规模化粮食生产经营基地物联网示范工程方案0731.docx
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规模化粮食生产经营基地物联网示范工程方案0731
规模化粮食生产基地物联网示范工程总体方案
河南腾图电子科技有限公司
2016年8月
目录
1、项目概述3
2、总体方案4
2.1项目建设原则4
2.2平台构架5
2.3平台功能6
2.3.1病虫草害监测7
2.3.2土壤数据监测8
2.3.3环境数据监测9
2.3.4视频监控9
2.3.5农技服务10
2.3.6专家在线11
2.3.7即时通讯12
3、投资预算13
3.1投资估算分析13
4、总结17
1、项目概述
（一）前言
在农业生产过程中，农作物的生长与自然界的多种因素息息相关，其中包括大气温度、大气湿度、土壤的温度湿度、光照强度条件、二氧化碳浓度、水分及其他养分等等。
传统农业作业过程中，主要依靠人的感知能力对这些影响农作物生长的因素进行管理，存在着极大的不准确性，农业生产也就沦为一种粗放式管理，达不到精细化管理的要求。
随着科学技术的发展，伴随着城镇化改革的进行，在农业生产过程中，越来越多的劳动力被解放出来，劳动力成本不断增加，传统农业无法得到进一步的发展，也逐渐滞后于社会整体的发展。
因此，对传统农业的要求在不断提高，先进的信息技术在农业生产过程中应用越来越普遍，智慧农业随之产生。
对于规模化的粮食作物种植而言，单靠人工管理需要大量人手，耗力费时，并且存在难以避免的人工误差。
（二）需求分析
1、项目建设是民生所向。
目前我国粮食生产实现“十一连增”，农民增收实现“十一连快”。
然而在粮食连年丰收的背后，我国农业持续发展的压力明显加大，通过推进农业智能化建设，加快农业发展方式的转变，从依靠拼资源消耗、拼农资投入、拼生态环境的粗放经营，尽快转到注重提高质量和效益的集约经营上来，将推动“物的新农村”和“人的新农村”建设齐头并进。
农业已成四化“短板”，推进农业智能化刻不容缓。
2、项目建设是行业发展趋势。
智慧农业已成为合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境及农业可持续发展的前沿性农业科学研究热点之一。
智慧农业技术的引进和应用会给我国农业发展带来新的机遇,为我国推广、应用和发展现代化农业起到示范和推动作用。
3、项目建设为国家农业科技规划及相关政策重点支持发展领域。
我国政府部门高度重视我国农业的发展，先后出台了一系列政策，全力支持“十二五”期间我国农业的发展，并且明确规定，积极调整支出结构，不断加大投入农业物联网建设，主要包括环境、动植物信息检测，温室农业大棚信息检测和标准化生产监控，精细农业中的节水灌溉等应用模式。
（三）建设目标
随着物联网技术的飞速发展，依托物联网系统能够进行土壤感知数据（土壤温度、土壤湿度、土肥浓度、重金属含量）自动采集、对作物环境数据（空气温度、空气湿度、光照度、通风情况）自动采集、对作物病理（病、虫、草害）自动分析，并通过物联网、移动互联网传输到云中心，由中心平台系统将最新监测数据进行智能分析，把分析报告推送到农场主手机。
如果发现异常情况，自动和专家系统连接，解决存在的问题。
依托联网技术应用，真正实现大田农业监测自动化、管理智能化，达到提高产量、改善品质、节省人力、降低人工误差、提高经济效益的目的。
2、总体方案
2.1项目建设原则
（一）系统设计原则
本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。
并综合考虑施工、维护及操作因素，同时，为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。
本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。
具有以下特点：
1、先进性与适应性
系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、操作使用简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。
该系统采用先进的物联网技术、移动互联网技术、云计算技术、大数据智能分析技术，体现了当前信息化技术最新发展水平，适应时代发展的要求。
同时系统是面向各种管理层次使用的系统。
其功能和配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作简便易学。
2、经济性与实用性
充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用适合现场情况、符合用户要求的系统功能和配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济适用。
3、可靠性与安全性
系统的设计具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的能力。
