設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)技術要求

設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)通用技術要求范圍本文件規(guī)定了設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的總體架構、技術要求、安全要求、運行維護要求。本文件適用于設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的設計、研發(fā)、布設、改造和運維，其它農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物大棚建設參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T15629.15信息技術系統(tǒng)間遠程通信和信息交換局域網(wǎng)和城域網(wǎng)特定要求第15部分：低速無線個域網(wǎng)（WPAN）媒體訪問控制和物理層規(guī)范GB/T18657.3遠動設備及系統(tǒng)第5部分：傳輸規(guī)約第3篇：應用數(shù)據(jù)的一般結構GB/T22239—2019信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護基本要求GB/T30269.901信息技術傳感器網(wǎng)絡第901部分：網(wǎng)關：通用技術要求GB/T33745物聯(lián)網(wǎng)術語GB/Z38623—2020智能制造人機交互系統(tǒng)語義庫技術要求GB/T40684—2021物聯(lián)網(wǎng)信息共享和交換平臺通用要求GB/T41187—2021農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用服務GB/T51243物聯(lián)網(wǎng)應用支撐平臺工程技術標準YD/T3749.1—2020物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)安全運維通用要求第1部分：總體要求DB37/T2873農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎數(shù)據(jù)元術語和定義GB/T33745界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

設施蔬菜greenhousevegetables在具有一定環(huán)境控制功能的設施內(nèi)栽培的蔬菜。[來源：NY/T3832—2021，3.1]

物聯(lián)網(wǎng)internetofthings通過感知設備，按照約定協(xié)議，連接物、人、系統(tǒng)和信息資源，實現(xiàn)對物理和虛擬世界的信息進行處理并作出反應的智能服務系統(tǒng)。[來源：GB/T33745—2017，2.1.1]

最大亮度maximumluminanceLED顯示屏各基色在最高灰度級、最高亮度級時的亮度。全彩色LED顯示屏為規(guī)定色溫下的白場亮度。[來源：SJ/T11141—2017，3.11]

人機交互系統(tǒng)human-computerinteractionsystem執(zhí)行和/或支持執(zhí)行人與機器之間進行交互的系統(tǒng)。面向智能制造的人機交互系統(tǒng)可以基于自然語言處理，語義理解，知識推理，語音識別和圖片識別等技術，在智能制造過程中為企業(yè)內(nèi)部人員提供服務，解決包括工控鍵盤、操作屏等問題。[來源：GB/Z38623—2020，3.2]縮略語下列縮略語適用于本文件。CO2：二氧化碳（CarbonDioxide）JSON：一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式（JavaScriptObjectNotation）LoRa：遠距離無線電，一種低功耗局域網(wǎng)無線標準（LongRangeRadio）MQTT：消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MessageQueuingTelemetryTransport）pH值：酸堿度（PondusHydrogenii）RH：相對濕度（RelativeHumidity）RS：推薦標準（RecommendedStandard）總體架構設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)包括感知控制層、網(wǎng)絡傳輸層、應用服務層三部分，總體架構如圖1所示?？