农业物联网解决方案

农业物联网解决方案

建设书

大唐移动通信设备有限公司

2011年9月

目录

1 概述 (3)

2 建设目标 (3)

3 总体框架设计 (4)

3.1 物联网感知层 (4)

3.2 物联网传输层 (5)

3.3 物联网应用层 (5)

4 系统架构 (6)

4.1 系统架构 (6)

5 系统平台 (7)

5.1 农业生态环境管理系统 (7)

5.1.1 系统功能 (7)

5.1.2 技术实现 (8)

5.2 生产过程管理系统 (11)

5.2.1 系统功能 (11)

5.2.2 技术实现 (12)

5.3 农产品安全管理系统 (13)

5.3.1 系统功能 (13)

5.3.2 技术实现 (14)

5.4 农业装备与设施管理系统 (18)

5.4.1 系统功能 (19)

5.4.2 技术实现 (19)

6 成功案例 (20)

6.1 农业物联网实用方案设计 (20)

6.1.1 概述 (20)

6.1.2 方案介绍 (20)

6.1.3 方案特色 (21)

6.1.4 产品介绍 (22)

6.1.5 应用示例 (23)

6.2 数字准格尔成功案例 (24)

6.2.1 农业物联网管理平台 (24)

6.2.2 数字化城市管理平台 (25)

6.2.3 数字化地下管网平台 (26)

6.2.4 数字化应急指挥平台 (27)

6.2.5 3D GIS支撑平台 (29)

1概述

我国将物联网作为推进产业信息化进程的重要策略，反映在实际发展中落实物联网于各个产业中的应用。农业作为关系着国计民生的基础产业其信息化、智慧化的程度则尤为重要。物联网在农业发展中将会面临的新的机遇与飞跃。物联网将在农业应用中发挥前所未有的重要作用。

“农业物联网”，就是物联网技术在农业生产经营管理中的具体应用，通过操作终端及传感器采集各类农业数据，通过无线传感器网、移动通信无线网、有线网等实现信息传输，通过作业终端实现农业生产过程全监控与管理。

“农业物联网”既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高农作物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。

2建设目标

利用物联网信息化手段进行农业经济运行监测，掌握农业生产与农业经济运行的动态，监测农业生产经营的成本收益变化，对农业生产经营活动提供分析。

提高农业市场监管的电子化、网络化水平，公开的一站式服务，提高工作效率，降低企业成本。

利用信息化为决策支持、生产经营服务，实现动态监测、先兆预警等。

加强农业信息化服务体系，提高信息化装备，健全信息服务队伍，延伸信息网络，提高信息服务能力。

3总体框架设计

总体框架

3.1 物联网感知层

该层的主要任务是将大范围内的现实世界农业生产等的各种物理量通过各种手段，实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。

农业物联网所采集的信息主要有如下种类：

●农业传感信息：如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等；

●农业物品属性信息：如物品名称、型号、特性、价格等；

●农业工作状态信息：如仪器、设备的工作参数等；

●农业地理位置信息：如物品所处的地理位置等；

信息采集层的主要任务是对各种信息进行标记，并通过传感等手段，将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其转化为可供处理的数字化信息。信息采集层涉及的技术有：二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等。

3.2 物联网传输层

该层的主要任务是将农业信息采集层采集到的农业信息，通过各种网络技术进行汇总，将大范围内的农业信息整合到一起，以供处理。传输层是农业物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。信息汇总层涉及的技术有：有线网络，无线网络等。

3.3 物联网应用层

该层的主要任务是将信息汇总，层汇总而来的信息进行分析和处理，从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。应用层是农业物联网的“社会分工”与农业行业需求结合，实现广泛智能化。

4系统架构

4.1 系统架构

(1)农业生态环境管理是以物联网技术为基础，实现农业生产中土壤、大气、水

质、气象、灾害等生态进行网信息化管理。

(2)生产过程管理是以物联网技术为基础，实现对农业生产过程农田精耕细作、

设施农业、健康种植等进行信息化管理。

(3)农产品安全管理是以物联网技术为基础，实现产地环境，产后、贮藏加工、

物流运输、供应链可追溯等进行信息化管理。

(4)农业装备与设施管理是以物联网技术为基础，实现农业工况监测、诊断、服

务调度等信息化管理。

5系统平台

5.1 农业生态环境管理系统

农业生产是一个以自然生态系统为基础的人工生态系统，它远比自然生态系统结构简单，生物种类少，食物链短，自我调节能力较弱，易受自然气候、病虫害、杂草生长的影响。农业生产的不稳定性，很大程度上受自然环境的约束，因而应创造良好的农业生态环境，才能取得较佳的经济效益。良好的农业生态环境有赖于森林、草原、水域等生态系统的支持、保护和调节。农业生态系统就其生产力来说应当比自然生态系统更高，因此除太阳光照外，还必须加入辅助能，如农机、化肥、农药、排灌、收获、运输、加工等，通过人类的劳动和管理，只有不断地调整和优化生态系统的结构和功能，才能以较少的投入，得到最大的产出。