同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。
4、开放性
以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和发展趋势，可以与多种传感器、智能设备实现联动，可实现远程控制。
5、可扩充性
系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。
并根据今后该项目工程的实际要求扩展功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。
2.2平台构架
该平台由三大部分组成：
前端采集与控制系统、云中心平台、用户客户端。
前端采集与控制系统部署于粮食生产基地，实时采集各种土壤数据、环境数据、作物生长数据，并通过移动互联网传输到云中心平台，同时依据云中心发布的控制指令，做出相应反应。
云中心平台负责接收各个前端的数据，并进行智能化分析，生成相应的响应方案，通知到农场主及专家。
同时为农场主提供专业的农技指导与服务。
云中心为农业管理部门提供大数据分析，为政府决策提供辅助。
农场主、专家、管理者可以通过PC客户端、手机客户端进行监测数据实时查看、农技指导、作物病情诊断预防与处理、大田作物统计等。
2.3平台功能
2.3.1病虫草害监测
病虫草害监测主要利用高清视频监控系统，定期采集作物叶片、茎秆、果实、地面杂草等图片数据，上传到云平台。
云平台根据智能图像分析系统，与病虫害图片数据库进行对比，分析出病虫害报告。
如果有异常情况，则提交专家系统进行专家确认，并给出治疗方案。
同时可以建立病虫害数据模型，进行植物病虫害预测预报。
植物病虫害预测预报是根据植物病虫害流行规律分析、推测未来一段时间内病虫分布扩散和危害趋势的综合性科学技术，需要应用有关的生物学、生态学知识和数理统计、系统分析等方法。
预测结果应以最快的方式发出通报，以便及时做好各项防治准备工作。
作物病虫害的发生受多种因素影响，如气象、土壤、栽培条件等，这些因素与病虫害的发生呈非线性关系，具有随机性、差异性、突发性等特点。
作物病虫害的发生也有一定规律性，如虫害发生的有效积温法则等。
通过收集特定病虫害发生的各外在因素（如温度、湿度、降雨等），可以利用计算机软件制作一个模型，这样就能对该病害或虫害的发生作精准模拟及预测预报，在病虫害发生之前采取喷药等措施，减少或避免其发生带来的损失。
病虫害模型的建立离不开大量信息的采集，通过先进物联网基站及无线节点技术可快速准确地收集建立病虫害模型所需数据，通过数据汇集分析制作特定模型。
将长时间累积收集数据不断输入，对模型进一步修正、补充和完善，做到病虫害精准预测、及时预警，更好地指导农业生产。
2.3.2土壤数据监测
土壤数据监测主要利用传感器监测土壤湿度、温度、养分等影响作物生长的特征参数，并把数据传送至云中心平台，云中心平台根据该类作物生长需要的最佳生长模型与实时数据进行对比分析，当土壤湿度和养分低于设定值时，通过即时消息系统发送告警信息给用户手机，提醒用户采用智能控制与手动控制两种喷洒方式，进行水肥灌溉。
2.3.3环境数据监测
环境数据监测主要利用传感器监测农田空气温度、相对湿度、太阳全辐射、风向、风速、气压及降雨量等影响作物生长的特征参数，并把数据传送至云中心平台，平台结合卫星云图等环境动态模型，每日2次刷新未来10日的局部生产区域生长环境预测信息，精准度可以达到85%以上。
紧急情况下，系统会立即向用户发送预警信息。
可以应用于节水灌溉管理、农作物病虫害预警等。
2.3.4视频监控
视频监控系统通过移动互联网实时图像传递到用户手机，用户可以随时查看作物生长情况；同时也可以用于定时多角度作物局部放大图像抓取，传输到云中心平台，与病虫害图片数据库进行对比，分析出病虫害报告。
2.3.5农技服务
农技服务模块是为农户提供的农技信息全方位覆盖的服务，种植作物从品种选择、生长周期各阶段管理到采收，尤其是病虫草害防治方面，养殖动物从品种、饲养管理、常见病、其它等4个方面展示农技信息。
用户根据自身种植作物、养殖动物灵活自主订阅科目，在平台首页即可快捷获取其农技信息。
目前该版块共有一级分类18类（粮食作物、经济作物、油料作物、瓜菜、果木、花卉、家畜、家禽、水产、特养、饲料、兽药、种子、肥料、农膜、农技、农药），二级分类156类，资源条数33000条，其中，病虫草害图谱资源，有3500条左右，今后将不断完善订阅资源，全力打造百科全书式农技订阅模块。
2.3.6专家在线
农业种植专家在线咨询服务板块，提供省级专家和市县级专家两个层级的专家在线咨询服务，实现大专家和乡土专家的结合，可实现文字、图片、语音、视频等在线交流，达到服务科学、精准、即时和本地化。
2.3.7即时通讯
专有的即时通信系统以实时信息发布传播为目标，构建与用户之间更好的沟通与管理模式。
这些机构可围绕内容主题建立服务号，向其关注用户提供信息和资讯。
群组则以交流为主要目标，在小范围区域内按照种植、养殖项目建立群组，增进农户间的沟通与经验借鉴等。
可建立农技帮扶群组，农友互助群组等。
3、投资预算
本项目投资主要分两部分：
