智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)

智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)

智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)，主要通過(guò)溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測(cè)試儀、自動(dòng)噴灌系統(tǒng)相連接，通過(guò)WIFI設(shè)備服務(wù)器與遠(yuǎn)端天線矩陣通訊，再通過(guò)第三代光載無(wú)線交換機(jī)，將溫度、濕度、土壤干燥度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送到遠(yuǎn)程智能系統(tǒng)，再將數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)或手持終端發(fā)送給農(nóng)業(yè)人員、農(nóng)業(yè)專家、給農(nóng)業(yè)專家的遠(yuǎn)程指導(dǎo)、方案決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

一、概述

　　物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“The Internet of things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：*，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信(M2M:Machine to Machine)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

　　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)(Precision Agriculture ) 是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的模式已遠(yuǎn)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，資源嚴(yán)重不足且普遍浪費(fèi)，環(huán)境污染，產(chǎn)品種類需求多樣化等諸多問(wèn)題使農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入惡性循環(huán)，而農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一條光明之路，農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比大的特點(diǎn)是以高新技術(shù)和科學(xué)管理?yè)Q取對(duì)資源的大節(jié)約。它是由信息的根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量地實(shí)施現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)，其基本涵義是根據(jù)作物生長(zhǎng)的土壤性狀，調(diào)節(jié)對(duì)作物的投入，即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異，另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”，調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力，以少的或節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

　　在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的道路上，現(xiàn)有的基于有線的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)依然存在著諸多問(wèn)題，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于無(wú)線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將農(nóng)業(yè)從概念化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、安全保密性好，而且功率譜密度低。利用上述特點(diǎn)，可組建針對(duì)農(nóng)田信息采集和管理的目的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息的無(wú)線、實(shí)時(shí)傳輸。同時(shí)，可以給用戶提供更多的決策信息和，用戶可隨時(shí)隨地通過(guò)電腦和手機(jī)等終端進(jìn)行查詢、實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。

　　綜上所述，智能農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然，更是符合我國(guó)國(guó)情的選擇，智能農(nóng)業(yè)可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，可以實(shí)現(xiàn)利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，而且是實(shí)現(xiàn)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

二、方案原理

　　物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)主要通過(guò)溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測(cè)試儀、自動(dòng)噴灌系統(tǒng)相連接，通過(guò)WIFI設(shè)備服務(wù)器與遠(yuǎn)端天線矩陣通訊，再通過(guò)第三代光載無(wú)線交換機(jī)，將溫度、濕度、土壤干燥度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送到遠(yuǎn)程智能系統(tǒng)，再將數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)或手持終端發(fā)送給農(nóng)業(yè)人員、農(nóng)業(yè)專家、給農(nóng)業(yè)專家的遠(yuǎn)程指導(dǎo)、方案決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　如圖示，根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚區(qū)域分布廣(20畝)、及視頻和傳感數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)比較復(fù)雜、綜合布線難度大等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集方式上不同于傳統(tǒng)的有線工業(yè)自動(dòng)化總線方式，考慮光載無(wú)線交換機(jī)的覆蓋區(qū)域廣、信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，我們選用工業(yè)總線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)分片采集、廣域傳輸。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)中的“物”包括4種：農(nóng)田(棉田、麥田與玉米地)現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)畫面、傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理終端和智能手機(jī).構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的目的是將這4種“物”連接起來(lái)，使農(nóng)田能夠成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)可觀測(cè)終端，在此一共包括3個(gè)層面的連接：感知層、傳輸層、應(yīng)用層。

　　其中，網(wǎng)絡(luò)層我們推薦廣州市飛瑞敖電子科技有限公司的第三代光載無(wú)線交換機(jī)。光載無(wú)線(Radio-over-Fiber, ROF)技術(shù)充分利用光纖高帶寬、低損耗的特點(diǎn)，大大拓展無(wú)線信號(hào)的傳輸距離，簡(jiǎn)化遠(yuǎn)端基站結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)傳輸成本并提高系統(tǒng)傳輸性能、頻譜效率、覆蓋區(qū)域和靈活性，實(shí)現(xiàn)超寬帶無(wú)線接入與光傳輸技術(shù)的融合。由于該技術(shù)具有超寬帶有線傳輸與靈活無(wú)線接入的突出優(yōu)勢(shì)，將成為未來(lái)移動(dòng)通信、超寬帶無(wú)線接入以及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)支撐。

