基于物联网的智慧玉米田间管理系统构建与应用

引言

智慧玉米田间管理系统以物联网为技术核心，整合传感、通信、数据处理及自动控制，发挥环境监测、精准灌溉施肥、病虫害预警等功能。文章系统分析该系统构建思路及重要模块，分析试验运用中效果。

一、部署设计传感器网络

为精准覆盖玉米田环境，全田中建立密集传感网络，捕捉土壤含水量、地温、气温与光照强度等参数。首先划分地块网格，基于土壤类型、排水条件设定监测区域，在格点中心安装传感器节点。本着补足盲区与资源优化原则，节点中配备土壤湿度计、地温传感器、气温仪与光照度计，所有节点利用无线链路连接到田间主网关。网络以低功耗通信协议运行，传感器节点配电采用太阳能供电、锂电池储能方式，确保夜间与阴雨天数据不断流采集[1]。

网络建成后进行覆盖和性能测试，测评涵盖节点间链路丢包率、信号强度指标及传感器校准精度，把异常节点及时补点或优调位置，提升网络稳定性。整个采集系统配置采样周期，按照作物不同生育期自动调节采样间隔。例如，拔节期采样频率设定每 15 分钟一次，而营养生长期自动调到每30 分钟一次，保障数据实时性，节省传输能耗。

所有采集数据利用无线传输到网关，系统自动整合经纬度与时间标记环境数据集。监测系统在农田全境给出环境地图级别参数分布，便于技术员分析玉米作物对环境变化响应规律。后续运行中，传感节点维护针对电池电压与数据截线率展开检测，把维护成本降到最低，构成简易可复制管理机制。

二、无线通信与网关网络

为保障田间监测顺畅进行，通信层保持畅通无阻。系统中应用低功耗、广域通信技术，传感器节点与田间网关间利用公开频段进行通信，形成自动信号重试机制，避免数据传输丢失。田间中心地带选择网关，保持架设高度，减少遮挡诱发的信号衰减。引入天线增益匹配，提高信号覆盖率，保证地形起伏时节点联通度不受干扰。

网关中构建本地缓存机制，实时接收节点数据后先存储于本地，再利用 4G 或 5G 网络通道上传给云平台。若网络不通，把数据保留 15 天，网络恢复后自动补传。网关囊括摄像头接口，定期检测设备运行情况，如供电、电压异常或传感器数据长时间无变化，系统自动触发警报，并以短信或应用推送给管理人员提醒现场检修。

为维护整个通信系统稳定性，团队定期巡检，检查信号死角，增设代替节点。每季度对整个网络测速测压，用无线电测量仪器匹配网络参数，并对位置偏差较大节点加以调整，便于整个通信系统维持在高效、稳定状态[2]。

三、云平台数据分析及决策执行

云端集中处理所有环境数据，系统采取专门算法对数据预处理，涉及去除异常值、对缺失值插补及噪声滤波。通过历史气象和产量资料训练回归模型，为监测周期进行水分蒸发估算、蒸腾速率预判及作物需水量预测。同时，结合光照、温度、湿度三项变量设定舒适区阈值，当某项参数偏离阈值后触发预案。

数据模型中生成用水、用肥量建议，并在监控界面展示，以列表和图表形式查看发展趋势。种植人员设置阈值预警，参数偏高或过低时，系统自动生成消息提醒，推荐调整方案。后台算法中分析作物生长阶段的光照需求，给出分阶段施肥建议。所有建议均导出报表，手工调整或保存成模板供后续应用。分析光照强度与持续时间对玉米光合效率与养分吸收的影响，结合实测数据动态生成施肥建议。系统将建议以报表形式导出，用户可根据实际经验进行手动修订，也可将优化后的参数保存为模板，便于后期批量调用与快速决策。

后台平台支持报表自动生成，涵盖每日逐时图数据、全生长周期统计、异常事件汇总。管理人员按照报表精准掌握田间环境态势，对未达目标变量加以调整，定期评估模型效果，给下一季节部署做出决策依据[3]。

四、自动化现场执行系统

现场自动化控制系统由电动水泵、阀门控制器和施肥泵组成，接收云端指令自动进行灌溉和施肥。启动时水泵开启预设阀门组合，根据系统建议控制水流，并按照施肥泵合理输送液体肥料。控制器设置执行动作后，自动上传执行记录 [4]。系统定时自检设备状态，如阀门未响应、水泵启动失败或流量偏离设定值，现场装置自动关闭操作，并给后台推送故障报告。设备结构拥有防水及防尘能力，并采用抗 UV 材料保护电路板，便于玉米田高温曝晒环境内安全运行。为防止长时间无人巡检出现系统故障，控制面板提供一键手动操作开关，人工介入维护或紧急操作。控制器外围设置简洁显示屏，展示状态信息，如电压、水压、流量值等，方便现场人员快速判断设备运转情况 [5]。

系统采取闭环控制机制，做到精准灌溉，节省水资源与化肥消耗。监控和自动执行深度融合，让种植人员把精力集中于农业策略调整，而非日常监督。

结语：

综上所述，本文介绍了智慧玉米田间管理系统集成传感监测、通信保障、数据分析与自动控制的模块，并在试验田内运行验证。系统实现全天候环境监测、水肥精准应用与现场控制反馈循环，优化农业管理效率，提升资源利用率与玉米产量。后续针对系统成本展开深度核算，评估经济可行性，拓展适用于其他作物环境，为智能农业做出可推广示范。

参考文献：

[1] 王立华 ; 王升喜 ; 周平 . 玉米免耕播种机智能化技术探讨 [J]. 农机使用与维修 ，2023，No.318（02）.

[2] 李学敏 . 智能化背景下提高玉米高产栽培的技术要点 [J]. 农业工程技术 ，2023，v.43;No.869（05）.

[3] 贾秋霜 ; 倪国庆 ; 褚言军 . 突破农艺限制实现玉米智能化收获思路和技术途径 [J]. 农业机械 ，2023，No.901（01）.

[4] 王伟 ; 邓中耀 . 筑牢粮食安全“压舱石”——天津农机化技术试验服务中心开展大豆—玉米带状复合种植技术服务 [J]. 天津农林科技 ，2024，No.300（04）.

[5] 李景飞; 史继科; 高红旗. 大豆玉米带状复合种植农机农艺技术[J].山东农机化 ，2024，No.362（03）.