1、1农业生产与粮食仓储一体化管理2目录一项目背景 .9二研究目的 .10三研究意义 .113.1 案例设想 .113.2GIS 在系统中应用的意义 .113.3 物联网在粮食生产中的意义 .113.4 大数据和云计算应用的意义 .12四农业生产管理子系统 .134.1 概述 .134.2 系统建立意义 .134.3 国内外同类技术 .144.4 先进性及解决的关键问题 .144.5 应用推广前景 .154.6 系统总体架构 .164.7 系统网络拓扑 .164.8 系统功能介绍 .174.8.1 系统组成 .174.8.2 数据采集系统 .17五粮食仓储管理子系统 .215.1 粮食仓储总论 .
2、215.2 智能仓储 .215.2.1 传感器的定义及作用 .225.2.2 几种在粮食仓储中常用的传感器： .225.3 粮食的构造 .245.4 粮仓的分类 .245.5 粮食的流散特性 .265.5.1 散落性 .265.5.2 自动分级 .275.6 粮食仓储的影响因素 .295.6.1 温度因素对粮食仓储的影响 .295.6.2 湿度因素对粮食仓储的影响 .305.6.3 虫害因素对粮食仓储的影响 .305.6.4 气密性因素对粮食仓储的影响 .313六发展现状 .326.1 粮食生产方面 .326.1.1 智能化培育控制。 .326.1.2 农产品质量安全 .326.1.3 信息监
3、测 .326.2 仓储方面 .326.2.1 储藏技术应用基础性研究的新进展 .326.2.2 粮食整理技术的新进展 .336.3 农业专家系统的发展 .33七涉及概念与采用技术 .357.1 地理信息系统 .357.2 物联网 .357.2.1 定义 .357.2.2 关键技术 .357.2.3“物 ”的涵义 .357.2.4 技术及架构 .367.3 大数据 .367.3.1 定义 .367.3.2 农业大数据的特征 .367.3.3 大数据关键技术 .377.3.4 基于大数据的数据挖掘和分析功能 .387.4 云计算 .407.4.1 定义 .407.4.2 特点： .407.5 专家
4、系统 .417.5.1 定义 .417.5.2 构造 .417.6 智能决策支持系统 .427.6.1 定义 .427.6.2 系统结构 .427.6.3 农业专家系统的概念 .437.6.4 农业专家系统应用领域 .43八系统功能 .448.1 农业生产与粮食仓储一体化管理总体架构图 .448.2 农业生产子系统 .458.2.1 基于 GIS 的农田划定 .458.2.2 基于物联网的农业资源动态监测 .458.2.3 生产用地的管理监测 .468.2.4 生产过程跟踪和监控 .4648.2.5 农产品收获和质量检测 .478.2 仓储监测系统 .488.2.1 智慧仓储 .488.2.2
5、 基于 GIS 的粮食调配 .488.2.3 仓储监测 .498.2.3.1 粮食储藏专家系统介绍 .508.3 数据库系统 .518.4 大数据分析子系统 .51九前景展望 .52参考文献： .5456一项目背景现代科技的飞速发展，智能科技的概念也应运而生，随着人们对生活品质的要求逐渐提高，传统的农业配置已经远远不能满足人们的需求，因此，基于物联网的智能农业控制正慢慢地走进人们的生活中来。这种新型的智能农业控制系统是在已有的基础上，把快捷，安全的农业工作很好的融进人性化的高科技管理模式，不仅可以实现设备和设备之间的控制，还可以实现人为的远程控制，通讯功能，其最终目标是实现设备，安防设备以及通
6、信设备通过无线网络连接到智能控制系统中，由控制系统对农业设备和安防等设备进行异地监视和控制，为人们营造出更美好的生活环境。基于物联网和智能农业相结合，实现对农业生产环境中的光线，温度,湿度等因素的实时监测，并通过通信模块和管理系统作出相应的控制，以提升环境的安全性、舒适性、便利性。我国是一个农业大国，是世界上最大的产粮国家，平均粮食产量稳定在 4.6亿吨左右，其中粮食作物产值占农业产值的 70%。随着农业生产的不断发展，粮食、油料及油脂储备任务与日俱增，但粮食产后损失严重，仅粮食仓储环节中虫、霉及品质劣变、损耗，每年达数百万吨，据联合国粮农组织对 20 个国家的调查，世界平均每年的储粮损失占产
7、量总数的 10%18%，不发达国家甚至高达 30%，由此可见，搞好粮、油储藏，减少产后损失已是世界性引人关注的问题，因此粮食安全仓储与粮食生产放到同等的地位也许并不过分。“民以食为天”，粮食仓储受到政府和人民的重视力度越来越大，因为它关系到军需民食、食品、工业原料、备战、救灾等国民经济的各个方面。无论是在热带国家还是在寒带国家，也不论发达国家或是不发达国家，全世界每个生产粮食的农民、粮商或政府都在将部分甚至全部粮食储藏起来，然后送到下一阶段的经营管理者那里。因此粮食储藏是将粮食从生产者运送给加工者，再将粮食加工产品从加工者运送给消费者的复杂供销流转过程中重复出现的一个中间环节，在整个流通领域中
