农业信息化物联网系统平台建设方案Word格式文档下载.docx
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系统应该采用容错性设计,使得系统局部出现问题不会影响到整个系统的使用。
4、安全性原则
系统安全性是指保护系统内重要机密信息不泄露,防御外部恶意攻击的能力。
此系统设计时需要考虑使用多重的安全体系,对于数据的安全和保密应该进行相应的处理,提高系统对于恶意攻击的防护能力,并保证与其它应用系统或异构系统间数据传输的安全可靠和一致性,确保不会有非授权操作和意外的非正常的操作,保证系统数据的安全完整。
5、可扩展升级原则
可扩展升级是指系统在使用过程中、随着实际的需要进行进一步功能扩展或升级的能力。
一是随着系统覆盖面的扩大,参与企业数量增加,系统在信息存储计算能力上的扩展升级;
二是随着农业物联网技术要求的发展,此工程可能会承担更多的管理功能,因此在系统功能上需要进一步扩展。
数据量的增加和服务功能的扩展,都需要硬件和系统软件的升级或增加,为了保证用户的原有系统平台在系统升级过程中能够平滑过渡,就要求系统在最初设计时就考虑系统软硬件的可扩展性。
3需求分析
3.1开发环境及相关需求分析
(1)开发环境要求
1、PC端系统使用B/S架构,用户可以浏览器根据权限访问平台应用;
2、手机APP基于Android系统开发符合客户需求的应用端;
3、基于成熟产品定制化开发;
4、后台数据库采用国际知名厂商的主流MySQL数据库产品。
(2)项目实际需求分析
1、可单独运行,也可通过与其它系统的接口和其它系统集成使用;
2、提供导入、导出系统数据的功能;
3、支持远程WEB查询和APP端在线查询;
4、可根据需要提供开发接口程序所需的源代码和数据结构。
3.2目标与范围
根据草莓生产环境管理、流通可追溯信息化及基础建设情况和具体的业务需求,建设符合实际情况的农业智能化农业测控信息管理平台。
具体建设内容为:
⏹一个生产管理调度中心。
⏹场景应用点:
一座联栋的联栋薄膜温室、多个露天水果种植基地。
⏹系统要求:
统一一个生产管理平台对以下项目管理实现指挥决策、综合应用;
环境数据监测、预警、数据查询、分析、统计汇总;
视频监控、远程控制、错误报警、日常农事管理记录、草莓二维码生成追溯管理等功能。
3.3智能化农业测控信息系统平台设计
3.3.1技术架构
该系统采用LAMP的分布式面向服务的企业级软件架构,这套架构技术先进、层次清晰、搭配合理、标准统一、应用成熟、开发路线明确,并具有较高的扩展性和可伸缩性,其中PHP作为目前企业级开发最成熟和先进的企业级软件开发技术体系,已经成为事实上的工业标准;
AJAX是用于提升浏览器客户端的用户体验和性能的一种开发技术,已经成为Web开发的一种重要手段;
前台同时采用成熟的jQuery框架,解决了传统JS不能兼容各大浏览器的问题。
后台还采用了thinkphp框架,帮助实现定时控制和智能控制。
技术架构如图所示:
技术架构图
3.3.2业务结构设计
系统由传感器节点、数据采集节点、控制节点箱、无线传输网络、系统平台等组成,每个采集节点集数据采集和自组网路由功能于一体,不仅能对本节点下的传感器采集到的数据进行转发和收集,并可对其他节点转发来的数据进行中继传输,与其他节点写作完成一些特定任务。
并通过数据采集器,经过网络传输网数据上传至平台(基于系统功能实现)。
如图所示:
系统感知层
系统感知层位于智能化农业测控信息系统的最底层,是智能化农业测控信息系统应用的基础,是数据收集的信息源,由部署在草莓大棚现场各区域的传感器/视频节点组成,并通过数据采集器将各种环境参数数据通过网络上传至系统平台。
网络传输层
结合草莓基地现场情况,处在乡镇偏远的郊区,无线通信网络覆盖存在盲区,并且存在多数农场存在电源短缺、传感器部署分散等诸多问题,研究设计有效能量控制的数据收集与路由协议,采用自组网、低功耗的WSN无线传感网络,采用菱形网格划分方式,首先把传感器区域分成一个个的菱形网格,然后将每个传感器节点布置在菱形网格的顶点上。
保证在传感器区域实现完全无缝覆盖。
支撑层
支撑层主要是基于TOP应用软件平台,运行于PC端或PDA端,主要负责对汇聚节点传过来的数据进行处理,包括采集、分析、存入数据库、查询等。
网络环境下不受单个节点失效、通信链路失效和节点移动影响的查询处理技术。
