江苏省物联网示范项目.

申报单位：无锡中科智能农业发展有限责任公司合作单位：南京农业大学中科院合肥物质科学研究院江苏物联网研究发展中心无锡高精科技农业发展有限公司无锡市太湖米业有限公司无锡求是生物农业有限公司典型农业生产全过程智能监测物联网应用示范工程2012年江苏省物联网应用示范工程（C1类）报告提纲一、项目概述二、目标任务三、实施方案四、完成工作五、经费预算六、实施机制一、项目概述--面临问题资源短缺环境恶化食品安全粗放经营现代农业生态农业生境实时检测智能生产控制高效农业合理使用农业资源、改善生态环境。降低生产成本、提高农产品产量和品质。一、项目概述应用技术：传感技术、无线通信技术、计算机网络技术、云计算、农业专家系统数字化技术、农业资源数据库技术等物联网关键技术实施地点：太湖万亩水稻示范园、无锡高技术农业示范园、全国水生态(无锡)科技示范园应用对象：大田农业、设施农业、水产养殖重点解决的问题：1.低成本农用新型传感器2.农业传感器节点接口标准及互操作协议3.自组织网路部署与信息传输4.海量数据传输与处理最终结果：建立基于物联网的典型农业智能化综合示范平台面向全国开展综合服务和推广应用，引领江苏农业生产方式的转变和现代农业发展，推进农业产业化，促进农业增效、农民增收。二、项目目标任务目标1：自主创新一批物联网技术产品感知：生物化学传感器件传输：低功耗数传输节点处理：多数据融合与分析服务：移动型实时信息传播以无锡中科智能农业发展有限责任公司和南京农业大学为技术支撑、以江苏物联网发展中心为依托，以无锡现代农业园为基地水稻示范基地10000亩，其中已建成高标准农田2500亩和平原智能化节水灌溉核心示范区。农业物联网产品体系目标2：建立基于物联网的典型农业智能生产示范基地大田农业设施农业水产养殖温室大棚30万m2，组培室3072m2三、项目实施方案—总体设计数据服务与监测平台为农民群众提供服务为检测分析提供依据为领导检查提供平台大田农业生产监控设施农业生产监控水产养殖监控1.农业生产环境信息感知三、项目实施方案—项目研究内容1/21）敏感检测技术2）弱信号处理技术3）多传感器集成与节能技术2.现场数据传输与控制1）即插即用多传感器公共接口2）低成本、低功耗、远距离无线数据转接传输节点3）远程无线数据安全传输技术4.基于农业物联网技术的农业生产环境监测应用示范三、项目实施方案—项目研究内容2/21）典型农业生产全过程智能监测物联网应用示范2）智能农业生产全过程实时监测技术体系3）典型农业生产农艺措施技术服务体系3.基于云平台的多源异构信息处理/共享与分析1）基于云计算平台的多源异构数据集成与共享2）农业环境因素与农产品产量/品质形成的相互关系3）节水/肥/药优化控制及病/虫害监控/预报的云模型解决公共接口、多传感器融合、多模块数据处理等技术集成问题技术体系无损检测模型构造智能决策公共接口病虫预测实时检测利用微纳敏感材料发展实现典型农作物病害色度、生产形态识别等无损检测利用聚类分析方法，结合典型作物生长参数，完成对生长自控制反馈模型构造。利用多参数复杂信息智能处理技术，构造多传感器、多检测模型数字化公共接口。132构造数字化典型农业生产全过程智能测控系统技术体系，解决信息化技术服务模式问题三、项目实施方案—创新点三、项目实施方案—系统方案智能监控系统技术体系一、数据采集（生物、环境、设备）二、信息处理（清理、容错、发送）三、模拟模型（施肥、病虫、灌溉）四、控制决策（反馈、控制、服务）五、应用示范（大田、设施、水产）三、项目实施方案—技术方案1.农业生产环境信息感知多元传感器集成示意图高通量基质（营养液）检测仪、多传感接入工作站，获取作物在不同营养、环境胁迫下的生长信息，实现作物不同生长阶段营养、环境胁迫信息的有效获取方法。三、项目实施方案—技术方案2.现场数据传输与控制无线传感器网络系统架构采用层次的框架结构设计，包括传感层，管理决策层，应用层。传感层负责收集和汇聚各聚类头的农业和环境数据。