农业高新技术产业示范区智慧农业解决方案

托普云农智慧农业云平台涵盖数据中心、公众平台、网上商城、专家在线、质量溯源、电子政务、仪器支架灯系统。各项数据汇集到云平台,形成农业数据库,对土壤资源、气候资源、作物资源等进行综合管理,并建立农业模型,用以指导各项农作物的生产,提高农业的现代化、精细化、数字化管理水平。
托普云农农业物联网结合产业特点,运用新一代无线传感、自动控制、3S等物联网技术,通过农业生产环境、生产设施和作物体感等数据的实时采集和关联分析,实现农业生产的环境监测、智能控制、灾变预警等智能化管理,提升农业生产标准化、智能化和精准化水平,达到节本增效目的。
1 总体架构
1.1 总体框架
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1.2 技术架构
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2 应用体系
2.1 应用体系架构
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2.2 平台规划
托普云农智慧农业云平台下设三个主要的应用平台,共有10个子系统组成,如图所示:
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2.2.1 指挥决策平台
2.2.1.1 平台概述
农业指挥决策平台整体布局为指挥决策、平台支撑、生产服务三个层次,向政府和企业提供信息服务,具备视频监控、环境监控、统计分析、遥感数据获取与分析、自动预警和远程控制等功能,通过LED液晶大屏展现,为政府提供决策依据,为企业提供管理手段,实现农业精细化生产,提高托普云农农业信息化水平,为政府监管提供是在有力支撑,为农业规范化管理提供可靠保障,使农民增产增收。
2.2.1.2 平台设计
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指挥决策平台指挥决策平台
2.2.1.3 平台功能
农业指挥决策平台功能通过大屏显示系统、移动终端应用软件展示实时监测的现场数据和图像,以多种方式和渠道手动或自动对现场设备远程控制、智能化报表和决策分析系统,互动式的农技培训与专家远程诊断系统、通过遥感获取耕地质量监测数据和无人机遥感信息。
充分利用和整合各种农业信息化资源,为相关职能部门决策、企业经营管理、基层农业科技人员和农业生产经营主体提供综合服务。主要包括以下功能:
1、介绍托普云农的农业资源情况,主要特色等,通过文字、图片、空间地理图、视频等多种形式展示。
2、建立托普云农视频监控指挥平台,对托普云农的农业生产进行实时视频监控,进行全局掌控,由视频监控平台完成对视频服务的统一管理和调度。
3、提供远程专家诊断服务,生产过程中出现的问题,可实现远程对讲功能。
4、根据各个应用系统采集的数据和遥感采集数据,生成环境监测报表,预测农作物生长趋势,提供灾害预警。
5、提供远程控制功能,通过手动或自动远程控制现场设备开关,对生产环境进行及时的调节,减少工作量,提高效能。
6、提供农技培训服务,实现实时双向的在线农业技术专业培训及答疑、农技咨询服务、开展生产指导、病虫害诊断。
7、结合了遥感与GIS系统实现耕地质量监测、空间信息分析、多尺度作物产量监测预报、无人机遥感信息处理监测、精准作业等数据服务,为政府决策支持提供支撑。
8、可通过接入气象灾害预警和动植物疫情等系统,提供统一协调数据功能。
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2.2.2 农产品质量安全溯源平台
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2.2.2.1 平台概述
农产品及食品质量安全追溯系统,主要功能有基础信息管理、各个环节的信息采集、环节关联以及追溯信息查询功能。通过输入农产品的追溯条形码,可查看该农产品从生产到采收、加工、仓储、物流、销售的全面追溯信息。
2.2.2.2 平台设计
2.2.3 电子商务平台
2.2.3.1 平台概述
B2B电子商务交易平台是专业服务于托普云农农业企业(经济主体)、农资企业、农业合作社、种植大户、农民、农产品流通企业、农批市场、商超、电商、消费者提供杨凌园区企业农产品网上展销、自由交易和团购的农资农产品电子交易平台。农资企业通过该交易平台可发布农资产品的供应信息,农业合作社、种植大户、农民、农业生产企业等可发布农产品农产品供应信息。
B2B电子商务交易平台结合物联网技术立足托普云农,面向全国,以加速农业信息流通,提高农业效益,促进农业产业化建设为目标,把科技、文化、经济相结合,构建服务杨凌三农新模式,促进城乡一体化进程。
B2B电子商务交易平台为企业与个人提供发布和获得各类农产品供求信息、农业科技知识以及在线 进行农产品交易等渠道,并有效防止伪劣农资产品进入市场。
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2.2.3.2 平台设计