基于该技术的查询处理算法,可满足实时性要求、具有动态可扩充能力的新型传感器数据库管理系统。
TOP软件系统,融合基于虚拟机中间件、基于Agent的中间件和采用声明性语言的中间件的思想,Agent逻辑上由两部分代码组成:
应用代码和分发代码。
系统应用层
系统应用层主要由面向工厂化生产领域的软件、云计算中间件等组成,实现共性技术的数据处理与存储,用户可以通过Web网页的方式直观的展现给用户,主要负责对采集到的数据进行汇总、存储、展现、分析、查询等,实现对智能化在线生产管控。
展现层
在展现层中,将设备监控信息、设备采集信息的统计与分析、生产过程的统计分析、设备的使用状态统计等等管理员需要查看的数据,以及各种管理功能(如智能呼叫、智能广播、视频监控等)统一规划在展示平台上,提高管理效率。
4解决方案
4.1总体架构
总体架构采用标准的分层架构,以TOP中间件平台为基础,以农业物联网标准规范和信息安全保障体系为两翼,共同保证农业物联网生产管理平台的实施,一共包含三个部分的内容:
Ø
中心:
通过互联网将基地物联网应用的数据传输到管理中心进行统一展示;
气象环境应用场景:
草莓薄膜温室、露天水果基地
病虫害监测应用场景:
露天水果基地
视频监测;
草莓、水果追溯:
从物资到生产到采摘销售全产业链
系统对接:
根据用户需求开发配套系统及数据库也可接入凯里市农业局已有系统
4.2生产指挥调度中心
生产管理调度中心,可以为草莓及水果基地生产提供高效及时的服务和指导,根据基地实际情况配置符合生产管理,市场展示;
如利用物联网传感技术指导农业生产、利用视频监控技术为农户提供农技培训和生产管理帮助农民增产、利用互联网技术为农民搭建营销网络帮助农民增收、利用汇总的监测到的农业生产数据对农业生产病虫害进行远程会商指导等等,建设生产指挥调度中心将给农业生产带来全方位的服务提升。
4.2.1系统概述
从草莓及水果生产服务角度出发,将整个测控平台的服务监管及生产应用建设集中进行统一展现、统一调度、统一集成,建成“中心-基地”模式架构,管理调度中心统一展示出所有种植基地的信息系统,形成集中化展现,各区域也可自主进行系统管理和操作;
中心服务包含:
1)统一监测展示与信息综合服务平台
对各个应用试点的生产现场的生产情况、环境数据/视频数据提供一个统一的展示平台,可以使管理决策者在指挥中心充分掌握农业生产的即时数据,为农业决策提供辅助。
2)草莓追溯
通过人为干预系统形成的各项农事活动数据,气象数据,视频数据,投入品品数据,草莓生长期的指标数据,各项检查指标数据(无公害/绿色农产品)形成草莓集生产管理面向消费者的可数据化,视频化的全产业追溯应用。
3)手机APP管理系统
搭建统一的移动终端生产监控及管理几追溯系统,实现远程和移动统一标准管理、统一决策生产、统一指导服务。
4.3草莓温室大棚智能测控管理系统
4.3.1系统概述
温室环境监测和控制,基于物联网、传感、自动控制和新型网络传输等技术,为用户提供智能、便捷、可视化的种植管控软硬件一体化服务。
玻璃温室智能测控生产管控解决方案分为五大模块:
监测模块、传输模块、控制模块、视频监控模块和软件管理模块。
如下图所示。
☐监测模块
该模块主要包含各种传感监测设备,如空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等,监测模块能够实现对草莓大棚生长环境的连续不间断在线监测。
☐传输模块
传输模块包括各种传输技术,系统支持GPRS传输、WIFI无线传输、3G/4G传输及Zigbee传输,在不同场合选择不同传输技术,提高效率,节省成本。
☐控制模块
控制模块实现对其他设备的启动和关闭,当环境监测出现异常时,控制模块一方面可以通过设置自动启动设备,另一方面可以将信息传输给电脑控制端,通过PC客户端发布控制命令,启动设备。
☐视频监控模块
对整个草莓联栋大棚生产区建设视频监控,对草莓的生长过程进行有效的监控,对人员进行实时观察录相或在以后的时间内方便调出图像取证;
对采摘活动的不文明行为及时制止。
同时可对监控系统远程进行浏览、实时的监看以及网上发布操作。
☐软件管理模块
软件管理模块能够实现所有传感设备的检测信息可视化显示,能够对报警事件进行管理,实现设备的控制。
相关设备配备为:
本系统主要应用在智能温室生产常规六参数(空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳、光照、土壤温度、土壤湿度)、传感器智能采集终端、高清网络球机相关设备和系统软件。
