本系统以物联网、云计算及大数据技术为支撑，构建了覆盖气象、水文、土壤及作物生长状态的多维度综合监测网络。系统架构分为四层：

- 数据采集层：通过传感器网络实时获取环境与作物数据；

- 传输层：采用多网络协议确保数据稳定传输；

- 平台层：依托云平台完成数据处理与智能分析；

- 应用层：面向用户需求提供可视化管理与决策支持。

其中，水质监测作为核心模块，贯穿灌溉用水安全评估、水体生态健康维护及农产品质量追溯全链条，对提升农业生产效率与可持续发展具有关键作用。

（一）监测参数与标准规范

系统严格遵循《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2021）及《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），设定以下核心监测指标：

（二）硬件部署与数据采集

1. 传感器网络布局

- 多参数探头：在主灌溉渠入口及田间支渠节点部署，同步采集pH、EC、DO等参数；

- 浊度监测：采用光学反射式浊度仪，动态监测悬浮颗粒物含量；

- 重金属检测：集成电化学传感器，实现铅、汞等重金属的高灵敏度检测。

2. 数据传输机制

- 双通道通信：通过GPRS/4G无线网络与有线RJ45接口双重传输，保障数据可靠性；

- 断点续传技术：在网络中断后自动恢复数据流，确保监测连续性；

- 边缘计算：本地预处理数据以降低云端传输压力。

（三）智能决策支持系统

基于环境监控云平台，实现以下功能：

- 实时预警：当pH值超出6.5~8.0或DO低于4mg/L时，触发多级报警（短信/APP推送/声光警示）；

- 风险预测：利用时间序列分析模型，预判TN/TP超标趋势及重金属累积风险；

- 联动控制：超标时自动关闭灌溉阀门，并生成处置建议（如水源切换、应急净化措施）；

- 数据可视化：通过GIS地图与动态图表呈现水质时空分布，辅助决策者快速定位问题区域。

（一）环境感知网络

- 气象监测：分布式气象站每5分钟更新温湿度、光照强度、降雨量等数据，为灌溉计划提供气象依据；

- 生态评估：负氧离子传感器与噪声监测设备协同，量化农田周边生态环境质量。

（二）精准农艺调控

- 智能水肥管理：根据土壤墒情监测站数据，水肥一体机按需调控灌溉量与肥料配比，节水率提升35%；

- 远程控制：通过物联网平台实现电磁阀、水泵的定时/定点远程操控，降低人工成本。

（三）病虫害智能防控

- 自动化监测：虫情测报仪结合图像识别技术，24小时捕捉害虫种类与密度；

- 孢子预警：孢子捕捉分析仪自动采集病原微生物，提前72小时预警流行病风险；

- 信息推送：LED屏实时显示预警信息，农户可通过移动端获取防治方案。

1. 多源数据融合

整合气象、水文、土壤等异构数据，构建农田数字孪生模型，实现虚拟环境与实体农田的动态映射。

2. 绿色低碳设计

- 太阳能供电系统：光伏板为边缘设备供电，年均减少碳排放12吨；

- 低功耗架构：传感器采用休眠模式，能耗降低40%。

3. 全链条质量追溯

- **区块链存证**：水质、土壤、用药等数据上链，确保不可篡改；

- 溯源二维码：消费者扫码可查看农产品全生命周期环境参数，溢价提升15%~20%。

4. 经济效益与生态效益

- 节水30%、节肥25%，亩均成本降低200元；

- 通过优化灌溉减少面源污染，水体生态健康指数提升18%。

本系统以水质监测为核心，通过多子系统协同，实现了农业生产的精准化（数据驱动决策）、智能化（AI预警与自动控制）、生态化（资源节约与污染防控）三位一体。未来将从以下方向深化：

- AI深度应用：引入机器学习算法优化水质预测模型；

- 碳足迹追踪：结合物联网数据核算农田碳排放，助力农业碳中和；

- 多模态交互：开发AR/VR界面，增强农户操作体验。

通过持续技术迭代，本系统将为智慧农业高质量发展提供可复制的解决方案。