基于物联网的智慧农业技术解决方案.docx

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基于物联网的智慧农业技术解决方案

基于物联网的智慧农业技术解决方案

项目概述

项目背景

巩固农业基础、实现农业现代化，一直是我国现代化建设的重要目标和重点任务。

加快发展现代农业，既是转变经济发展方式、全面建设小康社会的重要内容，也是提高农业综合生产能力、增加农民收入、建设社会主义新农村的必然要求。

农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智慧化的程度尤为重要。

农业、农村的信息化是国家信息化、现代化的基础和重要组成部分，没有农业、农村的信息化、现代化就没有整个国家的信息化和现代化。

党和国家高度重视农村农业信息化建设，中央1号文件连续6年明确指出，要加快推进农村信息化建设工作。

2010年出台的《十二五规划》中将推进农业现代化，作为“十二五”时期的一项重大任务，将坚持解决好农业、农村、农民问题作为全党工作重中之重，从加快转变农业发展方式的关键环节入手，明确提出了完善现代农业产业体系，发展高产、优质、高效、生态、安全农业，促进园艺产品、畜产品、水产品规模种养，加快发展设施农业和农产品加工业、流通业，促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化作为现代农业发展的重点任务。

因此，促进信息化与农业现代化的融合，加快推进农业发展方式的转变，将为建设现代农业产业体系，提升我国食物安全和农产品可靠供给保障的可持续能力发挥重要的作用。

物联网本身是针对特定管理对象的“有限网络”，是以实现控制和管理为目的，通过传感器、识别器和网络将管理对象连接起来，实现信息感知、识别、情报处理、态势判断和决策执行等智能化的管理和控制。

近年来，在加快推进农业信息化，利用现代信息与通信技术推进新的农业科技革命的大气候影响下，物联网技术在农业生产和科研中的起到了长足的发展与应用，促使现代农业依托新型信息化应用上迈出了一大步，逐步实现了由粗放的农业经营管理方式向科技的精准管理模式的转变，从而提高了农产品的质量安全，推动了现代农业的发展。

物联网产业的发展，为实现农业、畜牧业的信息化、产业化提供了前所未有的机遇。

同时，农业、畜牧业也为物联网产业的发展提供了最为广阔的应用平台。

未来大到一头牛，小到一粒米都将拥有自己的身份，人们可以随时随地通过网络了解它们的地理位置、生长状况等一切信息，实现所有农牧产品的互联。

现状分析

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通存在，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，加速智慧农业的实施，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。

具体而言，智慧农业需要解决以下问题：

●如何将科研单位的科技成果快速、直接并有效地服务于实际农业生产？

●如何让科研技术及时为农民解决实际的生产问题？

●如何建立科研人员与农业生产者之间的良好的信息沟通渠道？

●如何让农业生产者及时获取最新的科研成果并将其应用于实际生产中？

●如何让农业生产者及时获取和预测市场供求信息？

●如何让农业相关的运营者及时获取准确的农业产品生产现状，从而为农业生产提供保障？

●如何让农产品消费者及时快捷地获取消费农产品的溯源信息而保证食品安全性？

●如何农业管理者及时获取农产品产业信息实现统筹管理？

●……

综上所述，智慧农业并不是解决一个简单地建立几个物联网智能大棚，建立几个农业服务信息亭就能实现的，而是要从整体上进行规划，从全局角度全盘统筹考虑，整体规划，从农业生产的源头科技研究开始，提高育种、生产、运输、销售等农业生产的各个环节的信息化水平，形成一个完整的闭环节农业产业信息化体系，逐步形成集约化生产、产业化经营、社会化服务、市场化运作的现代农业模式。

技术方案

设计思路

构建一体化业务支撑平台，形成农业产业体系

国家“十二五”规划中明确提出，将完善现代农业产业体系作为“十二五”的重点建设任务，因此，智慧农业的建设也应以建设一体化的农业产业体系作为目标，在完善与提高农业生产过程中各个环节的信息化水平的基础上，构建统一业务支撑与信息管理平台，完成对科学育种、科学生产、数字物流、精准销售等各个环节的有效管控，并逐步形成现代农业产业体系，同时，依据业务协同的需求，整合了科研、农委、企业等相关机构的应用系统，实现了跨部门、跨区域的数据共享利用与应用协同，从而真正形成了一体化的产业体系。

