农业物联网解决方案29.pdf

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1、 农业物联网解决方案农业物联网解决方案 建设书 大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司 2011 年年 9 月月 农业物联网解决方案-2-目录目录 1 概述.3 2 建设目标.3 3 总体框架设计.4 3.1 物联网感知层.4 3.2 物联网传输层.5 3.3 物联网应用层.5 4 系统架构.6 4.1 系统架构.6 5 系统平台.7 5.1 农业生态环境管理系统.7 5.1.1 系统功能.7 5.1.2 技术实现.8 5.2 生产过程管理系统.11 5.2.1 系统功能.11 5.2.2 技术实现.12 5.3 农产品安全管理系统.13 5.3.1 系统功能.13 5.3.2 技术

2、实现.14 5.4 农业装备与设施管理系统.18 5.4.1 系统功能.19 5.4.2 技术实现.19 6 成功案例.20 6.1 农业物联网实用方案设计.20 6.1.1 概述.20 6.1.2 方案介绍.20 6.1.3 方案特色.21 6.1.4 产品介绍.22 6.1.5 应用示例.23 6.2 数字准格尔成功案例.24 6.2.1 农业物联网管理平台.24 6.2.2 数字化城市管理平台.25 6.2.3 数字化地下管网平台.26 6.2.4 数字化应急指挥平台.27 6.2.5 3D GIS 支撑平台.29 农业物联网解决方案-3-1 概述概述 我国将物联网作为推进产业信息化进程

3、的重要策略，反映在实际发展中落实物联网于各个产业中的应用。农业作为关系着国计民生的基础产业其信息化、智慧化的程度则尤为重要。物联网在农业发展中将会面临的新的机遇与飞跃。物联网将在农业应用中发挥前所未有的重要作用。“农业物联网”，就是物联网技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过操作终端及传感器采集各类农业数据，通过无线传感器网、移动通信无线网、有线网等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产过程全监控与管理。“农业物联网”既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作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。2 建设目标建设目标 利用物联网信息化手段进行农业经济运行监测，掌握农业生

4、产与农业经济运行的动态，监测农业生产经营的成本收益变化，对农业生产经营活动提供分析。提高农业市场监管的电子化、网络化水平，公开的一站式服务，提高工作效率，降低企业成本。利用信息化为决策支持、生产经营服务，实现动态监测、先兆预警等。加强农业信息化服务体系，提高信息化装备，健全信息服务队伍，延伸信息网络，提高信息服务能力。农业物联网解决方案-4-3 总体框架设计总体框架设计 总体框架总体框架 3.1 物联网感知层物联网感知层 该层的主要任务是将大范围内的现实世界农业生产等的各种物理量通过各种手段，实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。农业物联网所采集的信息主要有如下种类：农业传感

5、信息：如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等；农业物品属性信息：如物品名称、型号、特性、价格等；农业物联网解决方案-5-农业工作状态信息：如仪器、设备的工作参数等；农业地理位置信息：如物品所处的地理位置等；信息采集层的主要任务是对各种信息进行标记，并通过传感等手段，将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其转化为可供处理的数字化信息。信息采集层涉及的技术有：二维码标签和识读器、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等。3.2 物联网传输层物联网传输层 该层的主要任务是将农业信息采集层采集到的农业信息，通过各种网络技术进行汇总，将大范围内的农业信息整合到一起，

6、以供处理。传输层是农业物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。信息汇总层涉及的技术有：有线网络，无线网络等。3.3 物联网应用层物联网应用层 该层的主要任务是将信息汇总，层汇总而来的信息进行分析和处理，从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。应用层是农业物联网的“社会分工”与农业行业需求结合，实现广泛智能化。农业物联网解决方案-6-4 系统架构系统架构 4.1 系统架构系统架构 (1)农业生态环境管理农业生态环境管理是以物联网技术为基础，实现农业生产中土壤、大气、水质、气象、灾害等生态进行网信息化管理。(2)生产过程管理

7、生产过程管理是以物联网技术为基础，实现对农业生产过程农田精耕细作、设施农业、健康种植等进行信息化管理。(3)农产品安全管理农产品安全管理是以物联网技术为基础，实现产地环境，产后、贮藏加工、物流运输、供应链可追溯等进行信息化管理。(4)农业装备与设施管理农业装备与设施管理是以物联网技术为基础，实现农业工况监测、诊断、服务调度等信息化管理。农业物联网解决方案-7-5 系统平台系统平台 5.1 农业生态环境管理系统农业生态环境管理系统 农业生产是一个以自然生态系统为基础的人工生态系统，它远比自然生态系统结构简单，生物种类少，食物链短，自我调节能力较弱，易受自然气候、病虫害、杂草生长的影响。农业生产的