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2.2.3.3 平台功能
B2B电子商务交易平台,所有农资农产品企业在此注册成为会员之后,可以免费发布产品、供求信息、合作以及转让信息。企业注册成功后,在一定条件下,可以在线开店,同时可以直接进行在线购买新鲜的农产品。完成农产品选购、下单、在线支付、物流配送选择,同时也可以查看所购买的农产品的质量追溯信息。通过物联网设备,将产品的种植环节、加工环节、物流环节、检测环节、销售环节等等一一实现透明化,让客户购的放心,用的安心。
2.3 应用系统规划
2.3.1 农产品及食品质量安全溯源系统
2.3.1.1 系统概述
产品质量追溯系统实际就是一个强大的电子信息记录和管理系统,利用RFID技术,使用电子标签、手持终端和读卡器实现各环节的有机结合,围绕产、销一体的生产流通环节,针对各个环节进行监控。通过信息化全面记录的手段,采集各环节具体的基础数据内容,通过有效的数据建模思想和工具,借鉴现代化的科技手段,依托于互联网络,实现建设一套符合社会需求、业务需求,并且标准化、自动化、简单易行的产品追溯系统。
产品追溯系统连接基地、加工、包装、检验、销售等食品及农产品生产及流通的关键环节,同时记录各个环节的相关数据,通过数据通信网络上传数据中心存储。产品追溯系统主要有以下作用:
实现产品全过程追溯,提高产品安全性和市场竞争力;
一旦产品出现质量安全问题,能及时找出原因,有的放矢召回问题产品,将损失降至最低;
有助于健全质量管理体系,提高产品质量和管理水平;
满足国外对进口产品的可追溯要求,跨越贸易壁垒,促进产品出口;
有助于提高消费者对企业的信任度,树立良好社会形象。
2.3.1.2 溯源体系
种植类农产品溯源体系
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养殖类产品溯源体系
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2.3.1.3 功能介绍
追溯系统主要分为三类用户。我们为不同用户提供不同系统界面,使不同的用户完成不同的功能。
系统管理员:通过系统管理界面可以完成以下工作:
产品类别管理。把所有的产品分成蔬菜、水果、水产、家禽、牲畜等,产品类别管理,主要完成对此分类的添加、删除、修改与查询。
产品品种管理。产品类别,如蔬菜下可能包含西红柿、黄瓜、辣椒等,产品品种管理主要是完成对此分类的添加、删除、修改
企业类别管理。企业按照所属行业不同可分为,种植企业、加工企业以及养殖企业等,企业类别管理主要完成对此分类的添加、删除、修改。
企业管理。系统管理员通过此功能完成对系统中的所有企业进行管理,主要包括编辑、修改企业信息,为企业的产品分配追溯链。
环节模板管理与追溯链管理,面向不同类型的追溯建立对应的不同追溯环节和追溯链条,以满足消费者对可追溯信息的要求。
企业用户
企业基本信息维护。主要是企业维护自身的一些基本信息、联系方式以及介绍等信息。
产品管理。企业通过该功能完成产品的添加、修改与查询。
产品追溯信息管理。企业通过该功能管理具体产品的追溯信息。
普通消费者
普通消费者购买贴有追溯码的产品,在查询终端输入追溯码,查询所购买产品的追溯信息。
2.3.2 大田“四情”监测调度管理系统
2.3.2.1 系统概述
通过网络通信、微电子、传感器等技术的创新集成,建设基于物联网的大宗作物“四情”监测和调度平台,可针对农田环境(包括空气湿度和温度、土壤湿度)、光合有效辐射、风速、风向、雨量、图像、视频等开展实时监控,并实时无线远程传输到信息监控中心,为作物的生育进程、以及灾害的预防、治理,分析“四情”,开展技术指导及决策管理提供及时、可靠和科学的依据。在利用仪器检测的同时,各检测点同步开展“四情”人工检测,采集相关数据、对采集信息进行分类,并与仪器检测结果互补,建立农田环境指标体系和“四情”分类标准,进一步完善平台,逐步实现“四情”检测自动化、动态可视化、田间管理科学化、提高决策管理和服务水平。
2.3.2.2 系统架构
小麦(玉米)“四情”监测调度系统应用架构,如图所示:
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2.3.2.3 系统功能
信息采集
负责“四情”信息并实时通过无线或者有线的方式远程传输到信息管理系统,进行转换处理后进行存储和管理。“四情”信息主要包括各种环境信息如:空气温湿度、土壤温湿度、太阳光照辐射、风速和风向、降雨量等。图片信息、视频信息、种苗相关的微生物(孢子)信息以及种苗自身的信息组成,其中环境信息的采集由小型气象站和土壤传感器完成,图像信息和视频信息的采集则采用多元化的方式,包括固定摄像机采集,移动设备包括手机、PDA、平板电脑、笔记本等等,这些设备完成图像和视频的采集后,可以通过3G、WIFI等无线网络或者INTERNET等方式将采集信息上传。
数据采集方式主要有两种,