管理决策层负责农业和环境数据的分析和决策过程。应用层在管理决策层的基础上将实际现场视图进行总结，并将结果以web形式展示，供用户访问。三、项目实施方案—技术方案2.现场数据传输与控制（续）聚类内部基于能量的头节点轮换无线传感器网络节能覆盖和动态聚类的自组织协作模式。通过能量驱动的自组织轮换方法在聚类内部使传感器设备轮换担任头节点，以延长聚类和网络寿命三、项目实施方案—技术方案2.现场数据传输与控制（续）数据管理示意图以数据为中心来进行数据管理方面的研究，主要包括数据表示、传输融合、查询机制三、项目实施方案—技术方案2.现场数据传输与控制（续）农业传感器服务网络架构采用关系型数据库系统作为元数据服务存储，为各个节点提供信息、应用等的服务三、项目实施方案—技术方案3.基于云平台的多源异构信息处理/共享与分析A．云模型B．云计算平台农业生产环境信息云计算平台构建通过IaaS、PaaS、SaaSS三层体系的支持，建立为农业生产环境信息提供专属云服务的运营、维护、管理平台，为随时向现场生产者和离线管理者发送检测预报、警报提供云服务公共基础平台。三、项目实施方案—技术方案3.基于云平台的多源异构信息处理/共享与分析（续）产量品质目标气象条件土壤环境生产水平品种选择氮磷钾总施用量氮磷钾配比基肥与追肥的比例肥料管理精确施肥水分需求规律水分管理精确灌溉灌溉量灌溉时期精确施肥/灌溉智能决策利用智能分析技术，分析土壤水/养分与作物生理指标的内在关系，构造智能灌溉/施肥模型，制定农作物高产、低排放、低污染、低消耗的优化控制实施方案三、项目实施方案—技术方案3.基于云平台的多源异构信息处理/共享与分析（续）根据作物虫害发生与温室环境因素（温度、湿度、光照等）的内在联系，构建多发性病/虫害预测预报模型，实现园艺作物高效生产的无损化检测与病虫害快速诊断。二、项目实施方案—技术方案4.基于农业物联网技术的农业生产环境监测应用示范(a)大田作物生产环境物联网应用示范风速传感器光照传感器温湿度传感器无线传输可扩展模块报警装置中央控制器精准喷药系统智能遮阳系统智能调温湿系统精确灌溉系统精确施肥系统预警预报系统病害远程监控系统温室环境自动监控系统视频传感器(b)设施农业生产环境物联网应用示范(c)水产养殖环境物联网应用示范数据共享感知系统公共接口组网协议数据处理云服务平台二、项目实施方案—技术方案4.基于农业物联网技术的农业生产环境监测应用示范（续）知识节点1子决策系统知识节点2子决策系统知识节点N子决策系统…设施环境监控系统水环境监控系统…大田环境监控系统…农业环境与资源系统WebService推理服务模型计算冲突消解协调器冲突消解构件知识相似度评价决策结果一致性检验服务适配器农业知识库农业模型库农业数据库决策协作决策请求决策最优解人机交互界面用户知识检索问答系统知识本体空间聚类知识映射语义模型知识特征知识交互…服务接口集采用多维结构描述农业知识，建立农业知识的尺度空间聚类与映射演算模型，开发不同园艺作物类型特点的农业知识模型管理构件，实现海量知识和资源的跨平台高效集成与共享三、项目实施方案—实施计划计划实施两年（2012.7-2014.6）2012年7月2012年12月研发与集成农用新型传感器件，公共接口、信息无线传输系统设计环境因素与农作物指标相关关系分析、智能决策与智能服务系统2013年6月2014年6月建立基于物联网技术典型农业环境监测示范样板时间任务三、项目实施方案—商业模式与运营模式1）通过科技示范园的引领作用，实现农用传感器件、标准接口、农业智能生产监控系统及装置的推广与应用。商业模式2）组织物联网智能农业生产技术成果鉴定。通过各种媒体对物联网智能农业新技术进行宣传、推介。3）结合全省农业科技服务活动，重点在科技示范园区、农业科技成果应用基地进行扩大示范推广。三、项目实施方案—商业模式与运营模式产品销售收入预测地区昌吉州每年约1000万民族发展经费，用于支持民族地区经济发展建设，80%用于农业生产，技术培训科技扶贫与边境发展主要布点在七个地区：三、项目实施方案—社会、经济、环境效益社会效益通过科技示范园的引领作用，实现农业与生态生产技术的定量化、规范化、集成化，促进智能农业的快速和健康发展。