智慧农场建设方案-种植场
智慧农场（种植场)建设方案
2020年09月
目录
1项目概述 (4)
1.1项目背景 (4)
1.2需求分析 (4)
1.3项目建设的目的和意义 (5)
1.3.1减少农业投入品消耗，减少农业污染 (5)
1.3.2提高病虫害防治水平 (6)
1.3.3提高农作物种植水平 (7)
1.3.4提高农产品物流水平 (7)
1.3.5建立农产品质量安全监测系统，实现农产品安全溯源 (8)
2设计依据与原则 (8)
2.1设计思路 (8)
2.2设计原则 (8)
3方案设计 (10)
3.1系统介绍 (10)
3.2系统构架 (11)
3.3数据采集部分 (12)
3.4传输网络 (14)
3.5管理平台部分 (15)
3.5.1中心机房建设 (18)
3.5.2平台软件介绍 (18)
3.5.3平台架构 (19)
3.5.4平台功能特点 (20)
4工程注意事项 (33)
4.1防雷设计 (33)
4.1.1防雷措施 (34)
4.1.2项目防雷 (36)
4.2防水设计 (36)
5工程造价预算 (36)
5.1智慧农场监测体系造价 (37)
5.2智慧农场监测平台软件造价 (37)
5.3智慧农场监测平台硬件造价 (38)
5.4智慧种植场造价 (39)
1项目概述
1.1 项目背景
随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽。在监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、土壤氮噒钾含量和土壤pH值等方面，物联网技术正在精准农业发挥出越来越大的作用，从而实现科学监测，科学种植，帮助农民抗灾、减灾，提高农业综合效益，促进了现代农业的转型升级。
1.2 需求分析
我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，例如食用菌工厂化，刚开始人们开始注意到CO2浓度，温湿度对作物生长的作用，但是不舍得在传感器和自动控制领域中出太多钱，每天浪费人力，去每个房间用CO2检测仪检测CO2浓度，自己去开启风
机。而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络,通过各种传感器采集信息,可以帮助农民及时发现问题,并且准确地捕捉发生问题的位置。这样一来，农业逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式,从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，促进了农业发展方式的很大转变。
但是仅仅依靠智能传感器实时监控农作物生长环境的各项参数。不足以完成对农作物生长的实时跟踪，及时反馈各种病虫害并由专家分析解决。众多智能感知芯片监控的环境信息最终目的便是服务于农作物的健康茁壮成长，以获取更高的经济收益。
1.3 项目建设的目的和意义
1.3.1减少农业投入品消耗，减少农业污染
传统的农业作业靠大量使用化肥、农药，过量消耗水源来提高农业产量，已经造成水土流失、生态环境恶化、生物多样性损失等不良影响。虽然我国用世界9%的耕地养活了世界21%的人口，但却使用了世界上35%的化肥。我国化肥的生产量和施用量居世界首位，单位面积使用量是美国的2.6倍，但化肥利用率低，氮仅为30%-35%、磷仅为10%-20%，钾仅为35%-50%;农药利用率也很低下，仅在30%左右。化肥、农药的过量和不合理使用，造成化肥、农药残留，造成土质酸化、硬化、环境破坏等，也使农产品的农药残留、抗生素残留、激素
残留、重金属残留超标，严重影响了农产品质量安全，对农业生产的可持续性和环境保护造成严重威胁。
另外，传统农业生产采用漫灌供水方式，不仅对水资源造成大量浪费，还使农川残留的农药、化肥流入江河，给水体生态带来严重的危害，是造成河网水质恶化的重要因素，严重威胁居民饮水安全。
在农作物生产管理中，针对不同的作物对象(如:葡萄、草苟、蔬菜等)，综合应用现代物联网技术，建立数字化、信息化技术和控制作业装备高度集成系统，从而形成从生物及环境信息实时获取、无线传输、数字化分析处理到科学管理决策、实施完整的智能管理系统，实现农业广域空间分布的资源、环境和生产管理信息的高效实时采集、监测、科学分析处理，优化资源配置和生产科学管理，提高农业生产的科学性、主动性，减少低效投入，改变传统农业用大量施肥、用药和漫灌水提高产量的方式，消除传统农业造成的资源浪费和环境污染等不良影响，从而达到减少投入、节约资源、改善环境的目的，从而提高农户亩产的经济效益。
1.3.2提高病虫害防治水平