傮w架構圖感知控制層是設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息采集和環(huán)境調(diào)控的終端，應具備信息采集、智能控制功能。網(wǎng)絡傳輸層是設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的基礎支撐網(wǎng)絡，完成感知控制層與應用服務層之間的數(shù)據(jù)傳輸，應具備數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議解析與轉換、網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡融合功能。應用服務層用于設備管理、數(shù)據(jù)處理、提供服務等，應具備共性基礎服務、設施生產(chǎn)服務、種植管理服務等功能，并包含人機交互服務系統(tǒng)模塊。技術要求感知控制層感知設備感知范圍設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的感知設備應具有采集相關參數(shù)、信息的功能，包括但不限于以下內(nèi)容。氣象參數(shù)：空氣溫度、空氣濕度、CO2濃度、光照強度等。土壤參數(shù)：土壤溫度、土壤濕度、土壤電導率、土壤pH值等。蔬菜生理參數(shù)：葉面溫度、葉面濕度、株高、果實大小等。營養(yǎng)液參數(shù)：液位、水溫、電導率、溶解氧、pH值等。蔬菜病害圖像信息，見表1。蔬菜病害圖像信息采集部位采集圖像信息植物葉片淡灰黃色水漬病斑、淺黃色病斑、黑色水漬狀病斑、黑色壞疽狀病斑、黑色斑點、白色皰斑、黃綠色皰斑、萎蔫、腐爛、枯死葉等植物莖部淡灰黃色水漬病斑、黑色水漬狀病斑、黑色壞疽狀病斑、黑色斑點、萎蔫、腐爛等植物根部淡灰黃色水漬病斑、腐爛、凋萎、枯死等果實黑色水漬狀病斑、黑色壞疽狀病斑、黑色斑點等性能要求常用感知設備主要測量性能參數(shù)要求見表2。常用感知設備的主要性能參數(shù)項目傳感設備類型測量范圍誤差范圍分辨率測量頻次氣象參數(shù)空氣溫度傳感器-30?℃～100?℃±0.5?℃≤0.1?℃實時監(jiān)測空氣濕度傳感器0%～100%RH±5%RH≤1%RH實時監(jiān)測CO2濃度傳感器0?ppm～2?000?ppm±40?ppm≤1?ppm實時監(jiān)測光照度傳感器0?lux～200?000?lux±5%lux≤10?lux實時監(jiān)測空氣溫度傳感器-30?℃～100?℃±0.5?℃≤0.1?℃實時監(jiān)測土壤參數(shù)土壤溫度傳感器-20?℃～50?℃±0.5?℃≤0.1?℃實時監(jiān)測土壤濕度傳感器0%～100%±3%≤0.1%實時監(jiān)測土壤電導率傳感器0?uS/cm～20?000?uS/cm±3%a±5%b10?uS/cmc50?uS/cmd實時監(jiān)測pH值傳感器0～14±0.1≤0.01實時監(jiān)測表2常用感知設備的主要性能參數(shù)（續(xù)）項目傳感設備類型測量范圍誤差范圍分辨率測量頻次蔬菜生理參數(shù)葉面溫度傳感器-30?℃～100?℃±0.5?℃≤0.1?℃實時監(jiān)測株高參數(shù)采集設備0?cm～100?cm±0.1?cm≤0.01?cm2次/天果實直徑采集設備0?cm～30?cm±0.1?cm≤0.01?cm2次/天營養(yǎng)液參數(shù)液位傳感器0?m～1?m±0.2%≤0.01?m實時監(jiān)測水溫傳感器-30?℃～100?℃±0.5?℃≤0.1?℃實時監(jiān)測pH值傳感器0～140.1≤0.01實時監(jiān)測營養(yǎng)液電導率參數(shù)采集設備0?uS/cm～20?000?uS/cm±3%e±5%f10?uS/cmg50?uS/cmh實時監(jiān)測溶解氧傳感器0?mg/L～20?mg/L±1%≤0.01?mg/L實時監(jiān)測蔬菜病害圖像信息圖像信息采集設備應滿足支持的圖像格式包括JPEG、PNG等，圖像分辨率應不低于1?920×1?080；水平分辨力應不低于900?TVL；最大亮度鑒別等級應不低于10級；圖像質(zhì)量主觀評價在環(huán)境光照不低于300?lux時，最大亮度鑒別等級應不低于5級實時監(jiān)測傳感器的測量精度值測量條件：室溫25?