智慧农业物联网解决方案.docx
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智慧农业物联网解决方案
智慧农业物联网解决方案
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1背景与意义
党的十八大报告明确提出，加快完善社会主义市场经济体制和加快转变经济发展方式，使经济发展更多依靠现代服务业和战略性新兴产业带动，同时强化需求导向，推动战略性新兴产业、先进制造业健康发展。
2016年国务院发布《国家战略性新兴产业“十三五”发展规划》，提出发展战略性新兴产业要实现产业创新能力大幅提升，创新创业环境更加完善，国际分工地位稳步提高，引领带动作用显著增强;到2018年，战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重达到8%左右，对产业结构升级、节能减排、提高人民健康水平、增加就业等的带动作用明显提高;到2020年，力争使战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重达到15%,成为国民经济和社会发展的重要推动力量。
与此同时，各行业、各地区也积极落实和部署本行业、本地区战略性新兴产业的发展;企业也纷纷进入战略性新兴产业领域，约70%的中央企业都制定了战略性新兴产业发展战略，战略性新兴产业已经进入快速发展和实践阶段。
2016年国务院发布《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》（一下简称《意见》）。
自2009年8月国家总理在无锡提出“感知中国”的概念之后，全国便涌起了发展物联网产业的热潮。
截至2015年年底，全国便已有超过90%的省份将物联网作为支柱产业，几乎所有一、二线城市都涉足物联网产业园的发展。
时至今日，国内物联网产业已经到了该科学谋划、有序健康发展的关键时点。
《意见》提出了九项主要任务，推动了六项保障措施，还提出到2018年，要实现物联网在经济社会重要领域的规模示范应用，突破一批核心技术，初步形成物联网产业体系，安全保障能力明显提高。
未来要实现物联网在经济社会各领域的广泛应用，掌握物联网关键核心技术，基本形成安全可控、具有国际竞争力的物联网产业体系，成为推动经济社会智能化和可持续发展的重要力量。
1.1建设现状
农业物联网应用可以贯穿农业生产经营全过程。
归纳起来，在以下五个环节应用成效明显：
一是在农业资源的精细监测和调度方面，利用卫星搭载高精度感知设备，获取土壤、墒情、水文等极为精细的农业资源信息，配合农业资源调度专家系统，实现科学决策;二是在农业生态环境的监测和管理方面，利用传感器感知技术、信息融合传输技术和互联网技术，构建农业生态环境监测网络，实现对农业生态环境的自动监测;三是在农业生产过程的精细管理方面，应用于大田种植、设施农业、果园生产、畜禽水产养殖作业，实现生产过程的智能化控制和科学化管理，提高资源利用率和劳动生产率;四是在农产品质量溯源方面，通过对农产品生产、流通、销售过程的全程信息感知、传输、融合和处理，实现农产品“从农田到餐桌”的全程追溯，为农产品安全保驾护航;五是在农产品物流方面，利用条形码技术和射频识别技术实现产品信息的采集跟踪，有效提高农产品在仓储和货运中的效率，促进农产品电子商务发展。
从地方应用情况看，全国很多省市开展了农业物联网的相关研究和应用试点，从全国范围来看，北京、江苏、浙江、黑龙江和安徽等地农业物联网应用成效比较突出。
北京市重点开展了农业物联网在农业用水管理、环境调控、设施农业等方面的应用示范，实现了农业用水精细管理和设施农业环境监测;黑龙江省侧重在大田作物生产中搭建无线传感器网络，借助互联网、移动通信网络等进行数据传输及数据集中处理和分析，支撑生产决策;江苏省开发了国内领先的基于物联网的一体化智能管理平台，侧重在设施农业、畜牧水产养殖等方面进行探索，并在生猪、食用菌等生产领域初步形成比较成熟的商业模式，企业应用积极性很高;浙江省重点在设施花卉方面应用物联网技术，各项环境指标通过传感器无线传输到微电脑中，实现了花卉种植全过程自动监测、传输控制;安徽省明确提出全面推动农业物联网发展，率先探索“顶层设计、整体推进、典型示范”的农业物联网应用发展模式，据了解，目前小麦“四情”监测项目建设已经启动。
此外，河南、重庆、辽宁和内蒙等地也开展了一些探索工作。
从我国相关技术产品研发情况看，近年来，我国在农业物联网关键技术和产品研发方面取得了一些进展，为农业物联网的集成应用奠定了基础。