8、不稳定性，很大程度上受自然环境的约束，因而应创造良好的农业生态环境，才能取得较佳的经济效益。良好的农业生态环境有赖于森林、草原、水域等生态系统的支持、保护和调节。农业生态系统就其生产力来说应当比自然生态系统更高，因此除太阳光照外，还必须加入辅助能，如农机、化肥、农药、排灌、收获、运输、加工等，通过人类的劳动和管理，只有不断地调整和优化生态系统的结构和功能，才能以较少的投入，得到最大的产出。农业生态管理的目标是：不断地调整和优化生态系统的结构和功能，低投入高产出，取得良好的经济效益、社会效益和生态效益，建立一个合理、高效、稳定的农业生态系统。5.1.1 系统功能系统功能 系统主要生态管理功能如下

9、：(1)土壤管理土壤管理 土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层。土壤是由固体、液体和气体三类物质组成的。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值标准为二级。我们将按为提标准进行土壤采样、分析、管理。(2)气候管理气候管理 气候包括光、热、水、气等要素。太阳光辐射带来光和热，是动植物生命活动的主要能源，降水量、土壤有效农业物联网解决方案-8-水分存储量以及可能蒸散量是作物生长的重要条件，空气中二氧化碳含量变化是作物光合作用强弱的重要因素。光包括光照强度（太阳辐射量、

10、光合有效辐射量）、光照质量（太阳光谱中不同波长的光谱成分）和光照时间（日出到日没时间）等。热指生长季的热量条件，包括各种农业界限温度的出现日期、持续日数、积温、早晚霜出现日期与无霜期、最高温度与最低温度、日温差、土壤温度、植物体温等。水包括降水量、蒸发量、干燥度（可能蒸发量与降水量之比）或湿润度、干期或湿期长短、土壤湿度等。气主要指空气中的二氧化碳。一般情况下，二氧化碳能满足作物的要求，但在光合作用强盛时，如果无风，二氧化碳可能不足。微风可以补充二氧化碳。温室中补充二氧化碳，可促进作物生长。(3)灾害管理灾害管理 灾害主要包括气候灾害与病虫灾害：气候灾害 干旱、水涝、霜冻、大风、冰雹、高温等都

11、能给农业生产带来不同程度的危害。这些灾害的发生，从长期看，在空间上和时间上有其规律性。农业气候灾害是农业气候资源的反常变化，对资源起限制、破坏作用。例如，水是资源，但太少就发生旱灾，过多就发生涝灾；温度是资源，但过低就发生寒害，太高就发生热害；微风对作物有好处，大风就造成风灾。病虫灾害 它具有种类多、影响大、并时常暴发成灾的特点，其发生范围和严重程度对农业经济、农业生产常造成重大损失。因此加强防范与控制是保障农业经济、生产的重要环节。5.1.2 技术实现技术实现 大量科学合理的采用各传感器、视频设备、GIS 地理信息技术、GPS 定位技术、建设一个智能分析模型，实现农业生态环境信息化管理平台，

12、能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。农业物联网解决方案-9-生态管理系统平台：生态管理系统平台：生态管理系统平台 传感器传感器:电化学离子敏传感器：土壤 N、P、K,重金属含量快速检测.生物传感器：快速检测、高致性细菌.气敏传感器：农产品品质、气体污染、排放监测.农业物联网解决方案-10-信息展示：信息展示：农业物联网解决方案-11-5.2 生产过程管理系统生产过程管理系统 基于物联网技术为基础的农业生产过程管理的目标是利用物联网信息技术改善生产系统的工作效率、提高投入资源的附加值、减少不必要的浪费及资源损耗，从而满足客户需求。同时实施标准化的生产过程与管理是达

13、到农业生产过程管理目标与提升农业生产竞争力。5.2.1 系统功能系统功能(1)标准化管理 组织标准化将每个成员的职责及工作调配加以标准化，使组织的运作在成员各司其职、分工协作下发挥团队的力量。物料标准化以减少资源浪费便于管理。作业标准化制定各项工作流程与注意事项。管理标准化建立各项管理指标，并以此作为评价实际作业的依据，了解实际运作的水平，并进行调整和控制。(2)精耕细作管理 “精耕细作”在一定面积的土地上，投入较多的生产资料和劳动，采用先进的技术，进行细致的土地耕作，以提高单位面积产量。(3)设施农业管理 设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必