进行农业生态环境监测能够提高病虫害防治水平。通过部署相应的传感器对环境进行实时监测，获取相应的数据进行分析，以提前预防病虫害，并可迅速采取相应措施抑制病虫害的发病条件，控制农药使用，达到提高产品质量及降低生产成本的目的。
1.3.3提高农作物种植水平
农业物联网在现代农作物智能种植领域中的应用主要包括:收集温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据信息，监视农作物灌溉情况，监测土壤和空气状况的变更，根据用户需求，随时进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农作物种植水平。
在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据，从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的
1.3.4提高农产品物流水平
通过在农产品运输车辆安装GPS定位、温度、湿度等传感器，利用GPRS , WCDMA等2G或3G技术，向调度中心实时传递车辆位置、载荷、温度及湿度等信息，实现高效调度，从而有效降低农产品运输损失率物联网在农产品流通中的另外一项主要应用是农产品运输车辆及货物的快速识别，通过RFID电子标签在农产品运输的“绿色通行证”的应用，可以起到有效防止伪造和涂改通行证的作用，并可实现远程扫描获取运输车辆及货物信息，实现快速放行。
1.3.5建立农产品质量安全监测系统，实现农产品安全溯源
食品安全己经成为当今社会的热点和焦点问题，如何利用信息技术为食品安全生产服务是现在而临的一个主要问题。在农业物联网中使用RFID技术，以数据网格与RFID相结合的方式构建基于数据网格的RFID农产品质量跟踪与追溯系统，使用RFID电子标签、二维条码等技术建立生产和流通档案，并在仓储、销售等环节通过读取设备获取农产品产地和生产过程等相关信息，实现农产品溯源，能够有效提高加工环节质量安全可追溯系统数据采集与传输的准确性，进而提高质量安全可追溯系统求解的精度。借助物联网技术来实现农产品可溯源，以增加农产品的安全性。
2设计依据与原则
2.1 设计思路
智慧种植场监测采用无线组网方式，将监控中心、远程监控工作站、数据服务器、无线移动通讯网、终端有机地结合在一起，以服务器为核心实现分布式多级监控，具有“经济、实用、性能价格比高、可伸缩性强”的优点。
2.2 设计原则
先进性：本方案设计采用的产品和系统是当代先进计算机技术、安防技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是采用
OFDM通信技术，使系统安全性、无线信道抗干扰能力、抗衰落能力大大增强，并提高了无线信道的传输速率。
智能化：系统中采用的产品和平台具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统具备良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、设备智能操控、报警功能等。
实用性：本次方案设计所采用的产品和技术经过了市场的考验，在满足建设项目监控系统的需要的前提下，充分地考虑了设备功能、软件功能在贴合实际应用方面的要求。
合理配置：系统设计时，已对需要实现的功能进行合理的配置，在工程完成后，功能、配置的改变也是可以实现并且方便实现的。
良好操作：系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。特别是操作性，即使一般水平的管理人员，在粗通电脑操作的情况下通过培训亦能掌握系统的操作要领，达到能完成监控任务的操作水平。
可靠性：本次设计遵守的最为重要原则是保证系统的可靠稳定运行。为保障系统可靠性，本方案从系统运行可靠和保存、恢复设置方便两个方面进行了考虑并从产品选型和平台架构方面充分考虑了可靠性因素。
扩展性：即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。在系统设计选用产品和系统时，已充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，留有充分余量,以适应未来发展需要。
经济性：为了确保投资合理性，本次系统设计在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比优越的wifi传输与无线传输相结合的方式，是系统投入与运营效果更合理。
3方案设计
3.1 系统介绍