制定并完善农业产业体系标准，促进农业信息标准化

本着标准先行的原则，在应用系统的建设过程中，依据以往建设的经验，结合用户实际业务需求，系统制定的机动车信息数据管理标准，不仅满足了本系统应用整合、数据共享利用的需要，同时，也为各级主管部门进行信息汇总、审查、分析、决策提供了基础，对于未来新建系统与数据共享交换也有“统一规范、统一设计”的指导作用。

在智慧农业的信息化建设中，规范与外部系统数据交换标准的功能，并制定相应的技术标准、技术要求和检测机制。

需要建立农产品科研、生产、检测、运输、销售等相关的数据标准，同时，针对各个相关应用系统数据共享交换的要求，建立了相关信息的数据交换标准及应用接口的标准，为未来的系统扩展和数据利用，提供了坚实的标准依据。

注重信息数据共享，促进农业协同化

结合农业产业体系业务建设需求，依托统一数据标准，基于相关应用系统的建设，构建农业统一数据共享中心，实现农业数据统一存储、统一管理，为协同应用与科学决策提供数据基础，并以数据统一管理，应用统一整合为基础，使跨部门、跨应用的协同成为可能。

本系统的建设在保证信息安全的前提下，注重跨部门、跨应用的数据共享和应用互联互通，加强数据整合与存储的技术创新，实现局域、广域、异构操作系统和数据库环境下的信息集成，进一步满足了跨部门、多行业的协同作战工作要求，提升了整体工作效率。

加强并引入信息化技术，推动农业生产智能化

通过物联网技术实现对温室的控制，并达到最优化，实现随时随地通过网络远程获取温室状态并控制温室各种环境，使作物处于适宜的生长环境，提高设施蔬菜平均产量；提高温室单位面积的劳动生产率和资源产出率。

基于物联网技术，建立农田土壤检测与分析、农产品残留检测、农产品溯源追踪，提高农业生产的科技含量，提高农业生产的生产效率，保障农产品的安全性。

针对不同类用户，提供人性化服务

农业产业体系涉及多类用户，不同用户群体差异较大，因此，在应用系统的建设过程中，需要针对不同的用户水平，结合用户的业务需求与使用习惯，在考虑统筹规划和顶层设计的同时，兼顾人性化的设计，满足各级业务单位和不同用户不断扩展的应用需求，贴近工作人员的操作习惯，并考虑到工作环境的特殊性，使人员与计算机的交流变得更便捷、更顺畅和更安全，有利于提高工作科技含量、改进管理方式和提高信息服务水平。

关注用户使用体验，增加系统的可视化效果

系统的建设充分发挥可视化的作用，借助图形化手段，将繁杂枯燥的各类数据，通过曲线图、折线图、饼状图等方式清晰、有效、形象地展现出来，从而使用户更直观、更便利。

效果展望

智慧农业的建设将为各类农业相关用户提供一个安全可靠、方便使用的数字化环境，提供不受时空限制的资源共享和个性化服务等，从而各类用户提供有效的技术支持和服务功能，促进农业产业体系信息化上升到一个更高的层次。

为此，通过智慧农业的建设，期望可以实现以下几点效果：

以人为本的用户环境

智慧农业必须以用户为核心组织信息资源与服务，需要建立个性化的用户环境，建立按需访问的用户界面，为用户提供个性化的贴切服务，使用户登录进入业务支撑与信息服务平台后，展现在他面前的是他希望看到的和有权看到的信息与服务。