14、由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反 季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。设施农业在农林牧副渔业所占比重标志着农业的进化程度，是农业产业升级的重要标志。(4)健康种植 采用科学的种植方法与管理，实现健康种植，提高农作物的品质与产量，为企业带来经济增加与效益。农业物联网解决方案-12-5.2.2 技术实现技术实现 采用各传感器、视频设备、GIS 地理信息技术、GPS 定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业生产过程信息化管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。生产过程平台 农业物联网解决方案-13-5.3

15、 农产品安全管理系统农产品安全管理系统 本系统主要功能是对农产品安全进行全程监控管理，为企业农产品安全提升到新的高度，从而向消费者提供安全、可靠、高质量的农产品。农产品安全管理的目标是：减少和控制危害与损失，尽量避免产后过程中由于事故造成的人身伤害、财产损失、社会影响以及其他损失。5.3.1 系统功能系统功能 系统主要安全管理功能如下：(1)质量安全管理 农产品质量安全管理以农业企业档案数据为基础，围绕“生产、库存、销售”三条主线，对农产品的生产环境、生产活动、销售状况实施电子化管理。(2)物流运输安全管理 基于物联网物流运输管理是采用信息化、智能化、可视化等先进物联网技术特征。采用最新的红外

16、、激光、无线、编码、识别、定位、传感器、RFID 等高新技术，实现物流运输安全。农业物联网解决方案-14-(3)供应链可追溯安全管理 为了使消费者充分了解农产品的种源情况、生产基地环境质量、生产操作过程、用料用药情况、加工销售过程等各个环节，结合目前先进的条码技术对农产品的流通进行编码，从而建立安全的农产品生产全程追溯管理。通过安全的 RFID 标签，可实现对供港蔬菜进行溯源。实现了对蔬菜从种植、用药、采摘、检验、运输、加工等各环节的全过程监管，可快速、准确地确认供给蔬菜的来源和合法性，加快了查验速度和效率，提高了查验的准确性。通过自动数据采集和电子数据处理，减少手工输入和处理不可避免的错误，

17、提高农副产品企业的生产效率，降低管理和相关费用，体现企业现代化管理水平 增加消费者对企业生产的农产品质量安全的信心，提升企业品牌价值 对使企业或行业有能力及时确定和召回可能存在安全隐患的产品，增强消费者的购买信心。5.3.2 技术实现技术实现 质量安全管理质量安全管理 质量安全管理采用各传感器、视频设备、GIS 地理信息技术、GPS 定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业质量安全管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。农业物联网解决方案-15-农业物联网解决方案-16-物流运输安全管理物流运输安全管理 基于 GPS 卫星导航定位技术、RFI

18、D 技术、传感技术、GIS 等多种技术，在物流过程中实现实时车辆定位、运输物品监控，在线调度与配送可视化与管理，可实现与物流作业系统、生产信息、订单信息对接，从而实现自动化、智能化。农业物联网解决方案-17-供应链可追溯：系统采用二维码技术、RFID 技术、GIS 与 GPS 技术实现供应链可追溯平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问。追溯互联网平台 农业物联网解决方案-18-追溯流程示意 智能终端追溯示意 5.4 农业装备与设施管理系统农业装备与设施管理系统 随着设施农业快速发展和装备大量使用，各种农业等设施装备的问题日益突出，事故隐患增加。为进一步提升设施农业装备安全及

19、生产水平，需要建设一套完善的农业装备管理系统来满足日益发展的需要。农业物联网解决方案-19-设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反 季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。依靠科技进步及物联网新技术产业，为农业设施管理及提供鲜活农产品的重要技术措施。设施装备是设施农业发展的基础条件。加强设施农业装备的维护管理，减轻气候剧烈变化对设施农业生产带来的不利影响，为确保农产品生产供应正常。5.4.1 系统功能系统功能(1)装备与设施监测、查询、展示、智能分析。(2)故障诊断(3)服务

