第10+11讲物联网应用之三：农业物联网25

CollegeofComputerScience&KeyLaboratoryofDSC-CPS,MinistryofEducation,ChongqingUniversity物联网应用领域之三：农业物联网主讲：郑林江博士/副教授重庆大学计算机学院信息物理社会可信服务计算教育部重点实验室2014~2015学年第一学期E-mail：[e-mail]2/27物联网应用领域之二：农业物联网提纲1.背景及需求2.精细农业中的物联网技术3.农业领域的物联网应用案例3/271.背景及需求目标人工管理，缺乏有效的技术手段采集农作物生长环境参数；采用手工控制实现对灌溉、水帘、遮阳网、抽风机等的控制，耗费人力、耗费时间，出错率比较高。传感数据相对单一；对获取的数据还需进行手工统计和分析；缺乏智能化的数据管理和分析平台；不能做到灾害预警和应对联动。传感数据多样；集传感、存储、分析、联动与一体；实现远程监测和控制；智能数据处理；多样化报警方式传统农业现代农业智能农业4/271.背景及需求智能农业面对农业既要高产高效，又能优质低耗的要求农业生产方式必须由目前的经验型、定性化向知识型和定量化发展，由粗放型向精细化转变。智能农业：不仅节约成本，还能保证果蔬可以在最适宜的环境下生长，实现增产增收以西红柿种植为例：根据我们和以色列同行的交流，以色列采用精细化种植的西红柿可以实现亩产50吨，而北京平谷东高村的农户，亩产仅在7吨左右。以种猪养殖为例：公猪交配期的温度高于29度，交配时间将延长一个月5/271.背景及需求智能农业实现智能农业的前提是农业生产环境数据的采集与精细化控制物联网可以在农业生产的产前、产中和产后的各个环节发展基于信息和知识的精细化的过程管理。物联网在精细农业领域的应用，基于信息和知识的大田种植、养殖、加工和设施农业生产过程精细化管理与智能化决策。6/27物联网应用领域之二：农业物联网提纲1.背景及需求2.精细农业中的物联网技术3.农业领域的物联网应用案例7/272.精细农业中的物联网技术2.1精细农业物联网体系结构8/272.精细农业中的物联网技术2.2农业信息感知感知层通过多种传感器，实现对农产品的种植、养殖、储运等环节的信息感知，如光照、土壤和水产温湿度传感器等。（1）作物生长环境感知（检测农作物生长环境的温度、湿度、PH值等）土壤水分传感器土壤Ph值传感器9/272.精细农业中的物联网技术2.2农业信息感知（1）作物生长环境感知（检测农作物生长环境的温度、湿度、PH值等）土壤温度传感器CO2浓度传感器10/272.精细农业中的物联网技术2.3农业信息传输ZigBee短距离传输技术无线地/水下传感器网络实现感知信息的高可靠性、高安全性传输。农业感知信息传输特点：感知区域面积大多部署在复杂环境，如森林、水域、农田等实时性要求高11/272.精细农业中的物联网技术2.3农业信息处理及应用12/27物联网应用领域之二：农业物联网提纲1.背景及需求2.精细农业中的物联网技术3.农业领域的物联网应用案例13/273.农业物联网应用3.1大棚智能监控系统3.2牛肉产品全生命周期跟踪14/273.1大棚智能监控系统（1）背景喜温植物不能长期忍受5度以下的低温，10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等耐热蔬菜生长温度要求在20至30度，要求昼夜温差不低于10度15/273.1大棚智能监控系统本系统通过各种传感器采集温室内温度、湿度、光照等环境参数和植物生长信息，数传终端将采集数据通过CDMA网络传输到电信基站并连接到互联网。智能农业平台提供远程监测和控制功能，并根据环境需求提供各种方式报警。