关联的应用环境

关联的应用环境是智慧农业的核心，是实现跨系统的流程整合、信息整合的关键所在。

通过对业务系统进行合理划分，规范系统间的调用接口，以实现业务系统间的信息畅通。

并通过信息整合与流程优化，支持跨业务系统的信息内容关联、管理流程关联、信息服务关联，实现全局畅通的信息流，形成关联整合的应用环境。

集成的数据环境

集成数据环境对数据进行有序组织和集中管理，实现农业数据管理的标准化、集成化、权威化，确保数据的完整性、一致性、有序性、共享性和可管理性，为业务系统和最终用户提供方便、高效、安全的数据存储和访问服务。

高可信的安全环境

安全问题是自始至终贯穿于信息化建设各个层面中非常重要的问题，构建一个完善、良好的安全环境，确保农业信息化各个层面上关键信息的保密性、完整性、可用性和不可否认性，实现农业产业信息环境的可控、可信、可查。

设计原则

1、系统的标准化

系统建设应坚持标准化，遵循国家和行业相关业务、管理和技术规范标准。

2、技术的先进性

系统应采用成熟、先进的技术，建设符合信息技术最新发展潮流的基础架构，确保系统技术的先进性和前瞻性，保证投资的有效性和延续性。

3、软件的适用性

系统的建设应切实满足用户的实际业务需求，具有较高的适用性。

4、软件的实用性

系统建设应充分考虑使用人员的能力和素质、专业结构、部门业务需求情况，做到易学易用、操作简单、尊重使用人员工作习惯；并具有一定的数据自动校验功能。

5、系统的稳定性

系统的建设规划要充分考虑系统投入运行后即作为生产系统，保证7×24小时服务：

一是要求应用系统首先是成熟可靠的；二是要求具有备份功能和措施；三是要求具有高的容错及故障恢复能力，在出现意外时能够隔离故障区，保护重要数据，通知管理人员做人工干预，避免灾难性后果发生。

6、系统可维护性

系统应能通过集中控制台方便地配置、监视、控制、诊断整个系统，并且能够监视和控制用户情况、提高效率、消除隐患。

运行环境根据需要发生变化时，包括新的硬件和软件（含系统软件和数据库）投入使用后，应保证该系统的正常运行。

7、系统可扩展性

系统的建设必须考虑到与已有系统、其它单位系统以及将来待开发系统之间的互联，因此在满足目前需求的前提下，设计时还要分析并预测未来的发展。

应保证设计的应用系统具有良好的二次开发功能，以利于今后的扩展。

对于未来的发展，要立足在现有的基础上升级改造，保护现有投资。

8、系统可管理性

系统的部署、使用及管理以简便、易于操作、方便实用为准则，采用基于Web方式管理系统，降低系统管理、维护成本，提高系统的可管理性。

9、系统的安全性

系统建设应充分考虑用户、应用、网络方面的安全性要求，防止来自外部非法的访问。

应具有用户的身份认证和权限管理，对应不同的应用层次。

既能保证不同用户高效、快速地访问控制授权范围内的系统资源，也能有效地阻止用户之间的非法侵入、非授权访问。

对关键的设备和系统还有完善的安全性保护方案。

10、系统的可移植性

所有组件均可安装在常见厂家的Java应用服务器上。

并可以兼容不同的操作系统。

建设目标

利用网络平台技术、运用云计算、物联网等现代信息化技术，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，实现信息技术对现代农业的支撑能力显著增强，实现对涉农部门服务质量和管理水平效果明显提高，实现对农民文化、意识、观念的转变以及农民收入的贡献率明显提高，进而实现农业信息数字化、农业生产自动化、农业管理智能化，从而构建低碳节能、高效高产、绿色生态的现代农业体系。

智慧化农业建设需要加大现代信息技术在农业生产中的应用，稳固农业的基础地位；加大现代信息技术在农业经营中的应用，提高农业产业化水平；加大现代信息技术在涉农部门政务管理中的应用，提高政府服务三农的水平；加强基层农村信息服务体系建设，提高基层农民获取信息的意识和能力，从而最终实现农业科研信息化、农业生产管理信息化、农业经营管理信息化、农产品市场流通信息化、农业资源环境信息化、农产品消费信息化。