20、调度 5.4.2 技术实现技术实现 基于物联网技术为基础的农业装备与设施管理的目标是利用物联网信息技术改善生产系统的工作效率、提高投入资源的附加值、减少资源损耗。同时实施标准化农业装备与设施管理达到农业装备与设施管理目标与提升农业生产竞争力。主要技术手段：采用传感器、视频监控；并建立装备与设施信息库、状态库、调度服务库及智能分析平台。农业物联网解决方案-20-6 成功案例成功案例 6.1 农业物联网实用方案设计农业物联网实用方案设计 6.1.1 概述概述 农业远程诊断系统是大唐移动于 2008 年推出的针对农业、种植、养殖生产过程监控和灾害防治专项应用的农业物联网信息管理产品。该产品由前端设备

21、、2G/3G 无线通信传输网络（TD-SCDMA/WLAN）、专家诊断控制平台和农业专家团构成，是一套基于最新图像采集处理技术、网络传输技术的全数字化远程物联网信息管理系统。6.1.2 方案介绍方案介绍 农业物联网信息管理系统，前端设备支持多种传感器接口，同时支持音频、视频流功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据；此外，农业专家还可以通过 PC 终端登录农业诊断系统，实现远程控制灌溉等操作，解决了农业专家极为缺乏的现状，为实现农业现代化起到了重要作用。农业物联网解决方案-21-系统结构图 6.1.3 方案特色方案特色 支持 H.264 编码，实现窄带宽下流畅视频传输。具有超低码率，

22、带宽自适应功能，单卡传输 CIF 图像在 2.5G 网络环境下，最高可达 8 帧/秒；双卡传输 CIF 图像最高可达 15 帧/秒；在 3G 网络环境下，可达 15 帧/秒。前端设备是传感器接口、视频采集和无线传输为一体的智能采集终端，采用便携式设计，自带电源，一次充电可使用 2-4 个小时；支持可变倍摄像机，可调节摄像机，满足对诊断植物推近观察的需要。后端软件平台支持灵活的管理和调度功能，满足一专家对多前端的农业咨询支持需要，支持农业专家远程双向语音对讲功能。农业物联网解决方案-22-支持分级用户权限管理，采用数据流加密技术，保证网络通信安全。支持多种 PTZ 协议，协议可扩展，工业标准的控

23、制 I/O。6.1.4 产品介绍产品介绍 前端设备前端设备：集音、视频为一体，采用运营商无线网络实时无线传输。该系统内置 4AH 锂电池，可以在户外连续工作 2-4 小时，电池可以充电反复使用，具有电源自动保护电路。该设备还支持 U 盘、SD 卡和硬盘的本地存储。前端设备可配备云台、麦克风、耳机等配件，实现更多扩展功能。专家诊断管理平台专家诊断管理平台：集存储服务器、流媒体服务器、FTP/WWW 服务器于一体，接收移动运营商网络覆盖的区内的农田、作物的图像视频信息上传，将旱涝和农作物病虫害等自然灾害对作物的受损情况统计并进行存储，通过流媒体服务器为专家远程诊断终端提供服务，通过 FTP/WWW

24、 服务器为农村一线科技工作者提供指导和信息下载服务。专家诊断终端专家诊断终端：大唐移动监控终端专家诊断系统，可以利用无线网络视频系统运营级的专业监控平台，也可以使用的是“普通 PC”作为监控诊断终端，专家诊断系统由视频管理系统和专业查询分析系统组成。手机监控端软件手机监控端软件：农业专家可以充分利用随身携带的移动终端，比如手机,通过 EVDO/WCDMA/TD-SCDMA/EDGE 公共移动通讯网络来远程指导、诊断农业生产。手机就是专家的移动指导平台。农业物联网解决方案-23-6.1.5 应用示例应用示例 农业物联网信息管理系统，是基于大唐移动 EDGE/TD 视频系统平台的远程农业专家系统。

25、应用此系统，可对大棚里的温度、湿度进行采集，并叠加到视频图像上，进行上传。农业专家可通过视频图像判断植株生长情况、检查是否有病虫害、大棚的温湿度是否合适，并可以检测土壤的酸碱度等信息，为农户提供相应的指导。获得了良好的社会效果和经济效益。农业物联网解决方案-24-6.2 数字准格尔成功案例数字准格尔成功案例 6.2.1 农业物联网管理平台农业物联网管理平台 将无线传感器网络布设于温室、农田、牧场等目标区域，网络节点大量实时地收集温度、湿度、光照、等物理量，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、pH 值、氮素等土壤信息。无线传感器网络有助于实现农业生产的标准化、数字化、网络化。有效促进农业的发展