一种是自动采集即仪器采集。分为固定式和移动式。
其二是人工现场采集,如农作物生长动态、土壤墒情定期人工分析等。通过系统平台上传至后台的信息管理系统。
农情监控
根据现场安装的各种监测设备,比如摄像头、小型气象站等,实时监测现场的灾情发生发展情况、温度、降水等气象情况,做到及时掌握灾情变化趋势。解决灾情发生后不能第一时间赶到的问题。另外通过实施监测也可以在第一时间内监测到灾情,通过手机短信、电话、电脑等多种途径通知相关部门关注灾情变化。
 农情分析
结合监测数据库的实时监测站数据、气象预报信息、群测群防信息和气象灾害数据库与信息库的地理图、地质图、灾害历史记录等信息,根据分析预报模型和指标,对采集的数据进行统计分析,并输出分析结果(文字、表格或图形)。
 农情报表
具备自动生产墒情监测报表功能,用户可根据系统评价信息编写监测报告,实现所有用户对监测报告的查询。
2.3.3 设施蔬菜精细化种植应用管理系统
2.3.3.1 系统概述
设施蔬菜精细化种植管理系统主要由数据采集、实时数据展示、报警提示以及数据汇总等模块组成。系统通过传感器采集大棚内空气和土壤的温湿度、光照强度、日照数等数据,通过有线或无线网络传递给数据处理系统,并对数据进行存储、展示。当数据出现阈值告警时,并可以自动控制相关设备进行智能调节或发送报警短信。
2.3.3.2 系统架构
针对设施大棚蔬菜种植,软件平台架构主要分为环境数据采集及分析、大棚自动化系统控制、远程视频监控几大部分,设施蔬菜种植平台架构如下:
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2.3.3.3 业务流程
蔬菜精细化种植业务流程,如图所示:
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2.3.3.4 系统功能
设施蔬菜精细化种植应用系统通过光照强度、空气温湿度、土壤温湿度、日照数等无线传感器,对蔬菜大棚内的对应环境参数进行实时采集,并进行分析。依据大棚外环境信息和分析结果,自动开启或者关闭指定设备(如远程控制滴灌、开关卷帘等)。同时在蔬菜大棚现场布置摄像头等监控设备,适时采集视频信号。用户通过电脑或3G手机,随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和智能调节远程自动化设备。
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种植环境数据采集
土壤温湿度、空气温湿度、光照强度等生长环境参数对蔬菜的生长有重要影响。传统的种植方式,无法对这些生长环境参数进行实时监测与定量、定性分析。利用传感器实时采集数据信息,通过网络的将采集的数据进行传输,实现对土壤温湿度、环境温湿度、光照等生长环境参数的实时监测,并有效存储数据到历史数据库为生长环境参数对蔬菜种植影响的定量、定性分析提供依据。
温度数据采集
温度数据采集分为:空气温度、土壤温度,蔬菜的生长需要适宜的温度,温度过高或过低都可能导致蔬菜死亡。农业上常用日平均温度、月平均温度和年平均温度来评估蔬菜生长所需的温度环境是否良好。温度数据采集功能就是为温度环境评估提供可靠的数据参数。
湿度数据采集
湿度数据的采集分为:空气湿度、土壤湿度,蔬菜的种植必须在适宜的湿度环境中才能生长出来,所以适宜的湿度对于蔬菜来说也是不可或缺的。蔬菜大棚内的湿度数据采集功能便是实时采集大棚内部的湿度数据,保障蔬菜能够健康成长。
光照强度监测
光照是蔬菜进行光合作用合成糖分进行生长的必要因素,一天中光照强度的分布情况直接影响蔬菜的生长,通过光照传感器进行光照强度的监测,了解光照对蔬菜在不同时间段的影响具有重要作用。
视频环境监测
通过在大棚顶部安装监控摄像头,摄像头实时捕获大棚内部的画面,而后通过网络将画面数据传输给视频处理设备并进行存储。使用者既可以在PC 机液晶显示器上看到蔬菜大棚内部的实时画面,又可以通过3G手机远程访问来观看大棚内部的实时画面。即可以帮助生产管理者远程了解大棚内蔬菜生长状况,也可以帮助农业专家通过远程监控画面了解蔬菜生长情况,解决种植中的病害难题。
在大棚中选择合适位置安装球机,该球机可全方位旋转,保证了大棚内的任何角落都在摄像头的可视范围内,图像通过无线网络或视频线进行传输,该系统采用高精度网络摄像机,系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
在工作间部署网络视频服务器,由网络视频服务器及时处理视频信息,并上传到机房控制中心显示棚内蔬菜生长的实时画面。并可对历史数据进行存储,方便随时调阅。
阈值报警
当出现被监控点数据异常时可自动发出报警信号,可设定各监控点位的温湿度报警阈值。报警方式包括:软件系统报警、手机短信报警。系统可上传报警信息,并且系统可及时通知值班工作人员。
软件系统报警:蔬菜对土壤温湿度、作物生长养分等生长参数有一定的范围要求。可以通过系统设置参数的上下阈值,当环境参数超出预设的范围时,通过系统做出报警提示。系统允许用户制定自定义的数据范围,超出范围的错误情况会在系统中进行标注,以达到报警的目的。报警可以通过平台弹出窗口,手机查询等方式实现系统允许用户制定自定义的数据范围,超出范围的错误情况会在系统中进行标注,以达到报警的目的。
