智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案

一、方案背景

        隨著國(guó)家層面對(duì)土地集約化經(jīng)營(yíng)程度的不斷加深，物聯(lián)網(wǎng)概念在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)內(nèi)的不斷深入，規(guī)?；?、科學(xué)化、數(shù)據(jù)化的種植方式已經(jīng)愈發(fā)成為行業(yè)趨勢(shì)。對(duì)于傳統(tǒng)大規(guī)模種植而言，大量人力投入、工作效率低下、過(guò)多的資源浪費(fèi)以及不可避免的人為誤差與安全隱患已經(jīng)成為傳統(tǒng)種植模式的顯著弊端，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的絆腳石。

       為了實(shí)現(xiàn)能耗的降低，科學(xué)的種植，系統(tǒng)化、規(guī)?；木?xì)化管理，建立一個(gè)生產(chǎn)與管理的快速信息通道，建立統(tǒng)一化的綜合管控平臺(tái)尤為關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)時(shí)掌握植物的生長(zhǎng)環(huán)境信息，建立種植過(guò)程中的大數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、濕度、土壤水分、土壤溫度、土壤肥力等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而根據(jù)不同農(nóng)作物、不同生長(zhǎng)周期內(nèi)所需各種良好條件制定出科學(xué)有效的措施。從而保證在最小資源使用的情況下，對(duì)作物所需水分、肥量進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)化反饋。從而最大限度內(nèi)提高作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，節(jié)約不必要的人力，杜絕安全隱患。

        利用科學(xué)的方法，精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行精細(xì)化管理，不僅為政府監(jiān)管部門提供可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，方便制定應(yīng)急措施與方案，同時(shí)也可以切實(shí)的為農(nóng)民提供科學(xué)、合理的種植辦法，增加最終受益。

二、方案目標(biāo)

        針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)廣泛式分布、需求測(cè)點(diǎn)眾多、布線復(fù)雜、供電困難的特性，制定相應(yīng)解決方案，從最根本中找到問(wèn)題結(jié)癥，從結(jié)癥中找尋解決辦法。將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)管理與分析與農(nóng)業(yè)生活生產(chǎn)相結(jié)合，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)分布廣，地域分散，測(cè)點(diǎn)眾多問(wèn)題。

        通過(guò)感知層的多種傳感器將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的環(huán)境溫濕度，土壤溫度、土壤水分、土壤肥力等數(shù)據(jù)以多種組網(wǎng)方式上傳至云端服務(wù)器，并通過(guò)預(yù)制方案，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析、處理，并將最優(yōu)解決辦法反饋至控制機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行噴灌、滴灌、補(bǔ)光、加溫、換氣、遮陽(yáng)、補(bǔ)充CO2等具體操作。用最科學(xué)的數(shù)據(jù)去執(zhí)行最優(yōu)的決絕辦法。從而做到更方便、更智能、更高效、更節(jié)能。用數(shù)據(jù)說(shuō)話，達(dá)到科學(xué)、安全、高效、優(yōu)產(chǎn)的最終目標(biāo)。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

        1.設(shè)備層

        系統(tǒng)設(shè)備層主要分為數(shù)據(jù)收集設(shè)備與邏輯控制設(shè)備，數(shù)據(jù)收集設(shè)備負(fù)責(zé)將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化集中。包括農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、農(nóng)作物自身數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理人員數(shù)據(jù)等。設(shè)備主要分為六大類：

        （1）無(wú)線數(shù)據(jù)傳感器，主要包括收集空氣溫濕度、光照度、CO2濃度，水體數(shù)據(jù)，土壤溫度、土壤水分、土壤PH值，土壤肥力等信息采集傳感器。

        （2）有線擴(kuò)展模塊，主要包括在廣泛分布的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中相對(duì)集中的密集型數(shù)據(jù)采集環(huán)境，通過(guò)有線數(shù)據(jù)采集擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)多種方式的數(shù)據(jù)傳感器的組網(wǎng)，用盡量低的成本采集到足夠多的樣本數(shù)據(jù)。

        （3）無(wú)線邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的可控電氣設(shè)備進(jìn)行邏輯控制，如卷簾機(jī)、卷膜機(jī)、方風(fēng)機(jī)、噴淋、滴灌、補(bǔ)光、補(bǔ)CO2、施肥機(jī)等。

        （4）物聯(lián)網(wǎng)攝像頭，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，與安全防盜監(jiān)控，便于管理人員在第一時(shí)間了解生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的實(shí)時(shí)情況。

        （5）智能網(wǎng)關(guān)，支持NB-Iot、GPRS、3G/4G、wifi、lora、藍(lán)牙、433MHz、RS485等無(wú)線與有線連接方式，內(nèi)部集成多種預(yù)設(shè)邏輯模式，便于現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)匯總上傳。

        （6）小型智能氣象設(shè)備，可以高效收集一定范圍內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)支撐。

        2.網(wǎng)絡(luò)層

        設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間、網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換行程網(wǎng)絡(luò)傳輸層。包括傳感器有線組網(wǎng)、短距離無(wú)線組網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)與公共網(wǎng)絡(luò)。平臺(tái)通過(guò)預(yù)設(shè)配置將多重網(wǎng)絡(luò)以固有規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、集中管控，實(shí)現(xiàn)多重網(wǎng)絡(luò)下的分散與統(tǒng)一。

        3.平臺(tái)層

        平臺(tái)采用B/S經(jīng)典架構(gòu)，同時(shí)配合專用App，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨地域的統(tǒng)一管理。底層設(shè)備通過(guò)TCP/IP、UDP、HTTP等協(xié)議接入管理平臺(tái)，與平臺(tái)建立加密通訊連接。第三方平臺(tái)通過(guò)API接口實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)數(shù)據(jù)互通。