在农业生产方面，开发了高精度植物生命信息获取设备、动物行为信息传感器、环境信息传感器，作物长势分析仪、作物成像光谱仪等一批作物信息监测和诊断仪器，具备实时获取动植物生长发育信息的技术手段和能力;在农产品质量追溯方面，完成了农产品产地信息实时采集与传输技术的开发工作，构建了农产品产地认证数据平台，初步建立了应用评价系统和农产品产地安全数字化预警模型，开发了便携式质量全程跟踪与溯源终端产品;在农产品流通方面，制定了农产品电子标签信息分类和编码规则，突破了一维与二维条码混合标记的技术难题，开发了电子标签中间技术，研制了电子标签读写设备，初步构建了农产品物流信息管理和农产品电子交易信息管理平台。
1.2建设意义
智能农业改变了粗放的农业经营管理方式，可以提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展，对提升改造传统农业具有重要的意义。
但是“智能农业产业”的范畴还有待进一步明确。
根据目前智能农业的发展现状，其产品呈现以下特征;一是参与企业众多，除去传统农业中农业种植、加工、流通、分销企业以外，还有通信、集成电路、软件、智能化设备和服务提供商等企业参与现有农业产品中。
二是商业模式创新不足，智能农业发展还处于初级阶段，新进入的很多企业缺乏成熟的商业模式，因而企业无法独自推出合适的解决方案。
三是相关产品具有很高的技术含量，是现代通信技术、半导体技术、信息技术与电力技术高度融合的高科技产品。
四是缺乏智能农业领域的高端技术人才，无法短期内解决大量在智能农业中面临的技术难提。
根据智能农业的上述特征和对产业链的深度剖析，智能农业的建设覆盖种植（养殖）、加工、仓储、物流、销售五个价值链环节;从产品结构来看，可以分为智能农业基础设施设备研发制造、农业自动化设备研发制造、农业信息化技术研发、农业通信技术研发制造、智能农业运营与增值业务开发以及智能化终端制造研发。
因此，智能农业产业链可以通过下图（智能农业产业链结构图）
智能农业产业链结构
2指导思想与建设目标
2.1指导思想
以科学发展观为指导，紧紧抓住国家发展现代农业和实施发展规划的战略机遇，立足于科技优势，围绕着创新型推动，绿色化发展，集群式布局，产业链延伸，国际化提升的原则，通过信息化促进特色产业发展。
以杨凌示范区信息化综合服务平台和宽带网络的广泛覆盖为支撑，以全区城乡一体和智慧化发展均等服务为目标，推进“智慧杨凌”建设;从现代农业示范领域以智慧农业发展为目标，推进以全面感知、广泛互联、科技管控、深度应用、灵活互动为主要特征的“智慧农业”建设，引领全区信息化梯度发展。
中农互联农业物联网是全国级专业定位于农业物联网的高科技企业，长期以来致力于借助物联网、云计算和移动互联等新一代信息技术手段，发展优质高产高效农业，打造从农田到餐桌，覆盖生产、加工、物流、销售、消费五大领域的全产业链质量追溯体系，从而协助政府和企业解决中国的粮食安全和食品安全问题，推动农业“两高一优”发展，实现农业经济效益、社会效益、生态效益大提升。
我们立足建立以一个区级智慧农业综合服务平台;三个综合应用平台：
农产品质量安全溯源平台、以发展各地电子商务平台和物联网应用平台;9个应用子系统，涵盖园内果树、大田（小麦、玉米）、鲜蔬、牲畜、家禽、种苗、沼气等各类物联网应用。
2.2建设原则
为了更好地将杨凌打造成全国领先的现代农业示范区，为园区企业提供一流的配套服务，带动农业产业转型，园区物联网建设需从顶层设计，采取统筹规划、分步建设、稳步推进的建设原则。
软件平台采用B/S体系结构。
总体设计坚持以下原则：
（1）高性能
网络和软件平台满足为不同业务提供服务质量保证（QoS）的需要，充分考虑将来业务量的增大，保证当前及今后一定时期内网络和软件的高效与通畅。
（2）可扩展性
随着应用规模的发展，系统能灵活方便地进行硬件或软件系统的扩展和升级，具有良好的开放性和可扩展性，以适应系统规模和应用功能的不断完善和扩展，包括用户数量上的可扩展性（或性能可扩展性）和业务上的可扩展性（或功能可扩展性）。
设计全面考虑与其它信息系统的接口，保证各系统间的数据交换无瓶颈、无障碍。
（3）可靠性和安全性
网络的可靠性和安全性是网络设计中需要考虑的一个主要原则。
在设计中选用高可靠性网络产品，合理设计网络架构，尽可能利用成熟技术。
软件平台在网络、操作系统、数据库、应用软件等各个层次采取有效的安全措施和技术手段保证系统平台和数据的安全，防止系统及数据被非法访问和破坏，保证系统的高度可靠性和安全性，满足系统全天候运行的要求。
（4）标准开放性
网络方面支持国际上通用标准的网络协议、动态路由协议等开放协议，有利于与其它网络之间平滑连接互通，以及将来网络的扩展。
软件方面依照国家的有关标准和规范，采用开放构件技术进行建设，统一规划、统一工作标准、统一业务流程、统一软硬件平台、统一数据编码，系统能够提供开放的客户接口，可方便地进行自身拓展和实现与其他相关系统的无缝连接。
（5）可管理性及易维护性
系统建设采用集中式管理，具备良好的可管理性，便于对系统统一管理、统一监控，降低管理成本，方便系统管理员的管理，并在系统发生任何问题的时候都能够很容易地进行诊断，并立即采取有效的措施，使得系统时刻处在良好运行的状态。
（6）先进性和成熟性
