智慧农业整体解决方案

 

1   指导思想与建设目标

1.1            指导思想 

以科学发展观为指导，紧紧抓住国家发展现代农业和实施发展规划的战略机遇，立足于科技优势，围绕着创新型推动，绿色化发展，集群式布局，产业链延伸，国际化提升的原则，通过信息化促进特色产业发展。以 示范区信息化综合服务平台和宽带网络的广泛覆盖为支撑，以全区城乡一体和智慧化发展均等服务为目标，推进“智慧 ”建设;从现代农业示范领域以智慧农业发展为目标，推进以全面感知、广泛互联、科技管控、深度应用、灵活互动为主要特征的“智慧农业”建设，引领全区信息化梯度发展。

互联农业物联网是全国级专业定位于农业物联网的高科技企业，长期以来致力于借助物联网、云计算和移动互联等新一代信息技术手段，发展优质高产高效农业，打造从农田到餐桌，覆盖生产、加工、物流、销售、消费五大领域的全产业链质量追溯体系，从而协助政府和企业解决中国的粮食安全和食品安全问题，推动农业“两高一优”发展，实现农业经济效益、社会效益、生态效益大提升。我们立足建立以一个区级智慧农业综合服务平台;三个综合应用平台：农产品质量安全溯源平台、以发展各地电子商务平台和物联网应用平台;9个应用子系统，涵盖园内果树、大田(小麦、玉米)、鲜蔬、牲畜、家禽、种苗、沼气等各类物联网应用。

1.2            建设目标

(1)              建设农业信息化示范工程。

(2)              建设现代农业示范区信息化建设工程。

(3)              建立现代农业信息资源和服务平台。

 

1.3            建设内容

(1)              农产品溯源系统。采用二维码、RFID、物联网等先进技术，以“产品追溯”为主线，对 示范区的农民专业合作社、涉农企业的农产品进行追溯跟踪。

(2)              涉农企业电子商务平台。依托示范区综合服务平台建设 涉农企业电子商务平台。为涉农企业提供安全、可靠的网上交易平台，信息发布平台，供求关系平台。重点建立以大宗鲜活农产品交易为主的产销对接系统。

(3)              旱区多遥感平台农田信息精准获取技术集成与应用工程。包含耕地质量监测数据获取综合快速空间信息分析与服务系统、多尺度作物产量监测预报系统、无人机遥感信息处理监测集成系统、即时服务和精准作业集成系统等。

 

2    总体架构

2.1            总体框架

 

2.2            技术架构

 

3    应用体系

1. 3.1            应用体系架构

 

 

1. 3.2            平台规划

智慧农业下设三个主要的应用平台，共有 10 个子系统组成。

4.2.1                指挥决策平台

1. 4.2.1.1                   平台概述

 

指挥决策平台

农业指挥决策平台整体布局为指挥决策、平台支撑、生产服务三个层次，向政府和企业提供信息服务，具备视频监控、环境监控、统计分析、遥感数据获取与分析、自动预警和远程控制等功能，通过 LED液晶大屏展现，为政府提供决策依据，为企业提供管理手段，实现农业精细化生产，提高农业信息化水平，为政府监管提供是在有力支撑，为农业规范化管理提供可靠保障，使农民增产增收。

 

4.2.1.2                   平台功能

 

农业指挥决策平台功能通过大屏显示系统、移动终端应用软件展示实时监测的现场数据和图像，以多种方式和渠道手动或自动对现场设备远程控制、智能化报表和决策分析系统，互动式的农技培训与专家远程诊断系统、通过遥感获取耕地质量监测数据和无人机遥感信息。