手机短信报警:当大棚出现超出阈值设定的高温、低温以及其他报警时,手机短信报警系统会迅速将报警短信发给工作人员,实现大棚真正意义的“自动控制、无人值守、应急报警、有人干预”的控制原则。
设备控制
智能大棚物联网远程设备控制对设备的控制实施模糊运算和多时段目标值控制理论:系统具有每天多个时间段的独立目标温度、目标湿度、目标风速、目标风向设定,相邻目标值间软性过渡,防止环境参数的突变对作物的伤害。
并且通过该系统,可查看当前所有自动化设备的运行状态,并可以进行远程自动化控制和管理。点击系统按钮、操作鼠标实现对种植设备的远程自动化控制,如打开风机通风降温、打开卷帘内遮阳等。
数据查询
可查看大棚的实时种植数据信息,包括大棚编号、种植蔬菜品种、空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照数情况,可通过选择大棚的名称、种植蔬菜的品种等进行数据查询筛选。
种植分析
针对蔬菜大棚种植环境数据,物联网将对这些数据进行智能分析,负责对采集的数据进行存储和信息处理,为用户提供分析和决策依据,用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。
远程专家诊断
通过远程专家系统,可以查看设施大棚的蔬菜种植环境数据、视频图像信息,经过专家的远程诊断分析,对蔬菜生产的环境调节进行指导,并通过视频图像诊断蔬菜的长势情况及病虫害情况并提供生产建议。
统计汇总
数据汇总主要把数据采集模块采集的数据按照设定的频率存储到数据中心,为以后的定量定性分析提供依据。通过实时数据汇总模块提供历史数据的统计分析等报表服务。
汇总统计为用户通过环境信息得到相关参数提供了方便,通过计算机或手机远程访问的方式,用户可以对所要实现自动控制的参数(温度、湿度)进行设置和完成参数的获取,即时了解蔬菜大棚中的生产管控情况,以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息,系统可在线实时24小时连续的采集和记录大棚内的温度、湿度、光照强度、日照数等各项参数情况。
实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化,统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值,累积数据,报警画面,用户可随时打印指定时间段的温湿度数据及运行报告。
2.3.4 畜禽精细化养殖应用管理系统
2.3.4.1 系统概述
家禽精细化养殖管理应用系统,利用现代信息技术准确掌握家禽生育进程和生长动态,对家禽生长动态以及家禽各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析,对家禽养殖、栋舍管理和防疫出栏进行快捷高效的远程指导,提高精细养殖和栋舍管理的能力,及时发现养殖中存在的问题,制定家禽养殖和栋舍管理技术对策,提出家禽养殖和栋舍管理意见或建议,更好地开展技术指导,促进家禽增产。
2.3.4.2 系统架构
在养殖棚舍中进行设备部署,设备功能主要包括:
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畜禽精细化养殖应用系统架构图
备注:自动化控制及传感设备以监测点的实际采购情况为准,如因监测点自动化控制及传感设备有问题或不满足自动化控制的条件,对该自动化控制及传感设备的控制可以不实现。
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2.3.4.3 业务流程
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2.3.4.4 系统功能
基础信息管理
基础信息收集
授权用户手工录入单条禽舍(本方案以家禽应用为案例描述)基础信息或以excel格式批量添加禽舍基础信息。当用户发现添加的基础信息有误时,用户可以自己手动编辑修改该条记录;当用户发现该基本信息不合理时,用户也可以手动点击“删除”按钮删除该条记录。
基础信息查询
用户输入禽舍编号、所属养殖基地等条件,查询鸡舍的基础信息。
养殖环境监测
在鸡舍内对空气温湿度、氨气、二氧化碳4个环境参数进行监测,监测数据通过有线或无线网络传递到数据处理系统。
养殖视频监控
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 实时监控
用户通过远程控制安装在监测点的视频监控设备,多角度的观察鸡舍内的情况。同时,将拍摄的视频图像,实时传输到后台系统。
远程控制
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授权用户通过鼠标操作可以远程控制大棚内的自动化控制设备。其中,对于具体的自动化控制设备,以鸡舍内的实际情况为准。