物联网云中心和物联网前端采集与控制系统；
物联网云中心包括物联网云中心系统软件平台、客户端软件、农技资源、硬件设备。
物联网前端采集与控制系统包括视频监控子系统、土壤指标采集子系统、环境参数采集子系统等。
3.1投资估算分析
总投资估算分析表（单位：
万元）
系统
模块
投资额合计（万）（万元）（万元）
备注
物联网云中心
软件工程建设费
156.00
该部分投资用于物联网云中心一次性投资
硬件及第三方软件费
68.00
安装工程费
8.00
资源建设费
98.00
小计
330.00
前端采集与控制系统
视频监控子系统
6.00
该部分是单个生产经营基地的建设费用
土壤指标采集子系统
2.60
环境参数采集子系统
2.20
工程安装费
1.20
小计
12.00
物联网云中心设备与软件配置
系统名称
品牌及型号
硬件实际配置描述/软件详细描述
数量
备注
第三方软件
Ubuntu
UbuntuServer14.04（64bit）
4
共享存储软件
StorNextV4.6forlinux版
2
资源和数据库
JBOSSWEB应用软件
JBOSSWEB应用软件JBOSS6.2
4
资源和门户
数据库服务软件
Mysql企业版5.5
2
应用服务器
DELLM630
刀片式服务器，2*Intel®Xeon®ProcessorE5-2630v3（8核，20MCache,2.40GHz）/16*16GDDR42133MT/s内存
4
Portal，LVS，MessageGate
数据库系统
DELLM630
刀片式服务器，2*Intel®Xeon®ProcessorE5-2630v3（8核，20MCache,2.40GHz）/16*16GDDR42133MT/s内存，
2
DB
核心存储系统
ESDS2024RCB
机架式设备FC-SAN架构/采用四核存储专用处理器，双控，支持热插拔/每控制器标配16GB缓存/24*600G2.5寸SAS盘，支持8个以上存储柜扩展；支持RAID1，RAID0，RAID10,RAID3，RAID5，RAID6，包含4个8GbSFP模块；
1
刀片中心
DellM1000E
刀片机框：
10U机箱/4个热插拔电源及电源线/冗余风扇/1个管理模块/DVD光驱/网络模块：
2个24端口三层以太网交换机模块M6348/SAN连接模块:
1个24口2/4/8Gb自适应光纤通道交换模块M5424/SFP模块：
8个8GB多模SFP模块
1
天泰WAF-T3-2000
标准2U机架式硬件设备，冗余电源标配6*1000BASE-T，2*SFP，1*RS232；25,000HTTP请求/秒，2,500,000TCP并发连接，单接口吞吐量1000Mbps，整机吞吐量4Gbps，支持在“主-主”和“主-备”模式下，可配置自动同步、连接会话同步，在“主-备”模式下，支持Web应用防护特征库同步，支持Web应用资源保护、Web应用攻击防护、WebShell攻击防护、网页挂马检测防护、支持Web表单关键字过滤，基于URL的流量控制、应用层DOS防护、XMLDos防护、Web恶意扫描防护、网页防篡改、具备HTTP协议详细字段分析能力同时支持自学习功能等，
1
配套设施
2米高，19英寸，1米深标准服务器机柜（含Dell显示器、键鼠一体）
1
根据需求定
物联网前端采集与控制硬件配置
系统名称
品牌及型号
硬件实际配置描述/软件详细描述
数量
备注
视频监控子系统
摄像头
最高分辨率可达4M（2560×1440@25fps）,并可输出实时图像；采用ROI、SVC等视频压缩技术,压缩比高,且处理非常灵活,超低码率； SD/SDHC/SDXC卡（128G）本地存储； 支持一对输入输出音频，支持语音对讲（选配）； 支持二轴调节，安装调试方便； ICR红外滤片式自动切换,实现真正的日夜监控； 支持双码流,支持手机监控； 符合IP66级防尘防水设计,可靠性高
5
太阳能、风能一体式立杆
电池400W12V/24V单晶太阳能电池组件，转换率17%以上，寿命20-25年；峰值功率：
120W18V2块；MPPT充电方式，具有过充电保护，过放电保护等功能；高性能、免维护铅酸风光互补路灯专用电池12V（150Ah）*2块
5
土壤数据监测子系统
自动测量土壤温度、湿度、含氮量；可设定上传频率；支持3G传输通道；
4
环境数据监测子系统
自动测量空气湿度、气温、大气压、风力等；可设定上传频率；支持3G传输通道；
1
配套设施
3G/4G传输模块；无线路由器
根据需求定
4、总结
规模化粮食生产经营基地物联网示范工程形成一种高新技术与农业生产相结合的新模式，是农业可持续发展的重要途径。
在农业等大规模生产方面，如何把农业小环境的温度、湿度、光照、降雨量等，土壤的有机质含量、温湿度、重金属含量、PH值等，以及植物生长特征等信息进行实时获取传输并利用，对于科学施肥、灌溉作业来说具有非常重要的意义。
它将农业大田内视频监控、环境采集、异常预警、生产管理等功能集于一身，将会是未来农业数字化管理的主要发展方向。
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