超过一百家农业生产公司提供农业物联网服务，服务范围覆盖安徽、浙江、江苏、江西、湖北等省，年产值达一千万元。公司计划进一步完善园区基础设施建设和农业生产展示设施配套，打造集教育、科普、生活、农旅为一体的大型数字农业科普示范综合体。
合肥润绿灌溉有限公司负责人潘中（联系方式：13305518783）
撰稿人：华中农业大学经济管理学院 卢雨晴 施丹