数据查询
可以查看禽舍内的实时养殖数据信息,包括禽舍编号、空气温湿度、氨气、二氧化碳等情况,可以通过选择禽舍的名称、输入鸡舍的负责人等进行数据查询筛选来查看养殖环境监测信息。
阀值设置
设置环境参数的阈值,其中环境参数包括空气温湿度、氨气、二氧化碳。
报警提示
系统采集到环境信息后,后台自动将采集到的禽舍内的空气温湿度、氨气及二氧化碳与预先设置的阈值进行对比。当大棚内的空气温湿度、氨气、二氧化碳4项环境参数中有一项或某几项环境参数超过阈值时,系统将发出系统告警信息提醒管理人员。
 统计分析
授权用户通过时间段(不含上限)、养殖基地名称、禽舍编号、等条件统计分析存栏量、产蛋量、饲料量等,并可将分析统计的数据结果以excel的形式导出。
2.3.5 林果培育智能化应用系统
2.3.5.1 系统概述
大棚林果培育智能化应用系统通过光照强度、空气温湿度、CO2等传感器,对大棚内的对应环境参数进行实时采集,并进行分析。依据环境信息和分析结果,自动开启或者关闭指定设备(如远程控制滴灌、开关卷帘等)。同时在大棚现场布置摄像头等监控设备,适时采集视频信号。通过现场采集植物营养信息、土壤养分信息、农业残留检测信息,导出检测数据, PC机手工录入,通过报表的形式展现给用户,方便用户决策分析。用户可以通过电脑或3G手机,随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和智能调节远程自动化设备。
2.3.5.2 系统架构
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2.3.5.3 系统功能
1、种植环境数据采集
空气温湿度、光照强度、CO2等生长环境参数对大棚林果的生长有重要影响。传统的种植方式,无法对这些生长环境参数进行实时监测与定量、定性分析。利用传感器实时采集数据信息,通过网络的将采集的数据进行传输,实现对空气温湿度、光照强度、CO2等生长环境参数的实时监测,并有效存储数据到历史数据库为生长环境参数对林果种植影响的定量、定性分析提供依据。
2、视频环境监控
通过在大棚顶部安装监控摄像头,摄像头实时捕获大棚内部的画面,而后通过网络将画面数据传输给视频处理设备并进行存储。使用者既可以在PC 机液晶显示器上看到大棚内部的实时画面,又可以通过3G手机远程访问来观看大棚内部的实时画面。即可以帮助生产管理者远程了解大棚内果树生长状况,也可以帮助农业专家通过远程监控画面了解林果生长情况,解决种植中的病害难题。
在大棚中选择合适位置安装球机,该球机可全方位旋转,保证了大棚内的任何角落都在摄像头的可视范围内,图像通过无线网络或视频线进行传输,该系统采用高精度网络摄像机,系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
在工作间部署网络视频服务器,由网络视频服务器及时处理视频信息,并上传到机房控制中心显示棚内林果生长的实时画面。并可对历史数据进行存储,方便随时调阅。
3、阈值报警
当出现被监控点数据异常时可自动发出报警信号,可设定各监控点位的温湿度报警阈值。系统可上传报警信息,并且系统可及时通知值班工作人员。
软件系统报警:作物对土壤温湿度、作物生长养分等生长参数有一定的范围要求。可以通过系统设置参数的上下阈值,当环境参数超出预设的范围时,通过系统做出报警提示。系统允许用户制定自定义的数据范围,超出范围的错误情况会在系统中进行标注,以达到报警的目的。报警可以通过平台弹出窗口,手机查询等方式实现系统允许用户制定自定义的数据范围,超出范围的错误情况会在系统中进行标注,以达到报警的目的。
手机短信报警:当大棚出现超出阈值设定的高温、低温以及其他报警时,手机短信报警系统会迅速将报警短信发给工作人员,实现大棚真正意义的“自动控制、无人值守、应急报警、有人干预”的控制原则。
4、设备控制
智能大棚物联网远程设备控制对设备的控制实施模糊运算和多时段目标值控制理论:系统具有每天多个时间段的独立目标温度、目标湿度、目标风速、目标风向设定,相邻目标值间软性过渡,防止环境参数的突变对作物的伤害。
并且通过该系统,可查看当前所有自动化设备的运行状态,并可以进行远程自动化控制和管理。点击系统按钮、操作鼠标实现对种植设备的远程自动化控制,如打开风机通风降温、打开卷帘内遮阳等。
5、数据查询
可查看大棚的实时种植数据信息,包括大棚编号、种植品种、空气温湿度、光照强度、日照数情况,可通过选择大棚的名称、种植林果的品种等进行数据查询筛选。
6、种植分析
针对大棚种植环境数据,物联网将对这些数据进行智能分析,负责对采集的数据进行存储和信息处理,为用户提供分析和决策依据,用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。
2.3.6 沼气池气体监测控制管理系统
2.3.6.1 系统概述
