农业物联网系统解决方案

2019-06-04 xiaoxia

一、背景描述

1.1项目背景

 随着信息划时代的到来,物联网开始在各个领域落地生根,我国农业发展更需抓住这次机遇,从传统农业向现代农业转变。

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》中提出要加快发展现代农业,推进农业科技创新,促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化。当前我国的智慧农业不仅仅是初步发展阶段,而是智慧农业高速发展的加速器,物联网信息化农业将成为我国农业经营模式的革命性飞跃。

智慧农业的广泛应用 

山东作为农业大省,目前共有农业标准1500多项,占到全省地方标准的53%,但传统农业种植标准已不能满足现代化农业需求,为深入贯彻落实党的十九大精神,推动乡村振兴战略实施,大力发展数字农业经济,推进我省农业物联网建设规模化、标准化、可持续发展,山东省农业厅在总结实施“山东省高效特色农业发展平台”项目的基础上,组织专家编制了《山东省农业物联网信息化系统建设指南(试行)》。结合3项农业物联网平台地方标准,指导了农业物联网的规范化建设,为建设覆盖省、市、县农业部门及重点农业生产经营主体的农业物联网部署提供了有效的支撑,加上国家惠农惠民的各种补贴政策,农业物联网体系的建设飞速发展,在农业细分领域崭露头角,贯穿全产业链的物联信息化应用逐渐健全,于提升农业生产经营管理,实现现代化智慧农业,具有十分重要的意义。

     1.2农业建设现状

1. 农业管理现状

数据采集困难:农业生产相关要素的基础数据(土壤、空气、温度、湿度、光照等)无法及时采集,导致无法针对具体情况进行会商分析,无法对农业生产进行科学指导。

信息普及困难:目前通过农业局信息网站进行相关信息的发布,信息无法及时有效普及到相关农业参与人员,无法针对具体情况及时精准信息告知。

会商培训困难:针对农业生产出现的问题无法进行及时远程会商进行专家诊断,相关农业科普、农技培训等无法进行远程视频会议形式培训指导。

 监管追溯困难:农资、农产品出现安全等问题,准确进行监管追溯相当困难,因监管追溯困难导致农业产品质量安全问题频频发生。

2. 农业生产现状

       传统农业特征明显:目前国内大部分还处于农业传统种植模式,利用先进的科技手段进行农业生产占有率非常少,导致产品质量不高,经济效益低下等突出问题。

       盲目使用化肥农药:农业生产过程中,针对农药、化肥等使用存在很大的盲目性,用高耗能来换取高产量的“石油农业”生产方式,造成大量的土壤破坏、水源污染、减少了生物遗传的多样性等严重问题。

      灾害抵御能力不强:采用 传统的种植方式,再面对自然灾害等问题上无法事先进行科学预防、对症下药的进行治理,导致农业生产“靠天吃饭”现象普遍存在。

      生产的积极性不高:以市场经济为导向的农业生产,农业作物忽冷忽热的拖入导致价格是波澜起伏,加上种植周期、自然灾害、劳力缺乏等因素的制约下,农民对农业生产的积极性不高。

     1.3建设依据

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》

省农业厅、省财政厅《山东省农业物联网技术应用示范工程建设实施意见》(鲁农市信字〔2013〕10号)

省农业厅关于印发《山东省农技推广信息化应用示范项目实施方案》的通知(鲁农科技字〔2016〕20号)

省农业厅《关于做好2017年高效特色农业发展平台项目实施方案编报工作的通知》(鲁农财字〔2017〕75号)

     1.4相关技术标准规范

《山东省农业物联网信息化系统建设指南(试行)》

《农业物联网平台基础代码集》

《农业物联网平台基础数据元》

《农业物联网平台基础数据采集规范》

二、需求分析

  中国作为一个传统农业大国,在信息化技术在其它行业已经取得丰硕成果的今天,具有科技含量低,劳动生产率低下等特点的传统农业生产在目前仍然普遍存在,近年来随着可用耕地的逐步减少、劳动力成本逐步提高,靠物化投入已经难以实现农业增收;同时,传统农业生产模式下的农业组织往往是单一的、分散的,农民从种养到产出、销售,没有完全形成产业链真正意义上的价值产品;力量分散,无法面对大市场信息,严重缺乏获取市场信息的能力,农村信息瓶颈,已经成为农村经济发展的严重障碍。