26、：增产增收、节约能源。系统平台 农业物联网解决方案-25-演示图 6.2.2 数字化城市管理平台数字化城市管理平台 准格尔旗数字化城市管理平台建设思路是充分利用现有资源，建立一个全旗统一的数字化城市管理平台，既包含了实际平台所需的功能，又包含了未来多级平台所需的基础功能。平台的软硬件平台以及应用软件统一部署在一个平台，其它单位通过政务专网访问市平台，如下图所示：农业物联网解决方案-26-系统构架 集中式架构的建设模式在完全满足了旗、街道（乡镇）两级数字化城市管理应用的基础上，避免了各街道（乡镇）二级指挥中心软硬件平台和系统开发上的重复投资，大大节约建设经费。6.2.3 数字化地下管网平台数字化

27、地下管网平台 地下管网管理系统是数字化城市管理系统建设的一个重要组成部分，先期建设的地下管网管理系统应当纳入数字化城市管理系统的总体规划，充分兼顾并统筹安排好数字化城市管理系统近期建设和远期建设的内容，使先期建设的地下管网管理系统具备可避免重复建设、可持续发展的扩展性。计划建设地下管网管理系统与数字化城市管理系统的关系如下图所示，在数字化城市管理系统的总体设计架构图中，分别在总体设计架构图中的“基础设施农业物联网解决方案-27-层”、“公共基础信息共享平台层”和“数字化城市管理应用层”中，用红色区域标出的部分为“地下管网信息管理系统”建设的主要内容。地下管线管理系统与数字城市融合地下管线管理系

28、统与数字城市融合 6.2.4 数字化应急指挥平台数字化应急指挥平台 一、预案管理子系统：一、预案管理子系统：通过预案管理功能，处理人员在突发事件处理过程中，应能够有条不紊、及时高效地进行工作，为事件的及时处理赢得宝贵的时间。预案管理是一种先进的理念。使得突发事件处理更为程序化。一旦有突发事件发生时，有一套现成的方案供处理人员参考，大大降低了处理人员的压力，避免处理人员因经验不足、精神紧张、工作疲劳而发生的疏忽。突发事件也可以及时应对。二、指挥调度子系统：二、指挥调度子系统：农业物联网解决方案-28-在突发事件发生时，在启动预案的同时，通过正确的指挥调度，及时处理突发事件，系统应该包括：1、预案

29、启动；2、应急通讯；3、辅助决策；4、执行监测；5、预案终止；6、响应记录。三、日常监控子系统：三、日常监控子系统：为避免突发事件的发生，日常的监控监测是主要的手段，系统包含：1、值班管理；2、监控信息采集；3、分析处理；4、信息发布和报送。四、辅助分析子系统：四、辅助分析子系统：主要包含以下内容：1、数据管理模块；2、信息查询模块；3、数据挖掘模块；4、事态分析模块。五、统计报表子系统：五、统计报表子系统：提供关键区域及要害部位的安全监督动态信息，完成日常监控管理的数据汇总统计，生成各种统计汇总报表，根据不同的统计分析要求，在电子地图上以不同色块（颜色）和统计报表（文字）两种直观的表达方式，

30、多方位多角度地显示出统计分析结果。农业物联网解决方案-29-6.2.5 3D GIS 支撑平台支撑平台 1、在数字城管中的应用、在数字城管中的应用 在数字准格尔建设过程中，3D GIS 将广泛应用，基于 3D GIS 平台软件开发的数字城管系统，能够管理和显示地理空间数据，实现图文一体化办公。根据建设部数字化城乡管理系统建设的标准，数字化城乡管理系统包含9 个基础子系统：无线数据采集子系统、监督中心受理子系统、协同工作子系统、地理编码子系统、监督指挥子系统、综合评价子系统、应用维护子系统、数据交换子系统、基础数据资源管理子系统。2、在地下管网中的应用、在地下管网中的应用 利用利用新技术对分析结果作适当调整，使表达形式多样化，在一定程度上，能叠加地形、地貌，扩展到三维动态方式显示。三维立体化的 GIS 信息为用户提供了更为详尽和真实的地下管网现场信息，结合多媒体技术的应用将使得工作人员有身临其境的感觉。3、在应急指挥系统中的应用、在应急指挥系统中的应用 在应急指挥系统中，通过 3D GIS 平台提供的功能，相关领导可以在大屏幕上直观地了解突发事件的现场情况，了解现场救援人员与设施的配置情况，启动相应的应急预案对整个事件进行及时地处理。