四、項(xiàng)目建設(shè)原則

　　統(tǒng)籌規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、保證安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)效、適度前瞻。系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循以下原則：

1、充分利用現(xiàn)有的資源

　　充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息的資源，避免重復(fù)建設(shè)。

2、先進(jìn)性與發(fā)展性

　　采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和光載無(wú)線技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既要保證當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性，又要能適應(yīng)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的需要。

3、實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅要考慮到目前各種業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，更充分考慮到將來(lái)業(yè)務(wù)種類增長(zhǎng)的需求，從實(shí)用性出發(fā)，解決實(shí)際問(wèn)題。

4、標(biāo)準(zhǔn)化與開(kāi)放性

　　采用符合、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的軟件和硬件設(shè)備，遵循有關(guān)技術(shù)規(guī)范體制，使系統(tǒng)具有靈活的互聯(lián)能力。

5、可靠性與安全性

　　選用可靠的產(chǎn)品與技術(shù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，具有應(yīng)變能力和容錯(cuò)能力，確保系統(tǒng)安全可靠。對(duì)某些信息資源的使用要進(jìn)行一定的權(quán)限劃分，并對(duì)信息系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6、信息共享

　　對(duì)信息資源考慮有條件、分層次共享，使信息既得到充分、有效的利用，又符合內(nèi)部信息的保密要求。

7、靈活性與擴(kuò)充性

　　選用符合發(fā)展潮流的標(biāo)準(zhǔn)的軟件，使系統(tǒng)具有良好的可移植性、可擴(kuò)展性，保證在將來(lái)發(fā)展中迅速采用新出現(xiàn)的技術(shù)，降低系統(tǒng)成本。

五、感知層

　　主要負(fù)責(zé)視頻畫面與傳感數(shù)據(jù)采集，通過(guò)攝像頭、終端傳感器，對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面、作物生長(zhǎng)大棚、室外空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度的數(shù)據(jù)采集，采集方式視頻畫面為連續(xù)采集，傳感器數(shù)據(jù)為周期性自動(dòng)采集，采集周期可根據(jù)用戶要求設(shè)定，用戶也可臨時(shí)通過(guò)終端修改周期時(shí)間。

感知層采集數(shù)據(jù)

隨機(jī)抽取到的數(shù)據(jù)

六、傳輸層

　　感知層數(shù)據(jù)利用WIFI設(shè)備服務(wù)器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基于802.11b/g的2.4GHZ無(wú)線信號(hào)，發(fā)射到就近天線矩陣轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)單模光纖傳輸200-5000米距離后，到達(dá)中心機(jī)房的第三代光載無(wú)線交換機(jī)，交換機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)光/電信號(hào)轉(zhuǎn)換后、及射頻交換后，終轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)RJ45網(wǎng)線，接入農(nóng)場(chǎng)本地局域網(wǎng)，據(jù)此，遠(yuǎn)程信號(hào)與本地局域網(wǎng)信號(hào)交換傳輸完畢。

應(yīng)用層

　　利用WEB服務(wù)器，及PC終端應(yīng)用層專業(yè)控制軟件，用戶可在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻錄像、按周期采集的溫濕度、土壤成分、土壤溫度、空氣成分、光度等數(shù)據(jù)，用戶在個(gè)人PC或者手機(jī)終端上可以查看，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)圖像，在遠(yuǎn)程對(duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行操作。

用戶在個(gè)人終端上查看數(shù)據(jù)

用戶在個(gè)人終端上查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面

七、方案施工成本與周期

1、主要設(shè)備選型

第三代光載無(wú)線交換機(jī)

　　1、該產(chǎn)品可混合傳輸WiFi與2G3G4G以及其他無(wú)線信號(hào)，可為使用者節(jié)省大量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，避免重復(fù)施工，并極大地提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。

　　2、該產(chǎn)品將WiFi信號(hào)的產(chǎn)生、處理集中于內(nèi)部(中央機(jī)房)，以光纖實(shí)現(xiàn)大范圍(200到5000米)分布，通過(guò)遠(yuǎn)端天線完成信號(hào)覆蓋及雙向傳輸。

2、施工具體方案

　　需現(xiàn)場(chǎng)勘查。

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