        數(shù)據(jù)分析：平臺(tái)提供大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析基礎(chǔ)架構(gòu)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供簡(jiǎn)單高效的基礎(chǔ)分析能力。

        設(shè)備管理：通過(guò)平臺(tái)設(shè)備管理對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的硬件設(shè)備進(jìn)行實(shí)施管理。

        數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：使用B/S結(jié)構(gòu)的軟件界面、APP應(yīng)用等，具有權(quán)限的用戶，能夠通過(guò)上網(wǎng)的設(shè)備隨時(shí)隨地的了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

        遠(yuǎn)程控制：用戶可遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還可通過(guò)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)配置條件、邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的自動(dòng)控制，最終形成一個(gè)大型自控集合系統(tǒng)。

        模擬場(chǎng)景：根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，用戶可以組態(tài)成用戶習(xí)慣的檢測(cè)、操作界面，利用ajax技術(shù)，更好的通過(guò)數(shù)據(jù)、動(dòng)畫反映現(xiàn)場(chǎng)狀況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，還可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)同步顯示。

        方案策略：預(yù)制多種管理方案，可根據(jù)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)需求快速定位預(yù)設(shè)方案。

        消息分發(fā)：實(shí)現(xiàn)多種形式的消息分發(fā)，可以一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的消息分發(fā)。

        通知推送：可根據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)要求，將報(bào)警信息與重要采集數(shù)據(jù)通過(guò)短信、郵件、微信提醒、App推送、電話推送、API通知等方式推送至用戶或第三方。

        協(xié)議兼容：可以通過(guò)平臺(tái)協(xié)議配置功能，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備數(shù)據(jù)解析，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)結(jié)果邏輯運(yùn)算等功能。

        權(quán)限管理：平臺(tái)可以自定義不同用戶的不同權(quán)限功能，實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)，不同管理的功能。

        負(fù)載均衡：解決大批量設(shè)備并發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求壓力大的問(wèn)題，通過(guò)分布式平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，處理高并發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

        4.應(yīng)用層

        平臺(tái)具備系統(tǒng)快速定制功能，用戶無(wú)需掌握編程技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，只需要根據(jù)自身需求便可以實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)，搭建不同子系統(tǒng)的需求，例如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中負(fù)責(zé)農(nóng)機(jī)監(jiān)控的設(shè)備管理系統(tǒng)；用于生產(chǎn)場(chǎng)所管理的項(xiàng)目管理系統(tǒng)、部門管理系統(tǒng)與監(jiān)控點(diǎn)管理系統(tǒng)；用于自動(dòng)灌溉、施肥等功能的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)等。

注：感知控制層拓?fù)鋱D

注：平臺(tái)架構(gòu)拓?fù)鋱D

 四、系統(tǒng)安全

        1.傳輸層安全加密機(jī)制

        易云智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)涉及到的網(wǎng)關(guān)與云平臺(tái)數(shù)據(jù)交換采用多種數(shù)據(jù)加密形式，確保在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)安全。

        2.云平臺(tái)安全架構(gòu)體系

        易云智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)采用阿里云云服務(wù)器為平臺(tái)運(yùn)行服務(wù)器，繼承阿里云服務(wù)器全部安全機(jī)制，從而確保用戶數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定性。

五、系統(tǒng)可擴(kuò)展性能

        1.豐富的平臺(tái)接口

        平臺(tái)提供多種形式的API接口，方便第三方平臺(tái)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

        2.多廠家硬件兼容

        平臺(tái)經(jīng)過(guò)多年自主研發(fā)，已經(jīng)兼容市面上多種常用硬件協(xié)議，可以快速對(duì)接多種硬件設(shè)備，方便用戶快速搭建智能管理系統(tǒng)。

六、系統(tǒng)體驗(yàn)

應(yīng)用案例：

        一、廣州某市農(nóng)業(yè)信息中心：

        廣州某市農(nóng)業(yè)局以國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管問(wèn)題作為農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，積極落實(shí)各級(jí)政府有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系建設(shè)的文件精神，為進(jìn)一步鞏固農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管與溯源平臺(tái)建設(shè)成效，讓信息系統(tǒng)在應(yīng)用上滿足政府部門、農(nóng)業(yè)企業(yè)日益增長(zhǎng)的多樣化業(yè)務(wù)需求， 讓農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源監(jiān)管目錄更加全面，農(nóng)業(yè)局計(jì)劃在一、二期項(xiàng)目的實(shí)施基礎(chǔ)上，對(duì)原溯源系統(tǒng)的功能進(jìn)行完善升級(jí)，并加大應(yīng)用推廣力度，深化農(nóng)業(yè)信息服務(wù)。同時(shí)，該項(xiàng)目擴(kuò)展了農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)的范圍，積極落實(shí)國(guó)家有關(guān)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、社會(huì)信用體系建設(shè)等相關(guān)文件精神，建設(shè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)公共服務(wù)平臺(tái)、農(nóng)資信用等級(jí)監(jiān)管平臺(tái)以及打造農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范試點(diǎn)，以信息技術(shù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)工程建設(shè)，全面提升農(nóng)業(yè)信息化水平。

        1、工程主要施工內(nèi)容：種植基地大棚示范區(qū)物聯(lián)網(wǎng)采集控制系統(tǒng)

平面圖

        2、施工現(xiàn)場(chǎng)部署圖片：