农业生态管理的目标是：不断地调整和优化生态系统的结构和功能，低投入高产出，取得良好的经济效益、社会效益和生态效益，建立一个合理、高效、稳定的农业生态系统。

5.1.1系统功能

系统主要生态管理功能如下：

(1)土壤管理

土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层。土壤是由固体、液体和气体三类物质组成的。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值标准为二级。我们将按为提标准进行土壤采样、分析、管理。

(2)气候管理

气候包括光、热、水、气等要素。

太阳光辐射带来光和热，是动植物生命活动的主要能源，降水量、土壤有效

水分存储量以及可能蒸散量是作物生长的重要条件，空气中二氧化碳含量变化是作物光合作用强弱的重要因素。光包括光照强度（太阳辐射量、光合有效辐射量）、光照质量（太阳光谱中不同波长的光谱成分）和光照时间（日出到日没时间）等。

热指生长季的热量条件，包括各种农业界限温度的出现日期、持续日数、积温、早晚霜出现日期与无霜期、最高温度与最低温度、日温差、土壤温度、植物体温等。

水包括降水量、蒸发量、干燥度（可能蒸发量与降水量之比）或湿润度、干期或湿期长短、土壤湿度等。

气主要指空气中的二氧化碳。一般情况下，二氧化碳能满足作物的要求，但在光合作用强盛时，如果无风，二氧化碳可能不足。微风可以补充二氧化碳。温室中补充二氧化碳，可促进作物生长。

(3)灾害管理

灾害主要包括气候灾害与病虫灾害：

2气候灾害

干旱、水涝、霜冻、大风、冰雹、高温等都能给农业生产带来不同程度的危害。这些灾害的发生，从长期看，在空间上和时间上有其规律性。农业气候灾害是农业气候资源的反常变化，对资源起限制、破坏作用。例如，水是资源，但太少就发生旱灾，过多就发生涝灾；温度是资源，但过低就发生寒害，太高就发生热害；微风对作物有好处，大风就造成风灾。

2病虫灾害

它具有种类多、影响大、并时常暴发成灾的特点，其发生范围和严重程度对农业经济、农业生产常造成重大损失。因此加强防范与控制是保障农业经济、生产的重要环节。

5.1.2技术实现

大量科学合理的采用各传感器、视频设备、GIS地理信息技术、GPS定位技术、建设一个智能分析模型，实现农业生态环境信息化管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。

生态管理系统平台：

生态管理系统平台

传感器:

电化学离子敏传感器：土壤N、P、K, 重金属含量快速检测... 生物传感器：快速检测、高致性细菌...

气敏传感器：农产品品质、气体污染、排放监测 ...

信息展示：

5.2 生产过程管理系统

基于物联网技术为基础的农业生产过程管理的目标是利用物联网信息技术改善生产系统的工作效率、提高投入资源的附加值、减少不必要的浪费及资源损耗，从而满足客户需求。同时实施标准化的生产过程与管理是达到农业生产过程管理目标与提升农业生产竞争力。

5.2.1系统功能

(1)标准化管理

物料标准化以减少资源浪费便于管理。

管理标准化建立各项管理指标，并以此作为评价实际作业的依据，了解

实际运作的水平，并进行调整和控制。

(2)精耕细作管理

“精耕细作”在一定面积的土地上，投入较多的生产资料和劳动，采用先进的技术，进行细致的土地耕作，以提高单位面积产量。

(3)设施农业管理

设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。设施农业在农林牧副渔业所占比重标志着农业的进化程度，是农业产业升级的重要标志。

(4)健康种植

采用科学的种植方法与管理，实现健康种植，提高农作物的品质与产量，为企业带来经济增加与效益。

5.2.2技术实现

采用各传感器、视频设备、GIS地理信息技术、GPS定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业生产过程信息化管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。

