智慧农业视频监控系统解决方案

第一章项目概述

项目背景

近年来，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。

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。那么怎样才能实时记录农作物的生长情况，及时处理各种病虫害又避免由于每天逐一记录数据而带来的大量的人力成本呢

由某某市某某技术股份有线公司开发的智能农业视频监控系统可以完美的解决这个问题。

第二章设计依据与原则

设计思路

智能农业监控系统以3G/wifi网络为骨架，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。

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、报警功能等。

数字化：近年来，监控产品的数字化趋势越来越明显。相信随着技术的不断进步，数字化系统将会得到进一步更广泛的应用。而数字化信号受干扰小、线路损耗小、便于存储、方便升级等优点将会表现得尤为突出。所以本系统将是一个高度数字化、信息化的系统。

网络化：本次方案设计完成的监控系统中所采用的产品和系统，与计算机网络技术完美结合，实现各个子系统的信息共享。

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。

成功应用：本次系统设计采用的产品和系统，是经过了一定时间市场考验的成熟产品。

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3G传输相结合的方

式，是系统投入与运营效果更合理。

第三章方案设计

3.1系统介绍

某某某某智慧农业系统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。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±%RH，测温精度可达±℃（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编解码模块H3225AK处理。我们既可以在

液晶显示器上看到温室内部的实时画面，又可以通过PC登陆ISCAN客户端的方式来远程观看温室内部的实时画面。

采用先进的传感器网络技术、ARM嵌入式技术和传感器技术相结合的方式，智能农业远程监控系统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

本系统采用的3G/wifi可选的无线网络进行传输，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3G无线网络进行对数据与视频的传输。下面对wifi AP热点与3G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。由于使用公用频段，信号抗干扰能力差、数据安全性较差。

3G无需依托于有线网络，只要运营商3G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。采用CDMA 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。

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。

某某ISCAN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。

某某ISCAN视频监控系统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，可以通过ISCAN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。

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。

iScan平台是某某市某某技术股份有限公司自主研发的一款基于无线网络的视频监控平台系统，是一款数字化、网络化、智能化的专业级视频监控平台。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。彻底解决了地域界限，特别适合于分布式监控、集中管理等应用领域。为远程视频监控和集中管理提供高可靠的解决方案。

iScan平台主要由服务器软件和客户端软件组成。其中，服务器软件由中心管理服务器、存储服务器、转发服务器和电视墙服务器组成。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、电视墙客户端和录像管理客户端组成。

●中心管理服务器

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。

●实时图像监测

iScan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。

●多接入服务器

平台部署方式灵活多样。iScan平台支持多路图像监测接入多服务器的分布式部署方式，也支持服务器的集中式部署和管理。

●录像存储

监控图像可同时存储于前端设备和存储服务器，互为备份。既可集中管理，又可提高数据的容载能力。

●报警监控

iScan平台提供报警联动机制。支持报警联动录像、报警音、报警过滤等功能。

●轨迹显示

支持历史图像和音视频数据分析、轨迹回放的地图显示。

●方便集成

设备提供多种接口，方便与其他系统对接。平台提供强大的数据传输通道，可快速、实时将各种外部系统数据收集回来。

视频监控客户端图片

历史回放客户端监控图片

手机客户端图片

客户端功能

?显示相应区域内能提供服务的摄像头，选择后浏览视频或停止视频

?对接收的视频流进行解码播放

?提供权限设置

?用户/用户组可访问的设备的列表信息维护

?用户/用户组相应的控制操作权限设置界面

?提供多级区域、机构的设置界面

?提供系统设备（如前端）参数设置等操作界面

?提供显示系统的控制界面，如设定显示墙上监视器显示指定的实时图像数据

?支持多实时视频流轮巡策略。具备策略持久性，重启后，仍然能够按照上次显示策略自动执行

?云台、镜头控制

?码流控制范围及清晰度功能

?支持语音对讲功能

?支持远程历史视频回放功能