充分利用和整合各种农业信息化资源，为相关职能部门决策、企业经营管理、基层农业科技人员和农业生产经营主体提供综合服务。主要包括以下功能：

1、介绍农业资源情况，主要特色等，通过文字、图片、空间地理图、视频等多种形式展示。

2、建立视频监控指挥平台，对农业生产进行实时视频监控，进行全局掌控，由视频监控平台完成对视频服务的统一管理和调度。

3、提供远程专家诊断服务，生产过程中出现的问题，可实现远程对讲功能。

4、根据各个应用系统采集的数据和遥感采集数据，生成环境监测报表，预测农作物生长趋势，提供灾害预警。

5、提供远程控制功能，通过手动或自动远程控制现场设备开关，对生产环境进行及时的调节，减少工作量，提高效能。

6、提供农技培训服务，实现实时双向的在线农业技术专业培训及答疑、农技咨询服务、开展生产指导、病虫害诊断。

7、结合了遥感与 GIS系统实现耕地质量监测、空间信息分析、多尺度作物产量监测预报、无人机遥感信息处理监测、精准作业等数据服务，为政府决策支持提供支撑。

8、可通过接入气象灾害预警和动植物疫情等系统，提供统一协调数据功能。

农业生产指挥调度应用模拟图

 

4.2.2                农产品质量安全溯源平台

 

1. 4.2.2.1                   平台概述

 

农产品及食品质量安全追溯系统，主要功能有基础信息管理、各个环节的信息采集、环节关联以及追溯信息查询功能。通过输入农产品的追溯条形码，可查看该农产品从生产到采收、加工、仓储、物流、销售的全面追溯信息。

4.2.2.2                   平台功能

 

以蔬菜为例，如输入青椒的追溯码标签，可查询出该青椒的全程追溯信息， 如图：

(图查询窗口)

（图 产品介绍）

（图 贮藏信息）

 

4.2.3                电子商务平台 

1. 4.2.3.1                   平台概述

平台业务框架

 

B2B电子商务交易平台是专业服务于农业企业(经济主体)、农资企业、农业合作社、种植大户、农民、农产品流通企业、农批市场、商超、电商、消费者提供 园区企业农产品网上展销、自由交易和团购的农资农产品电子交易平台。农资企业通过该交易平台可发布农资产品的供应信息，农业合作社、种植大户、农民、农业生产企业等可发布农产品农产品供应信息。

B2B电子商务交易平台结合物联网技术，面向全国，以加速农业信息流通， 提高农业效益，促进农业产业化建设为目标，把科技、文化、经济相结合，构建服务 三农新模式，促进城乡一体化进程。

 

B2B 电子商务交易平台为企业与个人提供发布和获得各类农产品供求信息、农业科技知识以及在线 进行农产品交易等渠道，并有效防止伪劣农资产品进入市场。

4.2.3.2                   平台功能

B2B电子商务交易平台，所有农资农产品企业在此注册成为会员之后，可以免费发布产品、供求信息、合作以及转让信息。企业注册成功后，在一定条件下，可以在线开店，同时可以直接进行在线购买新鲜的农产品。完成农产品选购、下单、在线支付、物流配送选择，同时也可以查看所购买的农产品的质量追溯信息。通过物联网设备，将产品的种植环节、加工环节、物流环节、检测环节、销售环节等等一一实现透明化，让客户购的放心，用的安心。

4.3            应用系统规划

1. 4.3.1                农产品及食品质量安全溯源系统

 

1. 4.3.1.1                   系统概述

 

产品质量追溯系统实际就是一个强大的电子信息记录和管理系统，利用RFID技术，使用电子标签、手持终端和读卡器实现各环节的有机结合，围绕产、销一体的生产流通环节，针对各个环节进行监控。通过信息化全面记录的手段，采集各环节具体的基础数据内容，通过有效的数据建模思想和工具，借鉴现代化的科技手段，依托于互联网络，实现建设一套符合社会需求、业务需求，并且标准化、自动化、简单易行的产品追溯系统。

产品追溯系统连接基地、加工、包装、检验、销售等食品及农产品生产及流通的关键环节，同时记录各个环节的相关数据，通过数据通信网络上传数据中心存储。产品追溯系统主要有以下作用：

 

实现产品全过程追溯，提高产品安全性和市场竞争力;