生产过程平台

5.3 农产品安全管理系统

本系统主要功能是对农产品安全进行全程监控管理，为企业农产品安全提升到新的高度，从而向消费者提供安全、可靠、高质量的农产品。

农产品安全管理的目标是：减少和控制危害与损失，尽量避免产后过程中由于事故造成的人身伤害、财产损失、社会影响以及其他损失。

5.3.1系统功能

系统主要安全管理功能如下：

(1)质量安全管理

农产品质量安全管理以农业企业档案数据为基础，围绕“生产、库存、销售”三条主线，对农产品的生产环境、生产活动、销售状况实施电子化管理。(2)物流运输安全管理

基于物联网物流运输管理是采用信息化、智能化、可视化等先进物联网技术特征。采用最新的红外、激光、无线、编码、识别、定位、传感器、RFID等高新技术，实现物流运输安全。

(3)供应链可追溯安全管理

为了使消费者充分了解农产品的种源情况、生产基地环境质量、生产操作过程、用料用药情况、加工销售过程等各个环节，结合目前先进的条码技术对农产品的流通进行编码，从而建立安全的农产品生产全程追溯管理。

通过安全的RFID标签，可实现对供港蔬菜进行溯源。实现了对蔬菜从种植、用药、采摘、检验、运输、加工等各环节的全过程监管，可快速、准确地确认供给蔬菜的来源和合法性，加快了查验速度和效率，提高了查验的准确性。

?通过自动数据采集和电子数据处理，减少手工输入和处理不可避免的错误，提高农副产品企业的生产效率，降低管理和相关费用，体现企业现代化管理水平

?增加消费者对企业生产的农产品质量安全的信心，提升企业品牌价值

?对使企业或行业有能力及时确定和召回可能存在安全隐患的产品，增强消费者的购买信心。

5.3.2技术实现

?质量安全管理

质量安全管理采用各传感器、视频设备、GIS地理信息技术、GPS定位技术、二维码技术、并建设一个智能分析模型，实现农业质量安全管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。

?物流运输安全管理

基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术、GIS等多种技术，在物流过程中实现实时车辆定位、运输物品监控，在线调度与配送可视化与管理，可实现与物流作业系统、生产信息、订单信息对接，从而实现自动化、智能化。

?供应链可追溯：

系统采用二维码技术、RFID技术、GIS与GPS技术实现供应链可追溯平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问。

追溯互联网平台

追溯流程示意

智能终端追溯示意

5.4 农业装备与设施管理系统

随着设施农业快速发展和装备大量使用，各种农业等设施装备的问题日益突出，事故隐患增加。为进一步提升设施农业装备安全及生产水平，需要建设一套完善的农业装备管理系统来满足日益发展的需要。

设施农业是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业生产的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。依靠科技进步及物联网新技术产业，为农业设施管理及提供鲜活农产品的重要技术措施。

设施装备是设施农业发展的基础条件。加强设施农业装备的维护管理，减轻气候剧烈变化对设施农业生产带来的不利影响，为确保农产品生产供应正常。

5.4.1系统功能

(1)装备与设施监测、查询、展示、智能分析。

(2)故障诊断

(3)服务调度

5.4.2技术实现

基于物联网技术为基础的农业装备与设施管理的目标是利用物联网信息技

术改善生产系统的工作效率、提高投入资源的附加值、减少资源损耗。同时实施标准化农业装备与设施管理达到农业装备与设施管理目标与提升农业生产竞争力。

主要技术手段：采用传感器、视频监控；并建立装备与设施信息库、状态库、调度服务库及智能分析平台。

6成功案例

6.1 农业物联网实用方案设计

6.1.1概述

农业远程诊断系统是大唐移动于2008年推出的针对农业、种植、养殖生产过程监控和灾害防治专项应用的农业物联网信息管理产品。该产品由前端设备、2G/3G无线通信传输网络（TD-SCDMA/WLAN）、专家诊断控制平台和农业专家团构成，是一套基于最新图像采集处理技术、网络传输技术的全数字化远程物联网信息管理系统。

6.1.2方案介绍

农业物联网信息管理系统，前端设备支持多种传感器接口，同时支持音频、视频流功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据；此外，农业专家还可以通过PC终端登录农业诊断系统，实现远程控制灌溉等操作，解决了农业专家极为缺乏的现状，为实现农业现代化起到了重要作用。