℃。土壤濕度是指相對飽和含水量。a土壤電導率測量范圍在0?uS/cm～10?000?uS/cm的應用場景下，傳感器應滿足的誤差范圍要求。b土壤電導率測量范圍在10?000?uS/cm～20?000?uS/cm的應用場景下，傳感器應滿足的誤差范圍要求。c土壤電導率測量范圍在0?uS/cm～10?000?uS/cm的應用場景下，傳感器應滿足的分辨率要求。d土壤電導率測量范圍在10?000?uS/cm～20?000?uS/cm的應用場景下，傳感器應滿足的分辨率要求。e營養(yǎng)液電導率測量范圍在0?uS/cm～10?000?uS/cm的應用場景下，采集設備應滿足的誤差范圍要求。f營養(yǎng)液電導率測量范圍在10?000?uS/cm～20?000?uS/cm的應用場景下，采集設備應滿足的誤差范圍要求。g營養(yǎng)液電導率測量范圍在0?uS/cm～10?000?uS/cm的應用場景下，采集設備應滿足的分辨率要求。h營養(yǎng)液導率測量范圍在10?000?uS/cm～20?000?uS/cm的應用場景下，采集設備應滿足的分辨率要求。布設要求氣象參數(shù)傳感器的布設符合以下要求：空氣溫濕度傳感器應布設在無遮擋、不受光線直射或其它溫度源輻射范圍內(nèi)的位置；宜安裝于監(jiān)測區(qū)域中央，距地面垂直高度1.5?m；光照強度傳感器應布設在四周無遮擋光源的位置；大氣壓強傳感器宜布設在監(jiān)測區(qū)域中央，距地面垂直高度1.5?m；每平方公里應至少部署1套氣象參數(shù)傳感器。土壤參數(shù)傳感器的布設符合以下要求：傳感器應埋于土壤中，根據(jù)栽培的設施蔬菜種類確定埋層深度；宜安裝于監(jiān)測區(qū)域中央，平行于地面垂直插入蔬菜根區(qū)中部；不應在空穴或氣孔處安裝；在插拔傳感器時，宜避免在同一位置重復操作；布設點宜考慮影響傳感器測量精度的因素，包括土壤密度和組成的變化、碎石、植物根系、蚯蚓松動效應、土壤的排水狀態(tài)、土壤表層的水分揮發(fā)等；1個作物或品種應至少部署1套土壤參數(shù)傳感器。營養(yǎng)液參數(shù)傳感器的布設符合以下要求：營養(yǎng)液傳感器宜布設在管道出口中央位置；1個灌溉管路應至少部署1套營養(yǎng)液參數(shù)傳感器?？刂圃O備控制方式控制設備應能通過與感知設備和網(wǎng)關設備相連接，執(zhí)行上傳和下發(fā)命令，控制設施蔬菜生產(chǎn)過程中的環(huán)境信息、土壤信息、營養(yǎng)液信息等參數(shù)，主要控制方式包括但不限于以下內(nèi)容。自動化控制：提前設定好運行邏輯，在作物生長周期內(nèi)自動化運行。按閾值控制：根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，控制農(nóng)業(yè)設施內(nèi)其他設備的運行狀態(tài)，使某個指標維持在某一特定范圍內(nèi)。按時間控制：根據(jù)特定的啟停時間，改變運行設備的運行狀態(tài)?？刂埔蛩乇?給出了控制設備的控制因素?？刂埔蛩仡愋涂刂埔蛩販囟韧寥罍囟?、空氣溫度濕度土壤濕度、空氣濕度光照光照強度電導率土壤電導率其他CO2含量、農(nóng)藥噴灑量、病蟲害情況網(wǎng)絡傳輸層基本要求應符合以下要求：覆蓋設施內(nèi)所有傳感設備，同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性；網(wǎng)絡傳輸層所有設備支持遠程控制狀態(tài)監(jiān)控及對故障的診斷和恢復；支持路由安全機制和數(shù)據(jù)安全機制，對感知數(shù)據(jù)進行加密傳輸；具有良好的可擴充性和升級能力。設備要求網(wǎng)絡傳輸層設備應符合GB/T30269.901的要求。數(shù)據(jù)傳輸要求網(wǎng)絡傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸應符合DB37/T2873的要求。接口要求網(wǎng)絡傳輸層的數(shù)據(jù)接口應符合以下要求。