 

一旦产品出现质量安全问题，能及时找出原因，有的放矢召回问题产品，将损失降至最低;

有助于健全质量管理体系，提高产品质量和管理水平;满足国外对进口产品的可追溯要求，跨越贸易壁垒，促进产品出口; 有助于提高消费者对企业的信任度，树立良好社会形象。

 

4.3.1.2                   溯源体系

养殖类产品溯源体系

1. 1. 1. 1. 功能介绍

 

追溯系统主要分为三类用户。我们为不同用户提供不同系统界面，使不同的用户完成不同的功能。

系统管理员：通过系统管理界面可以完成以下工作：

 

产品类别管理：把所有的产品分成蔬菜、水果、水产、家禽、牲畜等，产品类别管理，主要完成对此分类的添加、删除、修改与查询。

产品品种管理：产品类别，如蔬菜下可能包含西红柿、黄瓜、辣椒等，产品品种管理主要是完成对此分类的添加、删除、修改

企业类别管理；企业按照所属行业不同可分为，种植企业、加工企业以及养殖企业等，企业类别管理主要完成对此分类的添加、删除、修改。

企业管理：系统管理员通过此功能完成对系统中的所有企业进行管理，主要包括编辑、修改企业信息，为企业的产品分配追溯链。

环节模板管理与追溯链管理：面向不同类型的追溯建立对应的不同追溯环节和追溯链条，以满足消费者对可追溯信息的要求。

企业用户

 

企业基本信息维护：主要是企业维护自身的一些基本信息、联系方式以及介绍等信息。

产品管理：企业通过该功能完成产品的添加、修改与查询。

 

产品追溯信息管理：企业通过该功能管理具体产品的追溯信息。普通消费者

普通消费者购买贴有追溯码的产品，在查询终端输入追溯码，查询所购买产品的追溯信息。

 

1. 1. 1. 大田“四情”监测调度管理系统

 

1. 1. 1. 1. 系统概述

 

通过网络通信、微电子、传感器等技术的创新集成，建设基于物联网的大宗作物“四情”监测和调度平台，可针对农田环境(包括空气湿度和温度、土壤湿度)、光合有效辐射、风速、风向、雨量、图像、视频等开展实时监控，并实时无线远程传输到信息监控中心，为作物的生育进程、以及灾害的预防、治理,分析“四情”,开展技术指导及决策管理提供及时、可靠和科学的依据。在利用仪器检测的同时，各检测点同步开展“四情”人工检测，采集相关数据、对采集信息进行分类，并与仪器检测结果互补，建立农田环境指标体系和“四情”分类标准，进一步完善平台，逐步实现“四情”检测自动化、动态可视化、田间管理科学化、提高决策管理和服务水平。

1. 1. 1. 1. “四情”监测体系

 

小麦(玉米)“四情”监测调度系统应用架构，如图所示：

小麦(玉米)“四情”应用架构图

 

1. 1. 1. 1. 系统功能

 

信息采集

 

负责“四情”信息并实时通过无线或者有线的方式远程传输到信息管理系统, 进行转换处理后进行存储和管理。“四情”信息主要包括各种环境信息如：空气温湿度、土壤温湿度、太阳光照辐射、风速和风向、降雨量等。图片信息、视频信息、种苗相关的微生物(孢子)信息以及种苗自身的信息组成，其中环境信息的采集由小型气象站和土壤传感器完成，图像信息和视频信息的采集则采用多元化的方式，包括固定摄像机采集，移动设备包括手机、PDA、平板电脑、笔记本等等，这些设备完成图像和视频的采集后，可以通过 3G、WIFI 等无线网络或者INTERNET 等方式将采集信息上传。

数据采集方式主要有两种，

一种是自动采集即仪器采集。分为固定式和移动式。

 

其二是人工现场采集，如农作物生长动态、土壤墒情定期人工分析等。通过系统平台上传至后台的信息管理系统。

农情监控

 