当监测数据超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定控制设备。数据采集模块管理平台系统展示平台系统原理：系统组成：视频模块16/27◆智能农业远程信息采集和控制系统：实现大棚内环境（包括二氧化碳、光照度、温湿度和土壤参数）的信号采集、传输、接收。实现对大棚内现有控制设备的远程控制。◆智能农业远程控制系统：实现对大棚内现有控制设备的远程控制。原系统的手动控制功能继续有效，并增加远程智能控制功能。◆智能农业平台管理平台：实现对采集自大棚的各路信息的存储、分析、管理；提供阈值设置功能；提供智能分析、检索、告警功能；提供平台帐号与权限管理功能；提供驱动大棚控制系统的管理接口。◆系统安全体系：从架构设计、管理体系、软件代码设计、物理安全、系统维护等多维度保障平台的安全运营，打造完整的安全体系。充分考虑数据来源、安全策略评估、组织安全、人员安全、环境安全、访问控制、开发和维护的安全性，提供用户认证、权限管理、数据加密、网络安全等全套安全保障手段。系统功能：3.1大棚智能监控系统17/27智能农业应用平台CDMA无线连接CDMA无线连接CDMA无线连接RTUDTUCO2温湿度光照RTUDTUCO2温湿度光照RTUDTUCO2温湿度光照监控终端系统实现架构3.1大棚智能监控系统18/27系统组成及功能实现实现风机、遮阳网、水帘等远程控制通过在大棚内布置前端各类传感器，实时传递温、湿度，光照，视频等生产数据IP网络IPv6摄像头光照传感土壤湿度传感温、湿度传感通过Web客户端查看数据告警、远程控制控制箱3.1大棚智能监控系统19/273.1大棚智能监控系统温湿度传感节点环境设备监测传感节点光照传感节点土壤水分传感节点安防、人员管理传感节点CO2传感节点RFID读写设备节点各功能传感节点可根据种类、种植面积的不同，进行相关数量和布署位置的调整。温室大棚出入口图像设备节点自动控制设备控制节点无线链接基地信息管理中心无线传感网网关20/27某企业玉叶蔬菜产业园现场情况介绍：现场共建有大棚21座，占地45亩，每座面积大约1.73亩。主要种植蔬菜，品种大约80种，该现场属于昆山市“菜篮子工程”。大棚现有设备：外遮阳（电机驱动)，喷灌系统（手动开关水阀）。其他功能如通风式通过人工手摇方式开启侧窗。目前项目现场还没接进弱电。功能需求：种植作物对环境的要求：夏季35℃，冬季25℃，夜间不能低于15℃。远程监测：室内温湿度、光照、CO2。远程控制：鉴于现场只有一种控制设备，就不做远程控制。21/27某单位葡萄种植基地现场情况介绍：现场共建有大棚1座，占地1.7亩。主要种植葡萄，该现场属于和室外种植做比较，还可以改变葡萄生长期（提前收获上市）。大棚现有设备：外遮阳（电机驱动)，滴灌系统（手动开关水阀）。其他功能如通风式通过人工手摇方式开启侧窗。功能需求：种植作物对环境的要求：葡萄高于10℃开始发芽，最佳生长温度是20℃左右。远程监测：室内温湿度、光照、CO2。远程控制：鉴于现场只有一种控制设备，就不做远程控制。22/27某企业生态农业观光园现场情况介绍：现场建有玻璃大棚2座，占地1万平米，育苗薄膜温室1座。玻璃大棚前面一座主要种植观赏植物，后一座主要是无土栽培，薄膜温室主要进行花卉育苗。玻璃大棚现有设备：内外遮阳，风机（侧壁和顶棚），水帘和锅炉加温。薄膜大棚现有设备：外遮阳，风机（侧壁），水帘和锅炉加温。功能需求：种植作物对环境的要求：25℃，不能低于8℃。远程监测：室内温湿度、光照、CO2。远程控制：现场控制设备较多，便于实施集中远程控制。23/27天气预报设备控制温湿度监测视频监测3.1大棚智能监控系统24/273.农业物联网应用3.1大棚智能监控系统3.2牛肉产品全生命周期跟踪