人们往往会不清楚沼气的含量多少而过多的浪费资源,而在沼气里安装了检测气体的传感器,能够通过气体传感器检测的信号输出供用户自己去直接读取出来,使资源能够充分的应用,不同的气体传感器对应检测的不同气体,适用于沼气池中多种气体的检测,这样也为沼气池增加了更高的安全性。
2.3.6.2 系统架构
针对沼气池监测管理,除了安装必备的传感器外,还要有应对沼气池出现异常时的措施,如增氧通风等。
2.3.6.3 系统功能
沼气池监控
沼气池中检测用的压力传感器,液位传感器,温度传感器,PH值传感器等等,这些传感器将会对检测沼气池中其他含量及相应环境状况,当沼气池原料缺少时可以及时补充,使沼气资源能够充分利用。
阀值报警
用户能根据经验需求在监测系统中设置CO、甲烷等其他阈值,当采集到的环境数据超过阈值的时候系统可以进行报警。报警的方式根据需求可以设定为平台报警、手机短信报警等。
2.3.7 种苗生产物联网监测系统
2.3.7.1 系统概述
围绕种苗园生产和管理环节,通过智能传感器在线采集种苗园环境信息(繁育环节传感器采集的叶片温度和二氧化碳、风速、风向、空气温度、空气湿度、大气压强、光照强度、光合有效辐射、日照时数、蒸发量、降雨量、土壤温度和土壤湿度实时信息等),同时集成改造现有的设施大棚环境控制设备、精确农业机械设备等,实现园内的精确生产、耕作、施肥、喷药。种植户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端,实时掌握果园环境信息,及时获取异常报警信息,并可以根据监测结果,远程控制相应设备,实现健康养殖、节能降耗的目标。
系统主要由数据采集部分、大棚自动化控制,以及相应的配套应用软件,实现种苗的智能化管理。
2.3.7.2 系统架构
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2.3.7.3 系统功能
前端数据采集系统
整合国内现有农业环境、农作物生理监测传感器技术与产品、实现土壤(温度、湿度等)、空气(温度、湿度、光照等)环境参数、无土栽培养液成分、农作物生长、生理信息的综合信息感知,建立作物生长动态模型。
1)空气感知:采用空气温度、湿度、光照强度实现大气环境参数精确感知。
2)土壤感知:采用土壤温湿度传感器监测土壤温度、湿度。
3)作物本体感知:采用视频图像采集系统,对作物形态进行监控,如生长情况、成熟度、病虫害等信息。
视频监控系统
本系统视频监控系统主要由高清网络球机组成,实现视频图像的采集、存储、显示。本项目视频监控系统图像存储在前端NVR上,公共服务平台通过网络调取前端图像,视频摄像头推荐使用130万像素以上高清红外球机。
高清网络球机:网络球机又叫IP CAMERA(简称IPC)由网络编码模块和模拟摄像机组合而成。网络编码模块将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号,从而可以直接接入网络交换及路由设备。网络球机内置一个嵌入式芯片,采用嵌入式实时操作系统。网络球机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩,通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像,授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。
网络硬盘录像机:接收网络球机设备传输的数字视频码流, 并进行存储、管理。通过NVR设备,可以组建一个以NVR设备为“节点”的分布式网络,从而更为适应现有的分布式多层结构网络环境,有效降低中心节点的网络传输和数据存储压力。NVR的远程管理主要是使用基于NVR内建的Web server或者通过打开远程客户端软件来进行看、录、放等基本操作,以及设备和系统的远程管理、报警联动等操作。
视频管理平台支持视音频编解码、集中存储管理、网络实时预览等功能,是一款集图像处理、网络功能、日志管理、用户和权限管理、设备维护于一体的电信级综合处理平台,可通过系统管理平台对前端多台NVR设备进行集中管理及后台应用操作,与后台数据的远程备份,分层次的管理。SDK采用与DVR相同接口,系统集成方便,采用与DVR相同的SDK接口,系统接入无需额外工作量,提供与DVR相同的网管功能,可方便的实现设备的统一网络管理。
应用软件系统
应用软件分为PC端和移动端应用软件,PC端软件采用B/S架构,支持Windows操作系统,部署在大棚控制室,系统访问方式包括本地控制电脑访问、远程控制电脑访问、远程移动终端访问。系统具体功能如下:
1)、数据显示
自动采集作物长相,大棚内外的光照强度、空气温湿度和土壤温湿度以及大棚外风速、雨雪传感器感知的数据。
信息系统对设施大棚采集到的植物种植传感器数据进行汇总和分析,信息系统对现场实时采集的空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照时数等参数进行分析处理,并以直观的图表和曲线的方式显示给用户。
2)、大棚自动化控制