软件开发必须保证技术的先进性，以避免在软件交付使用后过早面临被淘汰的危险，同时软件开发所采用的技术必须是成熟的技术，以免技术不成熟给系统运行造成困难
（7）参数化设计和灵活性
系统将基础台账、业务属性、流程管理等设计为参数配置，这样可以按不同的情况灵活设置，以保证系统应用程序的灵活性。
2.3建设目标
（1）建设农业信息化示范工程。
（2）建设现代农业示范区信息化建设工程。
（3）建立现代农业信息资源和服务平台。
2.4建设内容
（1）农产品溯源系统。
采用二维码、RFID、物联网等先进技术，以“产品追溯”为主线，对杨凌示范区的农民专业合作社、涉农企业的农产品进行追溯跟踪。
（2）涉农企业电子商务平台。
依托示范区综合服务平台建设杨凌涉农企业电子商务平台。
为涉农企业提供安全、可靠的网上交易平台，信息发布平台，供求关系平台。
重点建立以大宗鲜活农产品交易为主的产销对接系统。
（3）旱区多遥感平台农田信息精准获取技术集成与应用工程。
包含耕地质量监测数据获取综合快速空间信息分析与服务系统、多尺度作物产量监测预报系统、无人机遥感信息处理监测集成系统、即时服务和精准作业集成系统等。
3总体架构
3.1总体框架
3.2技术架构
4应用体系
4.1应用体系架构
4.2平台规划
智慧农业下设三个主要的应用平台，共有10个子系统组成。
4.2.1指挥决策平台
4.2.1.1平台概述
指挥决策平台
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，提高杨凌区农业信息化水平，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。
4.2.1.2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、建立视频监控指挥平台，对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。
农业生产指挥调度应用模拟图
4.2.2农产品质量安全溯源平台
4.2.2.1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。
4.2.2.2平台功能
以蔬菜为例，如输入青椒的追溯码标签，可查询出该青椒的全程追溯信息，如图：
（图查询窗口）
（图产品介绍）
（图贮藏信息）
（图包装信息）
（图加工信息）
（图原料信息）
4.2.3电子商务平台
4.2.3.1平台概述
平台业务框架
B2B电子商务交易平台是专业服务于农业企业（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，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。
4.2.3.2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。
4.3应用系统规划
4.3.1农产品及食品质量安全溯源系统
4.3.1.1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。
4.3.1.2溯源体系
养殖类产品溯源体系
4.3.1.3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。
4.3.2大田“四情”监测调度管理系统
4.3.2.1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。
4.3.2.2“四情”监测体系
小麦（玉米）“四情”监测调度系统应用架构，如图所示：
小麦（玉米）“四情”应用架构图
4.3.2.3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。
多田监控
图片监控
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）。
统计分析
评价分析
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。
4.3.3设施蔬菜精细化种植应用管理系统
4.3.3.1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。
4.3.3.2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：
4.3.3.3业务流程
蔬菜精细化种植业务流程
4.3.3.4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。
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。
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