4.3.2系统架构
温室测控应用架构图
4.3.3系统模块说明
.3.3.1温室环境监测数据在线显示模块
该模块能够将空气温湿度、土壤传感器、二氧化碳、光照采集、传输而来的实时空气温湿度、土壤传感器、二氧化碳、光照采集、等环境监测数据在系统中进行可视化显示。
4.3.3.2温室环境预警模块
当空气温度、空气湿度、等环境监测数据超过设定的预警值时,系统自动预警,生成预警事件,提示管理人员或工作人员进行管理和控制。
该模块还可对系统产生的各个环境预警事件进行详细记录,便于事后查询和对工作人员工作质量进行跟踪监督。
4.3.3.3温室环境调控设备远程控制模块
该功能模块采用智能化远程控制设计,温室环境调控设备远程控制分为无人值守自动控制、人工控制两种模式。
当设定为无人值守自动控制模式时,若系统根据实时环境情况产生环境预警事件,系统将自动发出后台指令,远程将温室内的风机、湿帘、卷帘等环境调控设备按照预先设定自动、智能、有序、依次开启,对温室进行排风、进水、遮阳等环境调控作业,当温室内的环境数据回到正常区间范围内,温室内风机、湿帘、卷帘等环境调控设备就会自动关闭。
当设定为人工控制模式时,则由管理或工作人员根据实际需要通过系统远程控制(开/关)温室内风机、湿帘、喷灌、滴灌等环境调控设备,适时调节温室内空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度,使作物有个适应的生长环境。
4.3.3.4温室环境监测及调控设备管理模块
该模块实现对空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、等环境监测设备以及温室内风机、湿帘等环境调控设备的工作、运行状态进行定时自动或手动远程巡检,对设备的工作、运行状态进行统计管理,用于记录和查询每个设备的工作状态情况(正常/故障/损坏)、工作年限、检修、保养信息。
4.3.3.5视频监控模块
对草莓温室整个生产区建设视频监控,对作物的生长过程进行有效的监控,对牧场的人员进行实时观察录相或在以后的时间内方便调出图像取证;
对非法入侵的行为及时制止。
同时可对监控系统远程进行浏览、实时的监看操作。
视频监控系统组成
组成部分
功能概述
视频采集系统
视频采集系统主要由各观测点的摄像机组成,主要完成视频图像信号采集。
主要实现对每个采集点的视频采集。
按照摄像机是否能移动等要求配置云台装置,主要可实现较广泛区域的监视。
信号传输系统
在本系统中信号传输系统主要包括电源信号的传输、视频信号的传输和控制信号的传输线路三部分组成。
本项目建设中,根据施工现场的实际情况,使用无线传输的方案来建设信号传输系统。
视频远程访问
将视频监控系统进行整合,使管理人员可以对生产区域进行生产实时监控、消费者也可以通过远程访问视频系统,为管理人员和消费者提供查看和监管农场生产环境的平台,可以进行农场基础信息查询、生产区环境视频监控。
视频处理系统
视频处理系统主要完成对视频信号的数字化处理、图像信号的显示、图像信号的存储、及图像信号的远程传输。
本系统中采用高容量硬盘录像及远程传输系统实现对所有采集点的显示、录像和回放以及远程浏览。
4.3.3.6温室环境监测数据及预警事件查询统计、决策分析模块
该模块提供温室空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照等环境监测数据的历史数据查询功能。
提供温室环境预警事件信息的查询功能。
将温室内空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度等环境监测数据以及环境预警事件信息以图表形式或曲线图形式形成统计报表,支持管理人员做出适当的作物生长管理、分析与决策。
4.3.3.7人员权限管理、信息维护、预警值设置等系统后台模块
该模块实现系统登录注销、系统登录角色类别设置、权限管理、信息维护、环境监测预警值设置等功能。
4.4视频监控应用系统
4.4.1系统概述
根据草莓基地联栋薄膜温室区域分布的实际情况,在相应大棚布置视频采集点,每个视频采集节点分别把实时图像传输到物联网生产管理平台,以便能远程实时查看各基地全景和作物生长状态。
4.4.2系统架构
显示部分主要由硬盘录像机的电脑显示器和远程计算机进行运行观看。