根据现场安装的各种监测设备，比如摄像头、小型气象站等，实时监测现场的灾情发生发展情况、温度、降水等气象情况，做到及时掌握灾情变化趋势。解决灾情发生后不能第一时间赶到的问题。另外通过实施监测也可以在第一时间内监测到灾情，通过手机短信、电话、电脑等多种途径通知相关部门关注灾情变化。

多田监控

图片监控

 

农情分析

 

结合监测数据库的实时监测站数据、气象预报信息、群测群防信息和气象灾害数据库与信息库的地理图、地质图、灾害历史记录等信息，根据分析预报模型和指标，对采集的数据进行统计分析，并输出分析结果(文字、表格或图形)。

统计分析

评价分析

农情报表

具备自动生产墒情监测报表功能，用户可根据系统评价信息编写监测报告， 实现所有用户对监测报告的查询。

1. 1. 1. 设施蔬菜精细化种植应用管理系统
2. 1. 1. 1. 系统概述

 

设施蔬菜精细化种植管理系统主要由数据采集、实时数据展示、报警提示以及数据汇总等模块组成。系统通过传感器采集大棚内空气和土壤的温湿度、光照强度、日照数等数据，通过有线或无线网络传递给数据处理系统，并对数据进行存储、展示。当数据出现阈值告警时，并可以自动控制相关设备进行智能调节或发送报警短信。

1. 1. 1. 1. 系统架构

 

针对设施大棚蔬菜种植，软件平台架构主要分为环境数据采集及分析、大棚自动化系统控制、远程视频监控几大部分，设施蔬菜种植平台架构如下：

业务流程

蔬菜精细化种植业务流程

1. 1. 1. 1. 系统功能

 

设施蔬菜精细化种植应用系统通过光照强度、空气温湿度、土壤温湿度、日照数等无线传感器，对蔬菜大棚内的对应环境参数进行实时采集，并进行分析。依据大棚外环境信息和分析结果，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制滴灌、开关卷帘等)。同时在蔬菜大棚现场布置摄像头等监控设备，适时采集视频信号。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智能调节远程自动化设备。

种植环境数据采集

土壤温湿度、空气温湿度、光照强度等生长环境参数对蔬菜的生长有重要影响。传统的种植方式，无法对这些生长环境参数进行实时监测与定量、定性分析。利用传感器实时采集数据信息，通过网络的将采集的数据进行传输，实现对土壤温湿度、环境温湿度、光照等生长环境参数的实时监测，并有效存储数据到历史数据库为生长环境参数对蔬菜种植影响的定量、定性分析提供依据。

温度数据采集

温度数据采集分为：空气温度、土壤温度，蔬菜的生长需要适宜的温度，温度过高或过低都可能导致蔬菜死亡。农业上常用日平均温度、月平均温度和年平

均温度来评估蔬菜生长所需的温度环境是否良好。温度数据采集功能就是为温度环境评估提供可靠的数据参数。

湿度数据采集

湿度数据的采集分为：空气湿度、土壤湿度，蔬菜的种植必须在适宜的湿度环境中才能生长出来，所以适宜的湿度对于蔬菜来说也是不可或缺的。蔬菜大棚内的湿度数据采集功能便是实时采集大棚内部的湿度数据，保障蔬菜能够健康成长。

光照强度监测

光照是蔬菜进行光合作用合成糖分进行生长的必要因素，一天中光照强度的分布情况直接影响蔬菜的生长，通过光照传感器进行光照强度的监测，了解光照对蔬菜在不同时间段的影响具有重要作用。

视频环境监测

通过在大棚顶部安装监控摄像头，摄像头实时捕获大棚内部的画面，而后通过网络将画面数据传输给视频处理设备并进行存储。使用者既可以在 PC 机液晶显示器上看到蔬菜大棚内部的实时画面，又可以通过 3G 手机远程访问来观看大棚内部的实时画面。即可以帮助生产管理者远程了解大棚内蔬菜生长状况，也可以帮助农业专家通过远程监控画面了解蔬菜生长情况，解决种植中的病害难题。