总体架构

智慧农业是以物联网为基础，以信息化技术为支撑构建统一业务支撑与信息管理平台，实现对于科研、生产、物流、销售等各个农业生产环节的信息化管理，实现科学指导、高效生产、科学预测、精准销售、数据决策。

其总体架构如下图所示：

智慧农业主要是以现代的信息化手段为支撑，通过液雨传感器、环境温度传感器、摄像头等各类传感采集设备，及时准确采集监测对象的各类数据，并通过移动互联网、无线网和3G等传输网络，将相关数据资料集中存储在业务支撑和信息管理平台，为相关的业务应用服务提供支撑，从而实现对于农业生产整个过程的监测与科学指导。

基于智慧农业的总体架构，智慧农业的建设需要通过网络融合、数据融合、应用融合，从而实现智慧化科研、生产、管理和服务。

智慧农业的功能模型从下向上可以分为感知层、网络层、数据层、支撑层、应用层和服务层六大层次，同时，这六大层次的建设又是以标准规范体系和信息安全体系为依据，从而保证系统整体建设的统一性、标准性和安全性。

其功能架构模型如下图所示：

由上图可知，建设智慧农业的需要完成以下重点任务：

1、完善农业信息化基础设施，构建智慧感知网体系

充分发挥数字化信息采集和监控的功能，构建以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础的智慧感知网，实现智能、全面、深度的感知，形成包括生态环境、农业生产、物流运输、市场贸易等在内的、覆盖农业生产线组成部件的智能互联感知网络，为智慧农业综合应用和建设智能化、泛在化的信息感知网络。

2、建设信息共享平台，形成智慧农业资源体系

数据资源是智慧农业建设的灵魂，它是通过一体化的数据采集、数据资源管理和信息服务的业务服务平台，将不同来源、不同类型、不同应用的数据进行规范、整合，形成“智慧农业”的数据资源体系，并对外提供统一的数据共享和信息服务，形成智慧农业的“知识库”。

建设基于云计算平台构建数据中心，完成数据的采集、清洗、存储、分发和共享；为数据分析、生产预测、领导决策提供数据支撑。

3、建设典型应用系统，构建智慧应用服务体系

●推进农业信息服务技术发展，建立科研项目管理与专家智能服务系统，提高科研生产的服务能力

●推动并扩大物联网等现代化信息技术在农业生产中的应用，建设气候、土壤、水质等农业生产环境检测、分析、研判，病虫害预测与预警等综合系统，合理选配农产品种，科学指导生态轮作，提高农业生产的技术含量与生产效率。

●加强农产品生产信息采集与市场行情收集工作，建立并完善农产品物流信息化系统，实现生产与销售的有效结合，加大精准销售，提高农业生产经营信息化水平，逐步形成农产品现代流通方式。

●建设农产品质量追溯信息化示范工程，通过在生产（加工）环节给农产品本身或货运包装中加装RFID电子标签，并在运输、仓储、销售等环节不断添加、更新信息，从而搭建有机农产品安全溯源系统，建立农产品信用体系加强农业生产、加工、运输到销售等全流程数据共享与透明管理，实现农产品全流程可追溯，提高了农业生产的管理效率，促进了农产品的品牌建设，提升了农产品的附加值

●有效地整合和管理各个农业子系统，在资源约束和经济效益最大化约束条件下，统筹管理整个农业体系，建立农产品产业体系共享数据中心，避免顾此失彼的分散管理模式，做到集约管理和经营，为国家的农业宏观规划和管理打下基础。

加强政府监管与服务能力，合理有效利用农业资源，提高政府部门服务能力，保持可持续的发展环境。

●强化农村智能化信息服务，充分考虑到农民对信息的需求千差万别，以及地区经济发展水平存在差异，突出信息“个性化、多样化服务”的特点；充分运用计算机网络技术、远程呼叫技术、无线寻呼技术和便携式信息终端产品，利用现代信息处理技术将涉农信息进行有效集成、整合，建立信息收集、处理、传播、应用一体化的模式，实现“三网合一”，最大限度满足处于不同信息化水平用户的需要，指导农业的产前、产中和产后各个环节。

