AI边缘解决方案-37-智慧农业灌溉系统边缘方案

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作者：微信文章
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以ChatGPT发布带来的AI风头，已经持续了快两年了，我们欣喜看到很多AI新应用问世，但是跟我们预期的AI将改变一切替代掉很多工作的局面不同的是，通用的AI大模型这一局似乎并没有我们想象中的那么剧烈。

与很多人都将注意力关注在云端，大模型，通用应用不同的是，在边缘小型AI智能应用上这几年也进展迅速。最终的应用和落地在都在本地，实时上在本地上出来一些简单的操作和响应，并和云端计算结合一直是边缘计算关注的问题，这几年随着通用语言大模型不断成熟，结合本地的边缘计算节点就可以创作更多智能应用出来。

本系列文章将介绍和分析100个AI边缘智能解决方案，它可能仅仅是一台AI边缘计算器加上几个传感器，也可能是稍微复杂增加了云端传输和展示的功能。今天我们继续介绍智慧农业系统智慧灌溉系统边缘处理方案。有任何不明白的朋友们可以放开本专辑上两篇文章。

01.系统的组成部分-主机部分

这里主机部分需要配置的高性能的CPU边缘计算盒子即可，这样的盒子很多，即使后期有部分需要AI判断分析的能力，那么AI分析和检测其实通过用CPU也可以实现。推荐采用Intel 酷睿I5以上的CPU配置，主机要支持解码的高清节目数量至少要具备1-2路。同时还要支持解码后摄像头画面的分析，展示和监控，以及相应的土壤传感器和空气传感器的采集和展示。

这里支持的摄像头路数也可以增加，做到农田灌溉系统的无死角的覆盖，但是这就需要投入成本比较大，而且管理起来也比较麻烦。我们这里的设计初衷还是边缘计算方案，本身边缘计算节点的视频处理能力有限，因此我们建议部署少量的移动式带有云台遥控功能的摄像头，如果觉得某部分地块的灌溉有问题，可以将整套系统搬过去。



再来说说一下内部的系统配置，边缘计算网关的主机操作系统是Ubuntu的Linux，因为其部署简单，稳定性比较好，维护也很方便。

为了支持多路高清视频解码，我们安装了FFmpeg，它是用于处理音频、视频、字幕和相关元数据等多媒体内容的库和工具的集合,开源的编解码程序也比较多，我们可以直接到GitHub上找相关视频解码程序来用。也是最简单，当然用我们优化后的解码包会流畅。

为了直接可以在任意的Web页面浏览器上可以看到多路摄像头画面以多画面监控的页面，我们还配置了Nginx做Web Server和流媒体源端。将通过FFmpeg视频解码后的多画面监控直接送入到Nginx服务器上做视频的发布。

整个系统的架构采用B/S方式，将监控的画面和视频都可以嵌入到网页中，可以在客户管理的网页端实现对机房内摄像头的实时监控和画面分析的结果。

02.系统的组成部分-客户端控制页面

通过摄像头输出到边缘智能盒子的各种协议的视频信号，然后通过主机内配置的解码软件进行解压缩，输出AI分析模块，分析整个地块的所有灌溉系统是否正常，灌溉中是否有跑水现象到哪个。分析处理后的画面统一给Nginx服务器，通过Nginx内部的Web Service进行发布。



相比于之前的监控管理页面，我们本次方案的目标是将其制作成B/S架构，也就是在任意网页都可以打开监控和控制管理该系统。因此必须监控和操作的界面在统一的网页页面上显示，这样就可以实现对摄像头的操作控制和监控，也就是或能否通过边缘盒子实现对摄像头监控画面和系统的控制，摄像头输出视频的结果通过采集，解码，AI分析和推流到Web页面中。



上述界面是一个完全的Web页面，无需任何插件，也无需下载任何客户端软件，任何一个用户端通过验证登录后都可以看到该界面。但是同时只有验证机制确保只有一个用户可以登录控制该边缘计算盒子进行远程控制。

03.智慧农业智能灌溉系统边缘方案说明

智能灌溉系统，简而言之，是一种集成了精准灌溉和科学施肥的自动化管理系统。该系统通过先进的传感器技术实时监测土壤湿度、养分状况及环境参数，结合作物生长周期的特定需求，自动调节灌溉水量和施肥比例，实现水分和养分的精准供给，从而达到提高作物产量、提升品质、节约资源的多重目标。



智能灌溉系统是一种集成了现代科技手段的农业灌溉方式。它的主要目的是在满足农作物需水量的同时，尽可能地节约用水。简单来说，这套系统可以自动感知何时需要灌溉，以及灌溉多长时间，甚至可以自动开启和关闭灌溉系统。这样一来，土壤过干时会自动增加喷灌量，而土壤过湿时则会减少喷灌量。



智能灌溉系统系统分为现场智能感知平台、无线网络传输平台、数据管理平台、应用平台（监控中心及移动管理控制端）四个层次，其中土壤水分检测器，电磁阀、无线阀门控制器、远程水泵智能控制器、移动控制终端（电脑/手机APP）等组成灌溉无线控制系统，能够实现无线控制、远程随时随地监控、轮灌组定时自动轮灌等控制方式，并且实时监测机泵和阀门状态，灌溉流量和管网压力，保障运行安全，及时提示报警信息。

在此基础上扩充田间土壤墒情监测、农田气象监测、作物和泵房视频监测等内容，指导科学灌溉，提高灌溉的智能化程度。

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