因此,通过信息化技术,加速物联网智慧农业的实施已为必然,坚持以农业信息化推动农业现代化,提升现代农业科技创新能力,加快传统农业产业升级;以信息技术推动农业产业化,以农业信息技术延伸和拓展政府服务为手段,转变基层政府职能,提高基层政府监管和服务水平;将粗放的生产方式改变为农业科技升级,让农业生产更精准、更科学、更便捷,从而实现集约化生产、产业化经营、社会化服务、市场化运作的现代农业模式。

三、方案概述

   本方案完全秉承《山东省农业物联网信息化系统建设指南(试行)》标准指导文件,为打造统一、标准和实用的信息化系统,推进农业技术信息资源的整合共享,本方案满足“山东省高效特色农业发展平台”、和“山东省农技推广信息化应用示范”等部、省级项目中的应用要求,在水果、蔬菜、茶叶和中药材等高效特色作物项目实施区内,通过安装土壤墒情、环境气候等物联网监测设备,实现对作物长势、环境条件、病虫害发生情况等信息的实时监测,监测数据实时传输到农业物联网云平台,通过计算机、智能手持终端和物联网终端等设备,实现气象、土壤等信息的查看、时空物联的远程精准控制。也可与省级平台对接,为省内涉农企业以及农户提供农技指导、农业病虫害预警、农产品质量溯源等相关服务。通过智能化控制,减少劳动力及农资投入,提高农业生产效率。数据的积累还可为农业专家对各类农作物构建生产模型提供数据保障,为政府主管部门宏观监管决策提供数据支撑。

 

农业物联网信息化结构图 

 、系统介绍

     4.1系统概述

  物联网信息化农业是农业生产的高级阶段,是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体,依托部署在农业生产现场的各种传感节点,包括空气温度、空气湿度、光照强度、光合有效辐射、风速、风向、雨量、露点、紫外线强度9项气象环境参数和土壤温度、土壤水分、土壤盐分、土壤pH值、土壤电导率等5项土壤参数,以及视频图像叠加等精细监控,通过数据上传、无线通信网络和云平台实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析,为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。

     4.2总体架构

农业物联网信息化系统结构图 

 

农业物联网信息化系统主要包括以下部分

1)环境监测系统:空气温度、空气湿度、光照强度、光合有效辐射、风速、风向、雨量、露点、紫外线强度气象监测设备;土壤温度、土壤水分、土壤盐分、土壤pH值、土壤电导率等传感器;

2)通信控制系统:通过有线或GPRS/2G/3G/4G无线通信,主控处理传输采集数据;

3)视频监控系统:360度实时高清网络监控摄像、现场LED屏幕显示,智能移动终端,平板,电脑可随时查看;

4)应用管理平台:智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家指导。

5)设备控制系统:浇灌系统、通风、遮阳、加湿等联动设备,智能或手动采取措施控制。

         4.3系统特点

精细化调控环境温湿度、光照、CO2、风速风向、雨量、光合有效辐射、露点、紫外线和土壤温度、PH值、电导率、水肥因子和土壤墒情环境,实现精准施肥灌溉一体化;

不可控紧急情况发生或环境监测信息超出预先制定的范围时及时报警,系统智能联动设备运转,直到达到设定值为止;

通过物联网传感技术,对农业气象环境,土壤情况,农作物生长状态进行实时监测并记录分析;

记录了农作物繁育、生长等过程的监控与生产历史数据,为农产品安全溯源提供了数据基础;

集数据采集、数据传输、数据叠加和数据控制于一体,减少多种模块兼容性差的问题;

物联网通过无线网关接入GPRS或者3G/4G网络。用户便可以手机来访问物联网数据,了解农作物生长环境的各项数据指标; 

对所要实现自动控制的参数(温度、湿度、光照度等)进行设置,以满足自动控制的要求。用户可以直接通过PC机或手机远程访问的方式完成参数的设置及浏览;

实时趋势数据曲线可将系统采集到的数据以实时变化曲线的形式显示出来,便于观察系统某时间段内整体的检测状况,根据该曲线可合理的设置参数,可分析环境的变化对植物生长的影响;

