1、物联网智慧农业解决方案1基于物联网智慧农业平台项目解决方案建设单位：软件 134编制单位：雎正编制时间：2015.6.24目录引言 .1引言 .1物联网智慧农业解决方案2产品概述 .8产品优势 .23国家与政策支持 .25带来的价值与效益 .27主要结论 .29物联网农业在农业中应用的意义 .30一、 引言1.1 我国农业现状中国作为一个传统的农业国家，长时间以来仍然处于一家一户的传统农业，农业生产规模小、机械化程度低、高科技难以普及，农民科学种植观念淡薄，认识存在偏差。农业收入占家庭总收入的比例极低，导致越来越多的青壮农户转向以打工收入为主，尤其是年轻一代的农民更不愿意拴在土地上，导致大量土
2、地资源的浪费，农业生产力低下。由于诸多因素我国农业生产方式多以人工种植和传统种植方式为主，农药使用泛滥、土地盐碱化严重、水源灌溉浪费、施肥不科学等问题近年来日益突出，我国自然环境承载力与经济发展之间的矛盾也日益突出，水资源、耕地、草地等主要农业资源不断减少，严重制约了农业综合生产力的提高。农产品供给数量、质量及价格是我国农业生产的核心问题，长期以来我国农业生产在这些问题上面临诸多的挑战：1）缺乏科学管理手段、现代化程度低下 受人口激增压力及生态环境相对恶劣的双重影响，导致我农业分布区域范围较为广泛，土地人口承载量低以及农业资源利用效率效益低的现状，当前农业发展尚处于生产性低耗源而结构性高耗源的
3、非控式发展阶段。与一些农业发达国家的集约化、标准化、规模化管理水平相比，我国农业生产的科学管理手段贫乏，生产前缺乏规划，生产时缺乏管理，科技成果向生产力转化和科技成果的利用率都不高，生产管理制度和规范化作业体系有待于进一步完善和加强。农业生产的方式和生产工具的现代化程度普遍偏低，农业基础设施相当脆弱，抗御自然灾害的能力较弱，有相当一部分地方的农户都还以手工方式耕作，生产手段落后，严重浪费了劳动力和自然资源，制约了农业发展的速度。 物联网智慧农业解决方案32) 生产技术落后、农业附加值低 伴随着我国的经济的高速发展，达到小康后的我国消费者期望绿色、美味、保健、多样化和优质的农产品，这与我国农产生
4、产现状存在矛盾。农业生产技术的落后，导致农产品品质难于提高，在农业产品本身的生物学特性指标方面，如：大小、形状、色泽、口感、营养含量、易储藏性、易运输性、易加工性等等，与一些农业发达国家相比，差距很大。在食品出口或内需供应中，人们对农产品中是否含违禁药物、农药残留是否超标、是否染有动植物疫病安全指标重视越来越重视。长期以来我国农业对科学生产的并不重视，科学生产观念落后，绝大部分地方还是以传统方法，仅凭经验去判断农作物生长环境所需的温度、湿度及其需水量等条件。 3) 农业市场信息不畅通、信息闭塞 农产品的数量问题，既包括不足也包括过剩，制约农业发展的一大“瓶颈”就是“信息闭塞、销路不畅” 。在缺
5、乏信息或信息被扭曲的条件下，缺乏市场信息引导，小农经营的广大农民极易一哄而上、一哄而下，盲目生产。由于供求双方信息被阻隔，导致盲目进入市场，一些地方卖粮难、卖菜难等问题，而另一些地方可能就是菜价、粮价攀高，由此带来巨大的经济风险。农户由于缺乏市场信息和销售渠道以及交通的不便利，农产品市场的信息不透明和沟通不及时是导致农民盲目生产、选择生产的产品又不适合市场需求，农产品缺乏流通渠道的重要原因。 4) 产业发展结构不合理、产业化规模小、竞争力不强 1.2 我国农业信息化的发展我国是世界农业大国，农业是我国的传统和基础产业。我国政府部门高度重视我国农业的发展，先后出台了农业科技发展“十二五“规划 、
6、 关于加快推进农 业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见 、 全国农垦农产品质量追溯体系建设发展规划（2011-2015） 等政策，全力支持“十二五“期间我国农业的发展。 从上世纪 80 年代以来，我国开展了系统工程、数据库与信息管理系统、遥感、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等技术应用于农业、资源、环境物联网智慧农业解决方案4和灾害方面的研究，取得了一批重要成果。1994 年 12 月在“国家经济信息化联席会议”第三次会议上提出了建设金农工程，目的是加速和推进农业和农村信息化，建立“农业综合管理和服务信息系统” 。金农工程系统结构的基础是国家重点农业县、大中型农产品市场、主要的农