4、完善智慧农业环境，构建智慧农业管理体系

智慧农业的建设具人涉及部门多、建设周期长、业务及应用复杂、技术门户繁杂等特点，整个系统的建设不是一朝一夕的事情，所以，构建智慧农业管理体系是整个系统建设的关键。

需要遵循统一规划、统一部署、分步推进，以点带面的原则，成立相关的专项部门，配置专职的人员，明确职能责任，推动系统的建设工作，同时，还需人才培养、观念转变、政策制度制定等多方面给于保障。

建设内容

以物联网为基础，以信息化技术为支撑构建统一业务支撑平台，实现对于科研、生产、物流、销售的各个农业生产环节的信息化管理，实现科学指导、高效生产、科学预测、精准销售、数据决策。

●推进农业信息服务技术发展，建立科研项目管理与专家智能服务系统，提高科研生产的服务能力

●推动并扩大物联网等现代化信息技术在农业生产中的应用，建设气候、土壤、水质等农业生产环境检测、分析、研判，病虫害预测与预警等综合系统，合理选配农产品种，科学指导生态轮作，提高农业生产的技术含量与生产效率。

●加强农产品生产信息采集与市场行情收集工作，建立并完善农产品物流信息化系统，实现生产与销售的有效结合，加大精准销售，提高农业生产经营信息化水平，逐步形成农产品现代流通方式。

●建设农产品质量追溯信息化示范工程，通过在生产（加工）环节给农产品本身或货运包装中加装RFID电子标签，并在运输、仓储、销售等环节不断添加、更新信息，从而搭建有机农产品安全溯源系统，建立农产品信用体系加强农业生产、加工、运输到销售等全流程数据共享与透明管理，实现农产品全流程可追溯，提高了农业生产的管理效率，促进了农产品的品牌建设，提升了农产品的附加值

●有效地整合和管理各个农业子系统，在资源约束和经济效益最大化约束条件下，统筹管理整个农业体系，建立农产品产业体系共享数据中心，避免顾此失彼的分散管理模式，做到集约管理和经营，为国家的农业宏观规划和管理打下基础。

加强政府监管与服务能力，合理有效利用农业资源，提高政府部门服务能力，保持可持续的发展环境。

●强化农村智能化信息服务，充分考虑到农民对信息的需求千差万别，以及地区经济发展水平存在差异，突出信息“个性化、多样化服务”的特点；充分运用计算机网络技术、远程呼叫技术、无线寻呼技术和便携式信息终端产品，利用现代信息处理技术将涉农信息进行有效集成、整合，建立信息收集、处理、传播、应用一体化的模式，实现“三网合一”，最大限度满足处于不同信息化水平用户的需要，指导农业的产前、产中和产后各个环节。

重点应用建设

智慧农业一体化平台

概述

智慧农业是以物联网为基础，以信息化技术为支撑通过对于科研、生产、物流、销售的各个农业生产环节的信息化管理，实现科学指导、高效生产、科学预测、精准销售、数据决策。

因此，构建智慧农业一体化平台，完成对于农业科技管理、农业生产过程管理、农产品物流与商贸管理，从而实现对于农业生产整个环节的闭环管理。

该平台属于综合性平台，面向农业科技人员、农业生产人员、农业运营及销售等各类人员，平台以相关的各个环节应用系统为支撑，通过采集、存储各类数据，从而实现统一管理、统一协调、分析预测和决策分析等功能。

总体架构

智慧农业一体化平台以智慧农业感知设备为依托，以智慧农业相关应用系统为基础，通过数据采集、数据抽取，将相关数据通过清洗、校对、核准后通过分数，实现对于农业信息的采集与发布、农业资源动态监测展示、电子物流与商贸管理等，最终实现信息查询、决策分析和信息订阅，为最终的用户提供全方面的信息管理与服务，其总体架构如下图所示:

功能说明

智慧农业一体化平台主要包括农业信息采集发布、农业资源动态监测、精准农业示范、智能物流与电子商贸、信息管理与分析决策等功能，其主要功能架构如下图所示：

⏹农业信息采集发布：

主要是依托农业基础传感设备或智能农业应用系统采集的数据，将相关信息抽取到平台，并依据生产需求，对外发布相关农业信息。

主要包括遥感信息采集、GPS数据采集和人工数据报送等。

⏹农业资源动态监测：

主要是通过土地变化监测、气象监测和农作物生长情况的监测，实现对于农业生产资源的动态监测，为农业生产者提供生产的保障与支撑，同时，通过种植面积与种类的监测与信息收集，实现对于未来农产品的市场预测，从而为合理调配农机具、农药、化肥、物流配送、销售导向提供事先的数据支撑。

⏹精准农业示范：

主要通过平衡施肥专家系统、植保专家系统、耕地地方调查等科技手段实现对于农业生产的科技指导，提高农业生产中的科技含量，从而提高生产效率。

⏹智能物流与电子商贸：

主要是通过对于农业产品物流配送环节的智能管理，实现对于农产品的智能化物流与配送，从而实现农产品的快速运输，加快农产品的运输效率，同时通过电子商贸系统，完成对于农产品的电子商务功能，提升农产品的销售网络化，从而为农产品销售提供网络渠道。

⏹信息管理与分析决策：

信息管理与分析决策为系统的使用者提供农业生产各个环节的信息管理，主要包括农业资源信息、农业生产信息、农业灾害信息等，从而全面了解农业生产的上下游运营情况，从而实现对于整个农业产业体系的宏观了解与调控，同时，通过相关信息数据的分析统计，为相关部门或领导进行宏观调控、决策分析提供数据的支撑。

⏹信息服务：

主要是依据各类用户的信息需求提供信息服务，主要包括信息查询、信息订阅和多渠道信息推送等，使其更好地服务于农业生产解决信息隔离信息不对称的问题。

⏹可视化分析功能：

空间查询：

基于空间信息的查询功能，并能将查询结果以图文一体化报表的方式输出给用户。

基于空间信息的统计：

通过设定时间、空间、属性条件进行统计，并将统计结果以图文一体的报表输出。

空间分析：

对各种空间关系进行分析，并将分析结果以图文一体化的报表方式输出，为管理决策提供参考。

制图输出：

对专题符号库进行增加、删除与编辑，显示农业专题图并打印农业专题图，农业专题图包括以矢量图、影像图和三维属性高程模型为基础的专题图。

⏹综合报表分析功能：

报表输出：

根据用户的需求和提供的各种报表的格式设计出各种报表模板，以满足用户的不同要求。

报表分析：

主要是通过建立各种模型，对数据进行分析，输出分析结果并对相关决策提供参考。

农业资源数据中心

综述

农业资源数据中心建设的目标是将大量的农业生产信息通过采集、清洗、核准后实现统一存储、统一管理，实现数据的共享和集中管理，保障数据的安全，也为数据的挖掘分析提供决策分析创造条件。

农业资源数据中心的数据架构如下图所示：

（1）农业专家数据库。

主要收录国内、省内、市内外知名农业专家，包括作物栽培、植物保护、育种、畜牧业、林业、水产业等大农业范畴的各个领域，收录内容以个人基本资料、主要事迹介绍、主要科研成果、主要科研方向、科研成果产业化程度等为主，兼收现工作单位、联系方法等信息。

该数据库主要面向农业科技人员，有利于他们掌握现代农业的发展规律和发展趋势，为他们的科研活动提供必要的帮助信息。

（2）农业实用技术数据库。

主要收录公开发表的大量的技术文章。

（3）农业政策法规、质量标准数据库。

收录国家和地方农业方面的政策法规，农业行业标准和行业规范等。

（4）农业产业化龙头企业数据库。

收录省内外涉农企业的名称、联系方法、企业规模、主要业务范围等信息。

该数据对于当地政府的招商引资、农产品的销售、农副产品的加工、农资的购买具有指导意义。

（5）农业人才数据库。

收录省内外农业科技人才信息，农业技术人员是农业信息化的主要力量，