物聯網應用領域之農業(yè)物聯網

CollegeofComputerScience&KeyLaboratoryofDSC-CPS,MinistryofEducation,ChongqingUniversity物聯網應用領域之三：農業(yè)物聯網主講：鄭林江博士/副教授重慶大學計算機學院信息物理社會可信服務計算教育部重點實驗室2014~2015學年第一學期E-mail：zlj_cqu@2/27物聯網應用領域之二：農業(yè)物聯網提綱背景及需求精細農業(yè)中的物聯網技術農業(yè)領域的物聯網應用案例3/271.背景及需求目標人工管理，缺乏有效的技術手段采集農作物生長環(huán)境參數；采用手工控制實現對灌溉、水簾、遮陽網、抽風機等的控制，耗費人力、耗費時間，出錯率比較高。傳感數據相對單一；對獲取的數據還需進行手工統(tǒng)計和分析；缺乏智能化的數據管理和分析平臺；不能做到災害預警和應對聯動。傳感數據多樣；集傳感、存儲、分析、聯動與一體；實現遠程監(jiān)測和控制；智能數據處理；多樣化報警方式

傳統(tǒng)農業(yè)

現代農業(yè)

智能農業(yè)4/271.背景及需求智能農業(yè)面對農業(yè)既要高產高效，又能優(yōu)質低耗的要求農業(yè)生產方式必須由目前的經驗型、定性化向知識型和定量化發(fā)展，由粗放型向精細化轉變。智能農業(yè)：不僅節(jié)約成本，還能保證果蔬可以在最適宜的環(huán)境下生長，實現增產增收以西紅柿種植為例：根據我們和以色列同行的交流，以色列采用精細化種植的西紅柿可以實現畝產50噸，而北京平谷東高村的農戶，畝產僅在7噸左右。以種豬養(yǎng)殖為例：公豬交配期的溫度高于29度，交配時間將延長一個月5/271.背景及需求智能農業(yè)實現智能農業(yè)的前提是農業(yè)生產環(huán)境數據的采集與精細化控制物聯網可以在農業(yè)生產的產前、產中和產后的各個環(huán)節(jié)發(fā)展基于信息和知識的精細化的過程管理。物聯網在精細農業(yè)領域的應用，基于信息和知識的大田種植、養(yǎng)殖、加工和設施農業(yè)生產過程精細化管理與智能化決策。6/27物聯網應用領域之二：農業(yè)物聯網提綱背景及需求精細農業(yè)中的物聯網技術農業(yè)領域的物聯網應用案例7/272.精細農業(yè)中的物聯網技術2.1精細農業(yè)物聯網體系結構8/272.精細農業(yè)中的物聯網技術2.2農業(yè)信息感知感知層通過多種傳感器，實現對農產品的種植、養(yǎng)殖、儲運等環(huán)節(jié)的信息感知，如光照、土壤和水產溫濕度傳感器等。（1）作物生長環(huán)境感知（檢測農作物生長環(huán)境的溫度、濕度、PH值等）土壤水分傳感器土壤Ph值傳感器9/272.精細農業(yè)中的物聯網技術2.2農業(yè)信息感知（1）作物生長環(huán)境感知（檢測農作物生長環(huán)境的溫度、濕度、PH值等）土壤溫度傳感器CO2濃度傳感器10/272.精細農業(yè)中的物聯網技術2.3農業(yè)信息傳輸ZigBee短距離傳輸技術無線地/水下傳感器網絡實現感知信息的高可靠性、高安全性傳輸。農業(yè)感知信息傳輸特點：感知區(qū)域面積大多部署在復雜環(huán)境，如森林、水域、農田等實時性要求高11/272.精細農業(yè)中的物聯網技術2.3農業(yè)信息處理及應用12/27物聯網應用領域之二：農業(yè)物聯網提綱背景及需求精細農業(yè)中的物聯網技術農業(yè)領域的物聯網應用案例13/273.農業(yè)物聯網應用3.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)3.2牛肉產品全生命周期跟蹤14/273.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)（1）背景喜溫植物不能長期忍受5度以下的低溫，10度以下停止生長，如黃瓜，西葫蘆，茄果類，菜豆等耐熱蔬菜生長溫度要求在20至30度，要求晝夜溫差不低于10度15/273.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)本系統(tǒng)通過各種傳感器采集溫室內溫度、濕度、光照等環(huán)境參數和植物生長信息，數傳終端將采集數據通過CDMA網絡傳輸到電信基站并連接到互聯網。智能農業(yè)平臺提供遠程監(jiān)測和控制功能，并根據環(huán)境需求提供各種方式報警。當監(jiān)測數據超過設定值的時候，自動開啟或者關閉指定控制設備。

