农业物联网监控及智能控制解决方案

    一、背景情况

    物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，物联网技术被誉为全球一个新的经济增长点，国家和政府部分非常重视物联网产业的发展，新华社报道，在各省启动的十二五规划中，有23个省份将物联网作为重要发展目标。

    物联网（TheInternetofthings）是指通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、二维码等信息感知设备，按约定的协议连接起来，通过有线或无线网络进行信息交换和通信，以实现智能化识别、数据采集、智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

    物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能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。

    二、需求分析

    根据建三江前进农场农业信息化需求，经过讨论分析主要有以下具体需求：一方面是水稻育秧大棚、农田灌溉及粮食存储的自动监控和智能控制；第二是面向农户提供农业技术服务的农业信息服务平台；三是通过语音、短信、彩信等多种通信方式的农业专家热线；四是提供农商在线贸易服务平台。

    1、水稻育秧大棚监控及智能控制

    目前，建三江前进农场主要种植水稻，在每年的春天需要提前在大棚内进行水稻育秧，水稻育秧对温度、湿度、光照、通风、灌溉等都有严格的要求，以往都是通过人工凭经验来操作。不仅效率低，并且精确度不够。
 
    通过传感器对大棚环境指标各项数据的采集，统一集中到数据存储平台，一方面可以全面掌握每个大棚的环境情况，二是可以通过高清视频查看秧苗的具体发育情况，三是可以通过阈值设置，实现自动通风、光照、灌溉等自动化管理。

    2、农业信息化服务平台

    主要是为农户提供丰富的信息内容和服务，包括了农业法规、农产品交易、劳务信息、价格查询、农业科技、市场动态、气象信息等。

    3、农业专家服务热线

    主要是为农场和农户之间搭建沟通的桥梁，农户可以通过热线电话、彩信、短信的方式，在农业生产方面遇到的问题来求助于农业专家，同时可以通过这些通信手段获得及时的农业生产信息。

    4、农商在线贸易服务平台

    主要是服务用农户，提供农产品的网上宣传、推广，网上在线实物展示、交易撮合服务等。

    三、诺基亚西门子公司技术实现方案

    （一）大棚监控及智能控制

    1、概述
    水稻育秧大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。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控制远程智能调节指定设备。

    2、系统架构设计
    （1）总体架构
    系统的总体架构分为传感信息采集、视频监控、智能分析和远程控制四部分。

    （2）技术架构

    （3）系统组成

    数据采集系统。主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。数据传感器的上传采用ZigBee和Rs485两种模式。根据传输方式的不同，温室现场部署分为无线版和有线版两种。无线版采用ZigBee发送模块将传感器的数值传送到zigBee节点上；有线版采用电缆方式将数据传送到Rs485节点上。无线版具有部署灵活，扩展方便等优点；有线版具有高速部署，数据稳定等优点。

    视频采集系统。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。
    控制系统。该系统主要由控制设备和相应的继电器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设备，包括：喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。
    无线传输系统。该系统主要将设备采集到的数据，通过3G网络传送到服务器上，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。
    数据处理系统。该系统负责对采集的数据进行存储和信息处理，为用户提供分析和决策依据，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。

    （4）网络拓扑
    系统在网络方面采取了多种制式，远程通讯采用3G无线网络，近距离传输采取无线ZigBee模式和有线Rs485模式相结合，保证网络系统的稳定运行。

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    （5）系统功能介绍
    数据采集
    温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据通过有线或无线网络传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统出现阑值告警，并可以自动控制相关设备进行智能调节。
    数据采集设备列表

    视频监控
    用户随时随地通过3G手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控。 

    数据存储
    系统可对历史数据进行存储，形成知识库，以备随时进行处理和查询。
    数据分析
    系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况(折线图)和空间分布状况(场图)，提供日报、月报等历史报表。

    远程控制
    用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端，均可实现对温室内各种设备进行远程控制。可以提供灌溉、卷帘等操作。
    错误报警
    系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的。

    统一认证
    系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的。
    手机监控
    3G手机可以实现与电脑终端同样的功能，实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。

    GIS地图
    系统与GIS系统结合，提供对设备所在位置的查询。