7、业科研教育单位和各农业专业学会、协会。目前，我国的农业信息化建设在数据库、信息网络、精细农业以及农业多媒体技术等领域都取得了一定成效。 目前，RFID 电子标签、远程监控系统、无线传感器监测、二维码等技术日趋成熟，并逐步应用到了智慧农业建设中，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，使农业生产自动化、智能化，并可远程控制，提高了农业生产的管理效率、提升了农产品的附加值、加快了智慧农业的建设步伐。1.3 物联农业网简介物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前
8、，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化的重要组成部分，是农业发展的必然阶段，是新时
9、期农业和农村发展的一项重要任务，是实现国民生计的大事。以农业信息化带动农业现代化，对促进国民经济和社会持续、协调发展具有重大意义。进一步加强农业信息化建设，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产与大市场的对接，已经成为农业发展的一项重要任务。 物联网智慧农业解决方案5农业物联网建设主要包括环境、植物信息检测，温室、农业大棚信息检测和标准化生产监控，精准农业中的节水灌溉等应用模式，例如农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况、土壤空气变更等环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤 pH值等信息的监测。 智能农业控
10、制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。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、二氧化碳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1.4 世界各国的农业信息化1美国 美国的农业信息化是从 20 世纪 60 年代开始，大致可以分为三个阶段，即20 世纪 50-60 年代的广播、电话通讯信息化及科学计算阶段；20 世纪 70-80 年代的计算机
11、数据处理和知识处理信息化阶段；20 世纪 90 年代至今的知识的处理、自动控制技术的开发以及网络技术的应用。 2德国 20 世纪 70 年代中期至 80 年代中期，是德国计算机数据处理、建立数据存储等农业信息化技术从初级阶段走向成熟的阶段，如早在 1976 年就使用计算机计算每块地的面积、登记每块地的类型及价值，并在此基础上建立了各地区、村庄、道路的信息系统。80 年代中期，德国政府委托有关研究部门建立了全德国的地区农业经济模型，成为很成熟的农业信息处理系统，为有关决策提供服务。至 90 年代初，德国计算机数据处理、数据模拟模型技术开发走向应用的阶段。在此时期，德国在农业数据库的技术研究开发与
12、建设方面做了很多工作。进入 20 世纪 90 年代，信息技术在德国得到进一步的发展，电脑广为普及。通过 Internet 联网，德国已拥有了发达的通讯网络。90 年代中期以来，国际互物联网智慧农业解决方案6联网络的出现，使农业信息的传播发生了根本性的变化，以前大型而低效的数据存储设施被高效的计算机系统所取代。目前，德国通过各种网络的连接，可查找到各种专业研究信息、科技管理信息和经济等方面的信息。 3日本 日本到了 80 年代末，由于各种信息机械的迅速普及和网络化的发展，农村信息化政策不断得到扩充，农村地区的信息化程度也进入快速发展阶段。到1998 年底，在日本各都道府县建立的与农业信息化相关的