數據采集模塊管理平臺

系統(tǒng)展示平臺系統(tǒng)原理：系統(tǒng)組成：視頻模塊16/27◆智能農業(yè)遠程信息采集和控制系統(tǒng)：實現大棚內環(huán)境（包括二氧化碳、光照度、溫濕度和土壤參數）的信號采集、傳輸、接收。實現對大棚內現有控制設備的遠程控制。◆智能農業(yè)遠程控制系統(tǒng)：實現對大棚內現有控制設備的遠程控制。原系統(tǒng)的手動控制功能繼續(xù)有效，并增加遠程智能控制功能?！糁悄苻r業(yè)平臺管理平臺：實現對采集自大棚的各路信息的存儲、分析、管理；提供閾值設置功能；提供智能分析、檢索、告警功能；提供平臺帳號與權限管理功能；提供驅動大棚控制系統(tǒng)的管理接口。◆系統(tǒng)安全體系：從架構設計、管理體系、軟件代碼設計、物理安全、系統(tǒng)維護等多維度保障平臺的安全運營，打造完整的安全體系。充分考慮數據來源、安全策略評估、組織安全、人員安全、環(huán)境安全、訪問控制、開發(fā)和維護的安全性，提供用戶認證、權限管理、數據加密、網絡安全等全套安全保障手段。系統(tǒng)功能：3.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)17/27系統(tǒng)實現架構3.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)18/27系統(tǒng)組成及功能實現實現風機、遮陽網、水簾等遠程控制通過在大棚內布置前端各類傳感器，實時傳遞溫、濕度，光照，視頻等生產數據IP網絡IPv6攝像頭光照傳感土壤濕度傳感溫、濕度傳感通過Web客戶端查看數據告警、遠程控制控制箱3.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)19/273.1大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)溫濕度傳感節(jié)點環(huán)境設備監(jiān)測傳感節(jié)點光照傳感節(jié)點土壤水分傳感節(jié)點安防、人員管理傳感節(jié)點CO2傳感節(jié)點RFID讀寫設備節(jié)點各功能傳感節(jié)點可根據種類、種植面積的不同，進行相關數量和布署位置的調整。溫室大棚出入口圖像設備節(jié)點自動控制設備控制節(jié)點無線鏈接基地信息管理中心無線傳感網網關20/27某企業(yè)玉葉蔬菜產業(yè)園現場情況介紹：現場共建有大棚21座，占地45畝，每座面積大約1.73畝。主要種植蔬菜，品種大約80種，該現場屬于昆山市“菜籃子工程”。大棚現有設備：外遮陽（電機驅動)，噴灌系統(tǒng)（手動開關水閥）。其他功能如通風式通過人工手搖方式開啟側窗。目前項目現場還沒接進弱電。功能需求：種植作物對環(huán)境的要求：夏季35℃，冬季25℃，夜間不能低于15℃。遠程監(jiān)測：室內溫濕度、光照、CO2。遠程控制：鑒于現場只有一種控制設備，就不做遠程控制。21/27某單位葡萄種植基地現場情況介紹：現場共建有大棚1座，占地1.7畝。主要種植葡萄，該現場屬于和室外種植做比較，還可以改變葡萄生長期（提前收獲上市）。大棚現有設備：外遮陽（電機驅動)，滴灌系統(tǒng)（手動開關水閥）。其他功能如通風式通過人工手搖方式開啟側窗。功能需求：種植作物對環(huán)境的要求：葡萄高于10℃開始發(fā)芽，最佳生長溫度是20℃左右。遠程監(jiān)測：室內溫濕度、光照、CO2。遠程控制：鑒于現場只有一種控制設備，就不做遠程控制。22/27某企業(yè)生態(tài)農業(yè)觀光園現場情況介紹：現場建有玻璃大棚2座，占地1萬平米，育苗薄膜溫室1座。玻璃大棚前面一座主要種植觀賞植物，后一座主要是無土栽培，薄膜溫室主要進行花卉育苗。玻璃大棚現有設備：內外遮陽，風機（側壁和頂棚），水簾和鍋爐加溫。薄膜大棚現有設備：外遮陽，風機（側壁），水簾和鍋爐加溫。功能需求：種植作物對環(huán)境的要求