经济效益使农业生产中传感器、执行机构标准化、数据化，利用网关实现控制装置的网络化，从而达到现场组网方便、增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益。环境效益通过物联网技术实时感知环境信息，利用精确施肥、灌溉等智能决策与服务系统，实现农业清洁生产，有利于生态环境的改善。光纤传感甲烷气体浓度检测原理样机利用红外激光器作为光电探测器，通过光源调节电路来稳定光源，通过调制电路、锁相放大电路来实现微弱信号的有效提取并进行检测解决农田痕量甲烷原位快速检测目前采用方法是：静态箱和气相色谱仪结合的方法，成本20-30万人民币四、项目工作基础与优势利用分子印记方法，制作标准量子点溶液，用作检测配套（富集）试剂，提高灵敏度对准确度；通过放大信号的后处理，实现检测传感的器件化与原位检测基于微纳量子点的痕量重金属检测原理样机解决痕量重金属原位快速检测目前采用方法是：荧光光谱，成本20-30万人民币四、项目工作基础与优势基于Zigbee协议的WSN终端数据采集节点：三、主要解决问题数据发布数据展示环境温（湿）度传感器环境光照传感器环境雨雪传感器土壤PH传感器土壤盐分传感器供电：太阳能+蓄电池数据采集密封箱，良好的耐候性GPRS无线数传数据处理与扩展应用数据服务中心单源实时预警多源综合预测土壤温（湿）度传感器图8数据采集与发射系统硬件集成实物图数据通过R3232接口进入计算机，保存入数据库。自带AD转换的P4模拟口包括8个通道，每隔通道采集一路传感器信号，各个传感器数据同时采集，互不干扰。采用控制芯片自带AD转换的P4模拟端口对传感器数据进行整体采集，每隔一段时间对数据进行获取，然后将数据保存在存储器以便通过无线方式发送。四、项目工作基础与优势数据采集终端节点数据采集汇聚节点多传感器接入工作站农田数据采集与传输系统传感器网络电源微控制器GSM模块超低功耗RF接收装置数据数据和控制信息GSM网络基站能量存储装置超低功耗微控制器（内置A/D转换）超低功耗RF发送装置数据和控制信息电源电源数据传感器1传感器2传感器N短信平台服务器能量存储装置超低功耗微控制器（内置A/D转换）超低功耗RF发送装置数据和控制信息电源电源数据传感器1传感器2传感器N传感器节点1传感器节点M消息传递用户每亩大约需要3个节点；根据每个节点需要测试的8个因子（温、湿度、光照、肥料等），成本为1640元/个，汇聚节点成本400元/个。四、项目工作基础与优势四、项目工作基础与优势数据压缩分割发送方接收方移动通信网络短信设备手机数据线数据线数据还原解压数据包数据包SMSOcx.ocxSMSOcx.ocx数据包序号数据包总数检验和有效数据4字节4字节4字节1字节数据包定义控件SMSOcx.ocx实现任意格式文件的传送远距离数据采集与传输——通讯信号接收与分析外接调试电路传感器微处理器无线发射电路印制天线数据采集模块SIM卡座短信收发接口微控制器无线接收器接口电源电路整流电路外接调试电路GSM模块无线发射电路外接微控制器印制天线nRF401无线收发模块远距离数传节点：数据接收模块、nRF401无线信号收发、GSM收发互联网。通过数传节点实现传感网络与GSM网络的对接，通过RS232接口将农田数据发送任意计算机上，进入互连网，突破无线传感网络在传输距离方面的局限性。远距离数据采集与传输——GSM与互联网的数据传输四、项目工作基础与优势手机短信的移动方式提高了系统的快速响应能力，增加了科技110的接入方式，克服了电话式查询方式的不可移动性。在计算机上的设备控制管理采用词法分析与模式匹配的技术，对用户的短信按照正规式的构词规则加以描述，利用有穷自动机来进行单词识别，对短信进行断词、断句，用语义规则理解整句话的意思，以形成相应的执行命令。互联网手机信号发射中心移