8、，包括粮食的收打、清理、干燥、装卸、储藏、加工、运输、销售的全过程，到处都会发生着量与质的变化。粮食仓储这门应用科学旨在关切和改进这一中间状态的品质控制问题，从而减少收获后的损失至最低限度。在这个新工业革命兴起的时代，物联网、云计算、大数据等新概念的兴起造就了一大批的智能管理与分析系统，尤其是物联网在各个行业的全面应用使得生活发生了巨大的变化。物联网是通信网络的延伸，他能够使我们的社会更加自动化，减低生产成本和提高生产效率；能够更加及时的获取信息，借助通信网络，随时获取远端的信息；能够让我们的生活更加便利；能够让生产更加安全，及时发现安全隐患，便于实现安全的监管和监控；能够整体提高社会的信息化
9、程度。总体来说，物联网将在提升信息传送效率、改善民生、提高生产率、降低管理成本等社会各方面发挥重要的作用。信息技术的快速发展，使信息应用范围得以不断延伸。7二研究目的本文旨在建立一个融合粮食生产、仓储、物流全过程管理并对采集到的数据进行分析从而辅助决策的一体化系统。在粮食生产方面，物联网应用在了从生产到销售的各个环节，从生长信息监测、智能化培育控制到农产品质量安全监测都应用了物联网技术。系统将各个传感器采集到的信息汇集到一个监测平台上，管理人员可以通过管理系统显示的信息对生产过程监控和管理。仓储方面同样如此，在粮食仓储阶段，粮仓里同样布满了各种类别的传感器，实时监测空气温度、湿度等各项指标。而
10、在物流调度方面，智能物流的概念也早已被提出并实施，各种识别设备都已经成功应用且产业趋于成熟。但是就目前的情况来看，各个系统都是独立的，数据并没有交互，只在系统内应用。现在是一个数据的时代，谷歌公司成为一个无法超越的存在，其多年来积累的大量数据是一笔宝贵的财富，是其短时间内领先的重要原因。站在一个更高的层面上，将多个系统的数据整合，基于大数据分析，挖掘出隐藏的信息，对未来某段时间的调配未雨绸缪，正是本项目研究的目的所在。8三研究意义3.1 案例设想设想一个案例：在全国范围内，各个地区的土质是不同的，适合生长的作物也就不同。一大片相同土质土地的土壤肥力也是不均匀分布的，自然也会造成作物成熟阶段产品
11、质量和数量的不均匀。如果提前将土质信息采集，基于 GIS进行种植品种分析，可以得到各个地区最适合种植的作物品种。在作物生长过程中利用物联网技术进行监测，通过专家系统分析，可以估算出产量分布。根据粮食的作用（比如食用、酿酒、工业利用等），与工厂和粮仓位置叠加分析，可以得到粮食的最佳存储粮仓，当然也可以作为工厂选址的一项辅助参考。对已存在的粮仓的存粮信息和其位置信息分析，在应急调度中可以分析出最快、最合适的调度方案。3.2GIS 在系统中应用的意义随着我国对粮食安全的重视，对土地资源如何有效持久利用的探索，对基本农田合理布局严格保护的政策引导，建立基于 GIS 的基本农田划定有着极其重要的研究意义
12、。依据地理信息系统(GIS )的永久性基本农田划定，以第二次土地调查和农用地分等定级的工作技术成果为依托结合耕地保护的实际工作，运用先进的空间分析技术将各耕地地块的各项评价因素进行缓冲区分析、叠加分析、距离量算;并将空间矢量信息转换成栅格信息输出，对促进空间信息数据的融合和工作成果可视化具有积极意义。有助于实现永久性基本农田空间属性信息的快速查询和更新，以及其空间布局的动态变化的演变。为未来研究基本农田数量和质量上的动态平衡和具体的调控工作提供了有效的技术支撑。农业地理信息系统以计算机技术为基础的，以遥感技术、地理信息技术、全球定位技术、人工智能技术和网络技术为支撑而建成的，集农业信息采集、发
13、布、预告、决策为一体，建立农业数据库。以 Internet 为平台、以 GIS 和 Web 技术为手段，对农业生产、经营和管理的信息化起到一定的推动作用。它可指导农业生产，促进农业现代化，推动农业的高产丰收，为“三农”服务，为社会贡献。3.3 物联网在粮食生产中的意义（1）降低生产能耗，提高生产效率。物联网技术在农业中的应用和推广，使粮食行业实现了精细化、远程化、虚拟化、自动化，对加强粮食生产的安全管理，促进现代高效农业发展具有至关重要的作用。利用物联网可以搜集、监测和分析农作物的相关信息，为粮食生产者、农业生产流通部门以及政府管理部门提供及时、有效、准确、可靠的数据，使其及时采取相应对策。如
14、利用无线传感器网络和其他智能控制系统对农田、温室的生态环境进行监测，可以及时、精确地获得农作物的信息，帮助生产者及时发现问题，进而准确锁定发生问题的位置，并根据相关参数的变化适时调控基础设施，使作物处于良好的生长环境中，减少资源的浪费并降低污染。9（2）提升农产品附加值，促进农业生产转型升级物联网技术在农业中的推广应用将会为我国农业科技化发展提供一个全新的平台，也将推动我国农业的改造升级。通过建设农业环境自动监测系统，完成多种环境参数的采集和环境控制，能为粮食生产全过程提供智能化服务，并有效提高农业集约化生产的程度，进而提升农产品的附加值和市场竞争力。物联网技术能实现农产品生产的规模化与精细化