智慧种植场将互联网从桌面延伸到田野，让温室实时在线，从而实现蔬菜大棚与数据世界的融合。实时采集的传感器数据与传统的种植经验相结合，可以使得农业专家在远程就可以随时查看农田内的各种数据（温度、湿度、光照、水量、作物生长视频记录），判断是否是适合作物生长的最佳条件，可以由专家根据自身经验和知识设定关键值。更可以通过远程视屏系统查看作物病虫害问题，视频结合相应的同期数据进行分析，远程诊断病虫害原因，及时对病虫害进行处理解决。另外，还可实现对蔬菜病虫害的早期预警和对蔬菜产量的早期预测。同时通过智能大棚控制以及智能浇灌系统相结合，实现智能远程操作，可以根据作物生长情况自动执行操控，智慧农业是充分发挥农业生产效率、减少农业资源浪费和农田污染的现代农业生产方式。
3.2 系统构架
在本项目中，采用将前端数据采集控制与前端农作物生长视频监控结合的方式进行统一的监控与诊断。依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、视频等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导诊断，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。
系统组网如下：
智能农业视频监控系统示意图
从系统示意图可以看出，本系统分为数据采集部分（参数采集、视频采集）、无线传输部分、后端管理平台三大部分。
3.3 数据采集部分
参数采集包括各类温室传感器（光照传感器、温度传感器、气体湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸碱度传感器、水质分析传感器等），各类前端控制器（光照控制器、通风控制器、灌溉控制器，湿度控制器，温度控制器等）以及对前端传感器控制器进行统一控制的采集控制器。
视频采集包括云台，可变焦高清摄像头。
智能农业系统接线示意图
通过以上组件实现以下功能：
1）、空气温湿度监测功能：工作人员可根据温湿度采集节点配有温湿度传感器，实时监测温室内部空气的温度和湿度。测湿精度可
达±4.5%RH，测温精度可达±0.5℃（在25℃）。
2）、土壤湿度监测功能：土壤湿度采集节点配有土壤湿度传感器，实时监测温室内部土壤的湿度。
3）、光照度监测功能：光照度采集节点采用光敏电阻来实现对温室内部光照情况的检测，其实时性强，应用电路简单。
4）、土壤PH监测功能：土壤PH采集节点采用土壤PH传感器来实现对温室内部土壤PH情况的检测。
5）、控制风扇促进植物光合作用功能：植物光合作用需要光照和二氧化碳。当光照度达到系统设定值时，系统会自动开启风扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳。
6）、控制加湿器给空气加湿功能：如果温室内空气湿度小于设定值，系统会启动加湿器，达到设定值后便停止加湿。
7）、控制喷淋装置给土壤加湿功能：当土壤湿度低于设定值时，系统便启动喷淋装置来喷水，直到湿度达到设定值为止。
8）、控制加热器给环境升温功能：当温室内温度低于设定值时，系统便启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止。
9）、视频监测功能：摄像头实时捕获温室内部的画面，而后通过同轴电缆线将画面数据传输给视频采集设备进行处理。通过大屏、PC、手机等多方式来远程观看温室内部的实时画面。
采用先进的传感技术和无线网络技术相结合的方式，智慧
种植场可以精准采集温室内部环境的各项指标，驱动相应控制器件（风扇、加湿器、加热器）平稳控制温室内部环境的变化，给温室内的农作物提供最优的生长环境。前端的传感控制系统会根据预先设定好的程序流程自适应的完成温室内部环境的调节。无需人为控制。
3.4 传输网络
智慧种植场采用4G/5G/无线组网、有线组网等可选网络进行传输，在现场可以方便接入有线网络通过 WIFI接入点（AP）的方式就近通过有线网络将前端数据与视频传输至后端监控平台。或者在有线网络无法覆盖的情况下，通过各运营商的4G/5G 无线网络进行对数据与视频的传输。下面对wifi AP热点与4G/5G传输方式进行简单的介绍与对比：
WIFI接入必须在wifi AP附近100米左右的距离可以正常
通信，这样覆盖大面积的温室试验田需要布置多个wifi ap接入点。也就涉及到了温室里面的网络布线的问题。施工较麻烦。
由于使用2.4G公用频段，信号抗干扰能力差、数据安全性较差。
4G/5G无需依托于有线网络，只要运营商4G/5G网络覆盖到的地方即可以接入。所以网络接入方式灵活无需布线，施工方便。依托4G及5G技术，数据安全性与抗干扰能力强，但是网络资费偏贵。
以上两种网络接入方式各有优劣，优势互补。项目实施根据现场的网络环境两种网络接入方式配合使用。以到达最好的覆盖效果与最低的成本投入。
3.5 管理平台部分