13、网络中心等机构有 67个，平均每个县有 1.5 个农业信息中心。另外，在全国各地有 38 个研究机构在开展信息化软件开发以及信息化应用研究等课题。日本 20 世纪 90 年代初建立了农业技术信息服务全国联机网络，即电信电话公司的实时管理系统（DRESS） ，其大型电子计算机可收集、处理、储存和传递来自全国各地的农业技术信息。每个县都设 DRESS 分中心，可迅速得到有关信息，并随时交换信息。二、 产品概述本方案针对智能农业大棚，采用目前先进的无线传感技术，ZigBee 技术，WiFi 技术，RFID 无线智能控制终端和控制软件等，分为三个组成部分：无线传感器网络，光载无线 WiFi 传输，智能
14、控制系统。无线传感器网络采用适合物联网应用的 ZigBee 传感器件，以达到无线，低功耗，自适应组网等要求。光载无线 WiFi 传输系统采用飞瑞敖电子科技有限公司自行研发和生产的光载无线交换机，配合远端天线模块，通过模拟光纤传输 WiFi 信号，达到安全，可靠，远距离覆盖的目的。智能控制系统通过采用智能控制终端（如无线智能电源插座，无线智能水泵等） ，配合控制中心的智能控制软件，对远端采集的各种信号进行分析和汇总，自动控制和开启相关设备，对农作物的生长环境进行精确调节，以达到智能，自控，高效，高产的目的。平台是基于移动互联网、固定互联网、物联网应用于一身的远程智能监控、数据分析和信息化决策系统
15、。该系统采用国际先进的传感器网络技术，通 过光照、温度、湿度等无线传感器实时采集农业生产现场的温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量等环境参数，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等） 。产品依托中国电信网络资源的优势，实现远程控制、物联网智慧农业解决方案7远程查看等，致力于农业信息化建设，加快构建现代农业产业体系，加速传统农业向智能农业转型，实现依靠现代先进技术实现农业现代化。2.1 什么是农业物联网农业物联网”是基于计算机应用、物联网、视频监控、3G 通信、IPv6 等先进技术构建的农业专家智能、农业生产物联控制和有机农产品安全溯源等三大应用为一体，实现了农业信息数字化
16、、农业生产自动化、农业管理智能化的综合智能信息化解决方案。 “农业物联网”具有感知、互联、智能的特征： * 感知（Instrumented）利用随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程 *互联（Interconnected）先进的系统可按新的方式协同工作* 智能（Intelligent）利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值。在不久的将来，我们可以随处看见这样的情景：农民兄弟坐在电脑前，轻点鼠标，即可查看农场现场情况，了解温湿度等信息，实现翻地、播种、除虫、灌溉和收获，就如同“开心农场”一般简单。 通过“农业物联网产品” ，我们志在实现生产管理、安全管理、精准管理
17、、溯源管理和信息支持等应用，降低种植成本，提高农作物产量，加强食品安全，从而构建低碳节能、高效高产、绿色生态的现代农业体系，对于我国的农业发展具有重要意义。2.2 应用领域物联网智慧农业解决方案82.3 产品架构体系“农业物联网”是依托 IPv6 下一代互联网技术、云计算技术、物联网技术、全球眼技术等方面的积累和优势，基于云计算的、可运营的物联网应用智能服务平台，实现物联网应用的快速配置、快速部署和快速上线，并可实现传感数据的共享共用。 农业物联网”采用传感层、网络层和应用层的三层架构体系，如下图所示：物联网智慧农业解决方案9 传感层：由传感器、控制器、采控器、边缘网关四部分组成，数据采集、通