依据采集的环境和植物本体数据,系统依据已设的数据参数并进行分析,依据分析结果,可以自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。
3)种植预警
通过在系统中设置各种传感器数据的阈值,如大棚温度阈值,超过设置的阈值进行预警,并把预警信息通过各种渠道发送给用户。
4)种植视频监控
在系统中可以实时查看植物大棚的视频监控图像,通过高清球形摄像头可旋转,拍摄多角度视频图像。
5)设备管理
通过该信息系统,可查看当前所有自动化设备的运行状态,并可以进行远程自动化控制和管理。点击系统按钮、操作鼠标实现对种植设备的远程自动化控制,如打开风机通风降温、打开卷帘遮阳、打开保温膜等。
6)数据查询
可查看大棚的实时种植数据信息,包括大棚编号、种植植物品种、空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照数情况,可通过选择大棚的名称、种植植物的品种等进行数据查询筛选。
7)种植分析
对获得的种植数据进行对比分析,对比相同植物,各大棚的长势及生长情况(视频图像对比)、分析种植环境因素对植物的长势和产量的影响,形成科学化、低成本种植,提高植物的产量和品质。
8)统计汇总
通过报表形式,根据不同的大棚、不同的种植品种、不同的环境参数等多个维度对种植相关数据进行统计和导出Excel。
9)信息接收
系统能够接收由公共服务平台下农业信息发布系统推送过来的涉农信息。
针对智能手机、平板电脑等移动终端的普及和性能提升,同时开发移动终端的应用,并能够支持android2.0及其以上版本的操作系统,IOS4.0及其以上版本的操作系统,供智能手机、平板电脑用户下载使用。软件具备种殖场视频查看、监测数据显示、自动预警(监测的参数超标)、远程控制种殖设备、数据查询、涉农信息推送等功能。
现场视频查看
通过手机客户端可以调用现场的摄像头远程查看农场、养殖场等的现场情况,及时身在外地也可以试试了解现场的情况,及时作出判断并应对。
监测数据显示
在生产现场布置环境传感器,通过现场的边缘网关传递到系统后台,通过手机客户端可以及时监测现场数据,根据实时环境数据,及时对现场进行调整,使生长环境始终处于最佳状态。
自动预警
系统可设置参数的上下限值,现场环境传感器监测到数据超过阈值,会通过短信等形式发送到手机客户端进行预警,以做出及时调整。
远程控制现场设备
当系统自动预警或者农户认为需要进行调整时,可通过手机客户端的远程控制来打开关闭卷帘、滴灌等设备进行远程灌溉或者通风,使生长环境始终最优。
数据查询
系统会对历史数据进行保存,用户可以通过手机客户端对历史数据进行查询。
图片23.png

2.3.8 智慧农业专家系统
2.3.8.1 系统概述
智慧农业专家系统包括两个方面,即农业技术资料和专家远程咨询。由政府牵头成立分类专家库对各业态进行分类指导,包括蔬菜茎作、畜禽养殖、水产养殖、林果培育、花木种植等方面。
农业技术资料库一部分是现有公开的农业技术,具体内容包括农作物品种介绍、栽培技术、种植技术、病虫害防治技术、采摘技术、农业种植、养殖管理技术、设备设施管理技术等;另一部分是后文中的生长数据库(详见7.2.3 生长数据库)。主要包括农作物生命周期模型、生长过程信息、种子使用信息、化肥农药使用信息、作业信息、人员信息等内容,农业生产者可以在专家库的指导下进行农业生产。
专家远程咨询指的是农业专家利用现代信息网络技术解答农业生产者关于农业生产技术难题,能够依据现场环境和视频图像数据进行远程诊断。该功能基于本项目在农业五个门类代表企业中设置的信息设备采集的大气、土壤、水中的环境数据,如温湿度、pH值、微生物、CO2、肥力、电导率(盐度)、浊度、氨氮等数据;生物长势、动物行为特征;种植、养殖场周边环境高清视频图像等。
2.3.8.2 系统架构
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2.3.8.3 系统功能
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实时远程技术咨询:
为农民提供实时的技术答疑、技术咨询,专家和农民可以通过网络面对面交流。
病虫害远程诊断:
提供图片共享、文件共享等功能,农民可以把田间病虫害样本实物图样通过系统传给专家,专家根据实际病征予以诊断。
疫病远程监控:
可以将远程摄像头安装在农作物种植基地、温室大棚等生产现场,专家通过远程访问可随时查看情况,及时方便的给予技术指导。
远程工作会议:
通过各远程站点提供高质量的音视频效果,可用于大面积的远程诊断工作会议和信息发布。
2.3.9 远程教育培训系统
2.3.9.1 系统概述
为了方便农业主体和农户学习更全面的农业技术知识,用户可以通过电脑、智能手机、IPTV 等渠道观看视频课件进行农业技术知识的学习。教育课件来源有两类,一是相关单位录制出版的课件,主要内容是农业种养技术、农业企业管理技术等,可以借用农业部门相关的课件资源,也可以另行采购;二是现场录制的课件,主要内容是园区特有农林牧渔品种的种养技术,每年特定发生的病虫害、疫情防控技术等。
2.3.9.2 系统架构