15、的协调，有利于增强农业的生态功能。对于规模化农产品可以进行精细化培育，精细化培育又能够规模化展开，在提高产量的同时又保持了多样性，实现了农业的生态功能。利用物联网在不同的地域建设新的生产、加工和仓储基地，推进了农业的产业化。应用智能系统实时远程监控和管理多种类、大规模农产品生产，让农田实现了超市型连锁的模式。这样的一个一体化管理系统，从粮食生产之前开始，利用各项技术虚拟出最后仓储后的情况，对于大范围宏观上的调控有一个先知先觉的作用。国家正处于一个高速发展期，各个行业都在努力利用资源、创造资源。针对于粮食行业来说，利用系统提前对生产后的各项措施提前规划安排，可以为社会提供更高效安全的粮食管理，创
16、造更多的价值。3.4 大数据和云计算应用的意义农业是大数据理念、技术和方法在农业的实践。农业大数据涉及到耕地、播种、施肥、杀虫、收割、存储、育种等各环节，是跨行业、跨专业、跨业务的数据分析与挖掘，以及数据可视化。国内第一个农业大数据的研究和应用推广机构“农业大数据产业技术创新战略联盟“ 于 2013 年 6 月 18 日在山东农业大学正式成立，标志着国内大数据技术在农业领域的应用又有了实质性突破。大数据之“大”，并不在于其表面的“大容量”，而在于其潜在的“大价值”。当今社会，数据已经成为和自然资源、人力资源一样重要的战略资源。如何利用数据资源发掘知识、提升效益、促进创新，使其为国家治理、企业决
17、策乃至个人生活服务，是大数据技术的追求目标。现在一些国家已经把更多地占有数据，科学地分析提炼数据，视为争夺今后发展制高点的重要机遇。10四农业生产管理子系统4.1 概述.智能农业生产是通过光照、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、叶面湿度、露点温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。用户通过电脑或智能手机，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。现场采集的数据，为农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制
18、和智能化管理提供科学依据。前端设备支持多种传感器接口，同时支持音频、视频功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据。4.2 系统建立意义作为粮食大国，我国农业总产量中科技进步的贡献率由 19721980 年的 27提升到 19811985 年的 3040， 2010 年农业科技进步贡献率达到 52%。在知识经济迅猛发展的今天，科学技术作为第一生产力在中国农业现代化建设中将发挥越来越大的作用。现阶段我国农业发展正处于从传统向现代化大农业过渡的进程当中，急需用现代物质条件进行装备，用现代科学技术进行改造，用现代经营形式去推进，用现代发展理念引领。因此，物联网作为新一代信息科学技术的重要组成
19、部分，它的快速发展，将会为我国农业发展与世界同步提供一个国际领先的全新的平台，也必将为传统产业改造升级起到巨大的推动作用。鉴于我国农业物联网建设正处于起步阶段，结合在农业和农村信息化领域已经有了的初步应用，如智能化培育控制、农产品质量安全、远程监测和遥感系统等。如何将这些初步的成果进一步融合、规范化、系统化。是我们现阶段建设农业物联网平台的目标和方向。使农产品生产不同的阶段，都可以用物联网技术来提高工作效率。在种植和培育阶段，应用物联网技术分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物；在农产品的收获阶段，应用物联网技术可以实现一个廉价的信息采集，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。由此可见，物联网科
20、技的发展也必将深刻影响智能农业的未来。农机企业要抓住物联网建设的重大历史机遇，在“感知中国”的宏伟战略目标的推动下，全方位的推进农业物联网系统建设，积极探索物联网与现代农业应用的结合点，加快我国农业物联网的前进步伐。智能农业控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与农业生产有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让工作更加舒适、安全、有效。与普通农业生产相比，智能农业可以提供方便快捷的生产环境其网络化功能可以提供遥控温湿度采集,防盗报警, 电话远程控制, 可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。与普通农业相比，智能农业不仅提供舒适宜人且高品位的生活空间，实现更智能的农业安防系统 ;物联网中的无线传感器应用对智能防灾，灯光控制，