18、信和协同信息处理等功能。 传感器感知获取农业环境中发生的物理事件和数据信息，如：物理量、标识、空气温湿度数据、音视频数据等） ，通过汇聚点到边缘网关，网关通过网络层上报到应用层平台。 边缘网关通过网络层接收应用平台指令，由汇聚点通过执行器或其他智能终端对感知结果做出反应，实现智能控制（如喷淋、卷帘等） 。 网络层：将来自感知互动层的各类信息通过中国电信的成熟的基础承载网络传输到应用服务层，为感知层和应用层提供可靠的数据传输的基础。 包括移动通信网、互联网、固网等，以及与卫星网、广电网、行业专网形成的融合网络。 网络层主要关注于来自于感知层的经过初步处理的数据，为传感层和应用层提供安全稳定的信息
19、通道。 涉及到不同网络传输协议的互通、自组织通信等多种网络技术，末端的接入形式上可以是 ADSL、LAN/WLAN、CDMA EVDO 或者 CDMA 1X 等。 应用层：是将物联网技术与行业专业系统相结合，实现广泛的物物互联的应用，实现对信息资源进行采集、开发、利用和存储，形成与业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库，为农业的各类业务提供统一的信息资源支撑。 建立、实时更新可重复使用的信息资源库和应用服务资源库，根据用户的需求随需组合，以适应不同业务。2.3 产品功能应用农业智能传感器应用传感器是把被测量的信息转换为另一种易于检测和处理的量（通常是电学量）的独立器件或设备，传感器的核心部分
20、是具有信息形式转换功能的敏感元件。在物联网中传感器的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。物联网依靠于传感器感知到每个物体的状态、行为等数据。在大田种植方面，传感器可以对目标监测区内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2 浓度、土壤 pH 值和光照强度等农业环境信息进行实时采集，为精准农物联网智慧农业解决方案10业环境监测提供了有效的解决方案，有助于农业部门制定出更加有效的提高农作物产量的方法。在作物的生长过程中还可以利用包括光谱、多光谱图像、冠层温度、冠层光照及环境温湿度等多传感信息探测器对作物生长信息进行监测。HamritaTK 等开发出土壤性质监测系统，运用了 RFID 技术，实现了对土
21、壤温度、湿度等的实时监测，对后续植物的生长状况提供研究的依据。BowmanKD，AmpatzidisYG 等将 RFID 技术应用于检测果树的信息，从而分析出果实的生长状况。中国农业大学 2009 年在新疆建立的滴灌控制系统可以自动监测农作物生长的土壤墒情信息，实现按照土壤墒情进行自动滴灌，从而达到节约农业用水的目的。在设施园艺方面，可采用不同的传感器采集土壤温度、湿度、pH 值、降水量、空气湿度和气压、光照强度、CO2 浓度等作物生长参数，为温室精准调控提供科学依据。中国农业大学、中国农科院、国家农业信息技术研究中心、浙江大学、华南农业大学和江苏大学等针对我国不同的温室种类研制了适用于我国温
22、室环境的数据采集、无线通信技术解决方案，可以实现温室环境的状态监测和控制。在畜禽养殖方面，运用各种传感器可以采集畜禽养殖环境以及动物的行为特征和健康状况等信息。荷兰的 Velos 智能化母猪管理系统在欧美国家得到了广泛应用，通过对传感器采集到的信息进行分析和处理，系统能够实现母猪养殖过程自动供料、自动管理、自动数据传输和自动报警。谢琪、耿丽微等分别设计并实现了基于 RFID 的养猪管理与监控系统和奶牛身份识别系统。ParsonsJ 等对 Colo-rado 的羊安装电子标签，运用物联网技术提高了羊群 管理效率。 在水产养殖方面，传感器可以用于水体温度、 pH 值、溶解氧、盐度、浊度、氨氮、COD 和 BOD 等对水产品生长环境有重大影响的水质及环境参数的实时采集，进而为水质控制提供科学依据。中国农业大学李道亮团队开发的集约化水产养殖智能管理系统可以实现溶解氧、pH 值、氨氮等水产养殖水质参数的监测和智能调控，并在全国十几个省市开展了应用示范。 在果蔬和粮食储藏方面，温度传感器发挥着巨大的作用，制冷机根据冷库内温度传感器的实时参数值实施自动控制并且保持该温度的相对稳定。贮藏库内降低温度，保持湿度，通过气体调节，使相对湿度（RH） 、O2 浓度、CO2 浓度等保持合理比例，控制系