特有的视频字符叠加功能,将现场视频与检测数据完美融合,在视频监控画面上就能看到现场的检测数据,并能随视频一起存储,防止数据的篡改;

主机具备数据存储功能,可将检测数据进行本地化存储,待网络恢复后,上传至数据检测平台。

五、系统功能

1、农业智能监控功能

通过物联网系统的射频识别(RFID)、红外感应器、激光扫描器等传感设备来采集气象环境变量、土壤温、湿度、养分含量等,通过智能分析和优化技术来快速作出最优决策,来满足作物的生长需求。当环境条件超出预先制定的范围时,自动调控系统开启,达到智能监控、省时省力功能。

2、农业视频监控功能

随时随地远程查看农作物生长情况、各园艺设备的运行状态、生产情况,有了这个“千里眼”,管理人员可以远程轻松监控、管理作业生产,大大减轻工作负担。

3、终端远程管理功能

手机远程控制是农业物联网控制系统的另一便捷控制方式,通过手机客户端,可以远程查看设施环境数据和设备运行情况,还可以分析数据,方便灵活管理。

4、溯源查询功能

使用手机或PC端登录系统后,可以实时查询农田/园艺/温室的各项环境参数、历史曲线、历史机电设备操作记录、历史视频等信息; 对接省级平台后,还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等,实现有针对性的综合信息服务。

5、报警系统功能

报警系统需预先设定适合条件的上限值和下限值,设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时,系统立即将警告信息发送给相应的农户,提示农户及时采取措施。

六、系统构成

     6.1系统结构

在农业信息化中,运用物联网系统的大气温湿度传感器、风速风向传感器、雨量传感器、光合辐射传感器、露点传感器、紫外线传感器、光传感器、CO2传感器等气象设备和土壤温度、水分、PH值、电导率、盐分等土壤监测传感器,检测环境中的温度、相对湿度、光照、CO2、风速风向、雨量、光合有效辐射、露点、紫外线和土壤温度、水分、PH值、电导率、EC值等物理量参数,通过各种仪器设备实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对农作物环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的条件,智能统计分析为温室精准调控提供科学依据,达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

农业物联网信息化结构图 

  6.2系统硬件终端

     6.2.1硬件介绍

系统硬件终端由空气温湿度字符叠加器、风速风向、光照、CO2、雨量、光合有效辐射、露点、紫外线和土壤温度、水分、PH值、电导率、EC值等传感器监测设备、数据采集主控、电源和其它辅助支架立杆等设备组成。



农业物联网系统的硬件设备 

     6.2.2主要技术参数

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七、展示平台

本系统的监测数据不仅可以上报至各级政府的数据云平台以及农企自身的农业物联网信息化平台,通过PC端和手机APP移动端远程实时查看监控环境参数,并实时智能统计分析数据,及时危险预警提醒展示;还可在现场LED电子屏大幕展示环境数据,方便农作人员合理种植作业;实现全方位实时监控大田/温室作物生长环境状况,节省了人力物力,有效提高农业管理的效率。

 

农业物联网信息化平台

农业物联网信息化后端展示 

八、方案应用价值

  1)生产效率提升。农业物联网信息化实现了生产管理的远程化、自动化以及智能生产管理和流通过程更加快速、高效,提高了单位时间的生产效率。同时,还实现了生产管理的精准化,提高了单位面积、空间或单位要素投入的产出比率,即提高了投入产出效率。

  3)能源资源的成本节约。过去基于感性经验的农业生产和管理方式,能源资源浪费较为普遍,农业灌溉、施肥、用药过度等行为产生了能源资源的浪费问题,增加了能源资源投入成本。物联网技术的应用使精准化农业生产管理方式得以实现,能源资源投入成本得以节约。

  4)农产品经济附加值增加。在农业物联网技术下,农业生产和管理精确可控,肥料和农药添加等用量精确科学可控,其残留率可得到有效控制。

5)带动农业物联网运营模式发展。农业物联网技术除了提升农业自身的农作发展外,还可以带动循环流转成本降低。这里的循环流转成本主要指物流成本、交易成本和代理成本。借由农业物联网技术,农产品具有了身份标识,其生产、管理、交换、加工、流通和销售等各环节的产品信息实现无缝对接,可以实现农产品的自动归类、分拣、装卸、上架、跟踪等,降低了物流成本。

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