系统拓扑图如下:
clip_image002.jpg
系统拓扑图
2.3.9.3 系统功能
现场采集
在培训会场有专人利用摄像机对培训过程进行全程录像,记录下现场的音视频信息,同时,可将多种格式的教案、讲义和电子白板信息接入系统,再通过网络传输到流媒体服务器,并最终将几部分内容整合为一路画面输出到客户端。
在线直播
系统提供在线直播功能,可以将培训现场采集到的音视频信息通过 IP 网络进行实时传输,使学员的远程培训达到与现场同步的效果。
远程点播
系统提供远程点播功能,管理人员将每期的培训录像存放到专门的存储设备中。当学员登录上系统之后,可以看到往期所有的培训录像,经过权限认定后,即可远程点播相应的培训录像进行学习。
互动交流
直播状态下,学员在培训的过程中如果有任何疑问,可以直接与老师进行交流。系统为交流的双方提供文字、语音、视频等多种交流模式。管理员可以选择是否开启互动交流功能,也可以选择具体的互动交流模式(文字、语音或视频)。
内容管理
系统支持对培训内容进行上传、编辑和发布等操作,便于管理人员对培训内容的发布进行全程管理。
2.3.10 遥感监测系统
2.3.10.1 系统概述
通过网络通信、GIS、遥感、传感器等技术的创新集成,建设基于物联网的遥感监测系统平台,可针对农业资源、环境与作物生长过程的监测与分析。即应用遥感技术采集并分析耕地、草地的数量、质量、利用状况,以及主要农作物的面积、长势、灾害和产量等农情信息,并实时无线远程传输到信息监控中心,为作物的生育进程、长势、产量、以及灾害的预防、治理,开展技术指导及决策管理提供及时、可靠和科学的依据。在利用仪器检测的同时,各检测点同步开展“遥感”人工检测,采集相关数据、对采集信息进行分类,并与仪器检测结果互补,进一步完善平台,逐步实现“遥感”检测自动化、动态可视化、田间管理科学化、提高决策管理和服务水平。从而更好的为相关政府部门、生产者、消费者提供信息支持。
2.3.10.2 系统架构
clip_image002.jpg
2.3.10.3 系统功能
信息采集:
负责“遥感”信息采集并实时通过无线或者有线的方式远程传输到信息管理系统,进行转换处理后进行存储和管理。“遥感”信息主要包括各种信息如:作物、资源、灾害等。图片信息、视频信息、农作物面积、长势情况、产量估算、土壤墒情、病虫害、资源、灾害等信息组成,其中环境信息的采集由小型气象站和土壤传感器完成,图像信息和视频信息的采集则采用多元化的方式,包括固定摄像机、多光谱遥感影像采集,移动设备包括手机、PDA、平板电脑、笔记本等等,这些设备完成图像和视频的采集后,可以通过3G、WIFI、GPS等无线网络或者INTERNET等方式将采集信息上传。
农情监控:
根据现场安装的各种监测设备,比如摄像头、小型气象站及遥感平台等,实时监测现场的农作物面积、长势情况、产量估算、土壤墒情、病虫害等作物信息;耕地、草地、水等农业自然资源的数量、质量和空间分布信息;旱灾、洪涝等重大农业自然灾害等信息。做到及时掌握农作物、资源、灾害变化趋势。解决灾情发生后不能第一时间赶到的问题。另外通过实施监测也可以在第一时间内监测到灾情,通过手机短信、电话、电脑等多种途径通知相关部门关注灾情变化。
农情分析:
结合监测数据库的实时监测站数据、气象预报信息、农作物信息、资源信息、群测群防信息和气象灾害数据库与信息库的地理图、地质图、灾害历史记录等信息,根据分析预报模型和指标,对采集的数据进行统计分析,并输出分析结果(文字、表格或图形)。
农情报表:
具备自动生产农情监测报表功能,用户可根据系统评价信息编写监测报告,实现所有用户对监测报告的查询。具体包括:
农作物监测报表
(1)作物种植面积监测:根据不同作物在遥感影像上呈现不同的颜色、纹理、形状等特征信息,利用信息提取的方法,将作物种植区域提取出来,从而得到作物种植面积和种植区域。
(2)作物长势监测:对作物的苗情、生长状况及其变化趋势的监测。利用遥感影像图片分析展示麦苗浓绿、健壮、高或者麦苗发黄、较稀、矮等信息并形成相应报表。
(3)作物产量估算:根据作物特有的波谱反射特征,利用遥感手段对作物产量进行监测预报。
(4)土壤墒情监测:利用气象站传感器采集土壤的温湿度、PH值等信息。或者利用遥感技术对土壤肥力、土壤结构等信息的监测和提取。
(5)作物病虫害监测:通过摄像机实时监测。或者根据遥感技术分析出植被病虫害信息并形成报表。
资源监测报表
遥感技术可快速对耕地、草地、水等农业自然资源的数量、质量和空间分布进行监测与评价。
灾害监测报表
对旱灾、洪涝等重大农业自然灾害进行动态监测和灾情评估,监测其发生情况、影响范围、受灾面积、受灾程度,进行灾害预警。
3 智慧农业硬件规划
本规划属于初步规划,在设计大田、果树、蔬菜、养殖等都是按照每亩或单个禽舍或厂棚进行设计规划,甲方需要通网通电到各个点位,以太网通讯,路由器,光纤收发器需运营商提供。具体情况需要结合现场勘测确认点位分布区域再最终下设备清单。

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