在大棚中选择合适位置安装球机，该球机可全方位旋转，保证了大棚内的任何角落都在摄像头的可视范围内，图像通过无线网络或视频线进行传输，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。

在工作间部署网络视频服务器，由网络视频服务器及时处理视频信息，并上传到机房控制中心显示棚内蔬菜生长的实时画面。并可对历史数据进行存储，方便随时调阅。

阈值报警

 

当出现被监控点数据异常时可自动发出报警信号，可设定各监控点位的温湿度报警阈值。报警方式包括：软件系统报警、手机短信报警。系统可上传报警信息，并且系统可及时通知值班工作人员。

软件系统报警：蔬菜对土壤温湿度、作物生长养分等生长参数有一定的范围要求。可以通过系统设置参数的上下阈值，当环境参数超出预设的范围时，通过系统做出报警提示。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。报警可以通过平台弹出窗口，手机查询等方式实现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。

手机短信报警：当大棚出现超出阈值设定的高温、低温以及其他报警时，手机短信报警系统会迅速将报警短信发给工作人员，实现大棚真正意义的“自动控制、无人值守、应急报警、有人干预”的控制原则。

设备控制

智能大棚物联网远程设备控制对设备的控制实施模糊运算和多时段目标值控制理论：系统具有每天多个时间段的独立目标温度、目标湿度、目标风速、目标风向设定，相邻目标值间软性过渡，防止环境参数的突变对作物的伤害。

并且通过该系统，可查看当前所有自动化设备的运行状态，并可以进行远程自动化控制和管理。点击系统按钮、操作鼠标实现对种植设备的远程自动化控制， 如打开风机通风降温、打开卷帘内遮阳等。

数据查询

可查看大棚的实时种植数据信息，包括大棚编号、种植蔬菜品种、空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照数情况，可通过选择大棚的名称、种植蔬菜的品种等进行数据查询筛选。

种植分析

针对蔬菜大棚种植环境数据，物联网将对这些数据进行智能分析，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。

远程专家诊断

通过远程专家系统，可以查看设施大棚的蔬菜种植环境数据、视频图像信息， 经过专家的远程诊断分析，对蔬菜生产的环境调节进行指导，并通过视频图像诊断蔬菜的长势情况及病虫害情况并提供生产建议。

统计汇总

数据汇总主要把数据采集模块采集的数据按照设定的频率存储到数据中心， 为以后的定量定性分析提供依据。通过实时数据汇总模块提供历史数据的统计分析等报表服务。

汇总统计为用户通过环境信息得到相关参数提供了方便，通过计算机或手机远程访问的方式，用户可以对所要实现自动控制的参数(温度、湿度)进行设置和完成参数的获取，即时了解蔬菜大棚中的生产管控情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，系统可在线实时 24 小时连续的采集和记录大棚内的温度、湿度、光照强度、日照数等各项参数情况。

实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面，用户可随时打印指定时间段的温湿度数据及运行报告。

1. 1. 1. 畜禽精细化养殖应用管理系统
2. 1. 1. 1. 系统概述

家禽精细化养殖管理应用系统，利用现代信息技术准确掌握家禽生育进程和生长动态，对家禽生长动态以及家禽各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析，对家禽养殖、栋舍管理和防疫出栏进行快捷高效的远程指导，提高精细养殖和栋舍管理的能力，及时发现养殖中存在的问题，制定家禽养殖和栋舍管理技术对策，提出家禽养殖和栋舍管理意见或建议，更好地开展技术指导,促进家禽增产。

1. 1. 1. 1. 系统架构

 

在养殖棚舍中进行设备部署，设备功能主要包括：

畜禽精细化养殖应用系统架构图

备注：自动化控制及传感设备以监测点的实际采购情况为准，如因监测点自动化控制及传感设备有问题或不满足自动化控制的条件，对该自动化控制及传感设备的控制可以不实现。

 

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