一、方案背景

 

灌区是粮食生产与农业水资源调配的核心载体，墒情（土壤含水量）的时空分布直接影响作物生长、灌溉决策与水资源利用效率。传统灌区管理多依赖人工巡测与经验判断，测点稀疏、时效性差，难以反映灌区内部墒情的动态变化，尤其在干旱胁迫、季节性缺水及极端气候条件下，灌溉调度缺乏精准数据支撑，易造成水资源浪费或作物减产。

 

为此，某灌区管理部门计划建设一套墒情智能监测系统，实现对灌区关键节点土壤水分、温度及气象要素的自动采集、远程传输与智能预警，为灌区精细化管理与节水灌溉提供决策依据。对此，物通博联（WideIOT）提供低功耗、广覆盖、易部署的LoRa物联网解决方案。

 

二、前期调研

 

经过灌区现场踏勘与需求分析，系统需接入的监测设备及数据类别如下：

 

1、多层土壤墒情传感器：监测10cm、20cm、40cm深度土壤体积含水率及温度（RS485，Modbus RTU协议）。

 

2、田间气象站：包含降雨量、空气温湿度、风速风向、太阳辐射等参数（RS485，Modbus RTU协议）。

 

3、设备状态监测：太阳能供电系统电压、电池电量、设备在线/离线状态。

 

三、系统架构及选型

 

1、感知层

在灌区各监测站点部署多层土壤墒情传感器、小型气象站。传感器通信接口以RS485为主，协议统一为Modbus RTU，实现土壤墒情、气象信息的实时感知。

 

2、传输层

采用物通博联 WD140 LoRa采集终端作为田间站点数据汇聚节点，支持多路RS485传感器接入，通过LoRa无线网络与WG593工业智能网关进行组网。WG593通过4G网络，采用MQTT协议JSON报文将数据上报至灌区管理云端平台。

 

·支持LoRa组网+4G上网的物联网架构，覆盖半径可达12公里（视现场条件）。

 

·具备4G、WiFi、有线以太网等多重上网方式，适应灌区偏远环境。

 

·支持MQTT、TCP、HTTP等上行协议，便于对接多类云平台。

 

·内置边缘计算能力，支持数据滤波、越限判断、累计量计算等预处理。

 

·支持断点续传、本地数据缓存、远程配置与固件升级。

 

·低功耗设计，适配太阳能板+蓄电池供电，满足野外无市电场景。

 

·IP30防护等级，适应灌区高温、高湿、风沙等恶劣环境。

 

3、平台层

 

灌区墒情云平台接收WG593上报的MQTT数据，解析后存入MySQL数据库，并提供以下功能模块：GIS地图展示（按站点显示实时墒情与设备状态）、实时监测大屏、墒情时空变化曲线、灌溉预报与预警、闸门远程控制、历史数据查询与报表导出、移动端小程序访问。平台支持多级用户权限管理，可服务于灌区管理局、用水户协会及科研单位。

 

四、实现功能

 

1、多深度墒情实时监测

 

对灌区各监测点土壤含水率及温度进行自动化采集，生成等值线图与剖面变化图，直观反映土壤水分垂直分布与动态迁移规律。

 

2、气象与水文要素同步观测

 

集成田间气象站数据，综合评估蒸散发量、有效降雨量及灌溉引水量，为墒情趋势预判提供多源数据支撑。

 

3、低功耗LoRa广域组网，降低建设成本

 

LoRa无线通信无需铺设光缆或信号线，适用于灌区测点分散、面积广阔的场景，单网关可覆盖数十个监测站点，大幅降低施工难度与长期运维成本。

 

4、智能墒情预警与灌溉建议

 

针对土壤含水率低于作物萎蔫系数、持续干旱或暴雨渍涝等风险，设定多级告警策略，通过微信、短信、微信推送至管理人员。同时结合作物需水模型，提供灌溉启动建议与建议灌水量。

 

5、墒情日报与用水效率分析

 

系统自动生成逐日墒情简报、灌区用水量统计表、灌溉水利用系数等报表，支持按灌区、按作物类型、按时间段导出，为水权分配、水费计收和节水考核提供数据依据。

 

6、数据共享与上级平台对接

 

平台提供标准化RESTful API及MQTT转发能力，可将墒情、气象、用水量等数据推送至省级水资源监管平台、农业大数据中心或科研机构，助力灌区数字化管理与智慧水利建设。