后端监控平台是整个系统的大脑和神经中枢，协调整个系统的工作，收集、分析和处理各个部分的数据；监控平台包含监控点接入、流媒体转发、录像存储、手机服务器、数据库、应用软件等一系列服务，可以根据实际需要建设多域监控平台，级别的逻辑关系根据需求可灵活配置，系统具有良好的扩展性。
监控服务器提供了对前端设备的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户可以根据需要通过网络将前端视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了所有视频资料信息、报警信息、监控点信息、其它数据信息。
系统还可以灵活的设置报警信号和图像的联动关系，当系
统发生报警时，通过事先的设置，可以启动相应的摄像机录像及报警输出功能。同时控制中心也可得到报警信号，并通过远端控制进行实时监控观察等功能。
智慧种植场视频监控平台结合温室数据采集控制系统平台一起使用可以达到事半功倍的效果。由于温室数据采集控制系统单独使用具有他的局限性：
1、只能在后台看见前端温室的各项环境参数的实时状态，
不能远程实时了解温室里面农作物的生长发状态。
2、单独的温室数据采集控制系统，如需了解现场的作物
状态必须周期性的远赴现场进行观察。然后根据生长
状态调整温室环境参数以适应作物的生长需要。环境
的变化不能及时的随作物的生长做调整，实时性不高。
3、一旦出现病虫害疑难杂症需要农业专家进行协助处理
的时候，根据现场人员对病虫害现状的描述不能及时
与形象精准的反馈现场的情况，会对农业专家对病虫
害的处理意见产生影响。有时甚至要农业专家远赴现
场观察分析解决问题，这样不仅延误的诊断时机，滞
后的治理会产生更多的经济损失。农业专家的来回奔
波也会浪费更多的人力资源。
智慧种植场监测平台正好补充了温室数据采集控制系统的不足。可以通过视频实时的观察了解现场作物的生长情况，根据作物的生长状况实时的改变温室的各项环境参数以更好的适
应作物的生长。
在出现病虫害时，可以通实时视频了解前端温室的病虫害状态，对病虫害规模，病虫害的特征进行实时统计分析。农业专家也可以远程查看病虫害状态进行分析处理，实时指导前端工作人员对病虫害进行处理。将大大缩短病虫害的治理时间，最大程度的减少由病虫害带来的经济损失。
3.5.1中心机房建设
监控中心由视频显示系统、控制系统、网络交换系统、视频解码系统、硬盘录像系统组成。通过无线网络接收到的视频流媒体传输到网络交换机上，把网络上的视频流媒体解码还原成视频信号。视频输出通过视频线缆联接到显示屏进行显示。
我们可以将计算机联接到网络交换机上，通过计算机安装的视频软件平台同时对视频进行软件的显示和控制，并且可以通过软件本身的功能进行各种条件的录像。
3.5.2平台软件介绍
智慧种植场监测平台是一款数字化、网络化、智能化的专业级综合监控平台。该平台以其强大的功能、领先的技术和广泛的适用性，能使用户随时随地通过网络进行远程监控和设备的
集中管理和控制。彻底解决了地域界限，特别适合于分布式监控、集中管理、集中操作、集中控制等智慧农业应用。
3.5.3平台架构
智慧种植场监测平台主要由服务器软件和客户端软件组成。
其中，服务器软件由应用服务器、存储服务器、转发服务器组成。客户端由中心管理客户端、设备参数管理客户端、视频监控客户端和录像管理客户端组成。
●应用服务器
用于存储用户权限、分组信息、设备信息，以及系统中的存储、转发服务器信息等。
●转发服务器
转发服务器与DVS设备连接，用于将用户请求的视频数据转发给用户，同时将用户对设备的配置数据转发到设备。
●存储服务器
存储服务器包含了转发服务器的所具有的功能。并且通过用户配置，还能够将DVS（Digital Video Server）的视频按计划存储到该存储服务器上，并为用户提供音视频内容的查询和下载功能。
●电视墙服务器
电视墙服务器与解码器设备连接，用于将监控设备的视频数据推送给解码器。同时对视频解码进行管理，实现了将实时视频发送
到墙上电视播放的功能。
●中心管理客户端
该客户端是服务器的管理软件，用于服务器组件的管理和权限分配等。
●视频监控客户端
用户最常用的客户端软件，用于实现实时的音视频浏览、GPS录像和轨迹浏览，以及GPS地图信息显示。
●电视墙客户端
该客户端是电视墙服务器的管理软件，用于管理编码器和解码器的轮询策略。
●设备参数管理客户端
该客户端用于实现对前端设备进行远程方式的参数配置操作。●录像管理客户端
该客户端用于为客户提供所有录像文件的查询和回放功能。
3.5.4平台功能特点
3.5.
4.1 视频安防实时图像监测
智慧种植场监测平台支持多设备的音视频图像数据的接入和显示。单台客户端PC最大可支持32路图像显示。