北向接口：至少能接入有線通信網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等遠程通信網(wǎng)絡之一。南向接口：符合GB/T15629.15的要求。其它接口：支持用于數(shù)據(jù)測試、程序調(diào)試等外接設備所需的相關接口，并符合相關標準的規(guī)定。傳輸協(xié)議要求傳輸協(xié)議符合以下要求：智能控制設備與平臺之間通過MQTT等通用協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)內(nèi)容采用JSON字符串方式；智能控制箱與平臺之間按照GB/T18657.3規(guī)定的增強性三層參考模型，制定實用的幀結構，傳輸順序為高位在前，低位在后，高字節(jié)在前，低字節(jié)在后；傳感器與智能控制箱之間的通訊綜合考慮安裝條件和成本，選擇合適的通訊方式，宜選擇RS485串行有線通訊，可通過內(nèi)嵌LoRa通訊模塊的方式實現(xiàn)無線通訊。應用服務層模塊要求各服務模塊應符合以下要求：共性基礎服務系統(tǒng)模塊符合GB/T41187—2021中5.2的要求；設施生產(chǎn)服務系統(tǒng)模塊符合GB/T41187—2021中5.3.2的要求；種植管理服務系統(tǒng)模塊至少包含作業(yè)指導應用功能；人機交互服務系統(tǒng)模塊符合GB/Z38623—2020中第5章的要求。性能要求各模塊性能應符合以下要求：應用服務層數(shù)據(jù)管理及服務支撐符合GB/T40684—2021的相關要求；人機交互系統(tǒng)服務模塊終端設備技術要求符合GB/T51243的要求。安全要求系統(tǒng)安全設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應符合GB/T22239—2019中第7章的要求。設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應具有安全自診斷功能，包括但不限于：必要的檢測異常、崩潰恢復、數(shù)據(jù)備份和錯誤提示，對于嚴重故障有必要的應急措施；考慮系統(tǒng)中設備本身的物理安全性，具有軟件篡改證據(jù)收集、防御篡改功能；設備被破壞時，具備把設備從智能系統(tǒng)中剝離的功能；具備自身安全問題的發(fā)現(xiàn)和識別能力。設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應具有遠程配置、遠程診斷、遠程管理等維護功能，包括但不限于：遠程修改設備參數(shù)；遠程查看運行信息；遠程數(shù)據(jù)備份/還原的功能；遠程查看操作系統(tǒng)內(nèi)核的狀態(tài)；遠程調(diào)試線程或任務；異常時的遠程內(nèi)核狀態(tài)等功能。數(shù)據(jù)安全設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)應有防范數(shù)據(jù)被內(nèi)部或外部入侵者獲取的措施，包括但不限于：部署安全操作系統(tǒng)，實現(xiàn)自身軟硬件的可信度量；部署安全監(jiān)測模塊，實現(xiàn)設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)及本地網(wǎng)絡的安全監(jiān)測；部署北向安全接入軟件，實現(xiàn)自身接入身份認證以及數(shù)據(jù)傳輸加密；進行數(shù)據(jù)交換的會話管理有安全措施，在設備丟失/被盜取、會話被截獲時可以被迅速重置。接入安全對所有設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的用戶交互訪問應進行合法訪問授權控制。通信安全對設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的開放性無線通信接口應設計確保機密性和完整性的機制。運行維護要求基本要求感知控制層、網(wǎng)絡傳輸層和應用服務層的運行維護應符合YD/T3749.1—2020的要求。軟件運維設施蔬菜物聯(lián)網(wǎng)的相關設備發(fā)生故障時，軟件系統(tǒng)應做好數(shù)據(jù)的定時備份，及時發(fā)布狀態(tài)變更、排除故障，重新恢復服務。具體按表4要求進行運行維護。運行維護要求故障分類故障定義狀態(tài)要求處理