4.4.3实时记录
基地的监控系统采用数字硬盘录像机进行视频图像的存储,有利于对事件的取证和分析。
4.4.4远程操控
控制部分由硬盘录像机、高速球(数字矩阵)控制键盘组成。
在硬盘录像机上通过鼠标操作可以切换本机上的监控画面和控制本机上的高速球旋转、放大等功能。
数字矩阵主要是对电视墙上的监视器里的监控图像进行切换,可设置监控图像在监视器里自由切换、程序切换、定时切换等操作。
高速球控制键盘主要是配合高速球使用的。
控制键盘用来控制高速球比鼠标更方便,通过控制键盘还可调出高速球的菜单,实现高速球的两点扫描、巡航、花样扫描、设置预置点、调用预置点等功能。
4.4.5网络观看
数字硬盘录像机具有网络功能。
连入监控中心的局域网络,可以让局域网里的授权用户随时观看监控图像,达到可以在自己的电脑上就可以观看到高速公路上的监控实时情况。
数字硬盘录像机加装ADSL就可以连入因特网,授权用户可通过因特网访问主机,观看到监控图像。
4.4.6视频监控设备组成
模块
产品名称
功能描述
前端设备
红外智能网络高速球机
不低于200万像素红外网络高清高速智能球机,焦距3.5-70.0mm,20倍光学,360°
连续旋转,红外照射距离100米,最大图像尺寸1280×
720
控制模块
网络硬盘录像机
网络硬盘录像机,采用H.264视频编码技术。
能支持硬盘盘组管理,不同通道可设定不同的录像保存周期,能支持冗余录像;
支持4路同步回放
扩展硬盘
2T的希捷高速硬盘
网络设备
4.5露天果园基地管理
建设内容
针对果园重大病虫害监测站功能的需求,主要包括以下部分:
1、每个基地监测点各部署:
1套智能驱光可视化虫情测报灯,1套田间气象站、1套高清摄像头;
带12平米围栏和基座;
总体结构图
病虫害监测管理预警系统主要由智能可视化虫情测报灯、田间气象监测站、远程网络传输系统、终端信息查询等组成。
总体结构如下图所示:
监测系统组成模块
无线智能可视化虫情测报系统
根据项目要求每基地配置一套固定式虫情测报灯(也可以是太阳能虫情测报灯),测报灯会对设定时间段内收集的害虫分别进行分段存放和拍照与计数,并将数据发送至监测平台,平台整理分析每天的数据,形成数据库,以供农业专家远程诊断。
每个监测点各安装一套,可以安装在检测点的任何位置。
测报灯内置1200W高清摄像头,通过系统设置或远程设置后自动拍照将现场拍摄的图片无线发送至监测平台,平台整理并计算每天的数据,形成数据库,以供农业专家远程诊断。
根据图片与数据,专业分析人员可对每个时间段内收集的害虫进行分类与计数。
具有现场或远程编程功能,设备的各种功能可通过网络远程设置、修改和读取,还可根据需要远程拍摄自己需要的照片并上传到服务器。
智能气象测报系统
气象信息采集点由采集模块、各种气象传感器及安装支架组成,利用无线通讯模块与综合控制中心连接进行信息传输。
气象传感器监测空气温度、空气湿度、风速、风向、辐射、降雨量信息和土壤温度、湿度等墒情信息。
采集室外空气温湿度,露点,雨量,光照度,风速风向,土壤水分,土壤温度等指标。
采集的数据通过GPRS无线发送到中心控制平台,通过平台设定土壤养分及水分的上下值系统自动进行喷滴灌,根据项目要求在指定区域的中心位置配置一套无线综合气象监测站主要采集大田的种植气象环境指标(配:
土壤水分(4层),土壤温度(4层),空气温/湿度,雨量,风速/风向,辐射,光合有效辐射;
因监测土壤墒情需求,本系统的土壤温度和土壤水分监测单元各配置4个传感器,分别在地表往下-20cm、-40cm、-60cm、-80cm的土壤深度监测土壤温度和水分),气象墒情综合站会定时将监测到的气象数据通过无线网络(GPRS或3G)发送到监测平台或者管理人员的手机上,指导生产。
1、可定时或实时自动采集相应参数,采集间隔可灵活设定;
2、具有现场或远程编程能力,设备参数可通过手机短信指令设置、路径可改变、数据可读取;
3、具有遥测和远程控制功能,设备可接收来自上级平台的指令,根据指令进行数据传输或输出开关控制信号;
4、采用无线(GPRS/3G),使用灵活;
5、采用低功耗设备,在连续阴雨条件下也能使用15天;
6、设备安装牢固,防雷、防盗措施到位,在设备周围安装防护栏杆。
GIS首页展示
在地图中选择需要查看的某一个站点,点击可查看具本站点内的监测数据
虫情监测
可实时查看虫情监测图片,历史数据,病虫统计,报警信息,以及远程设置设备参数。
可以远程实时拍取现场虫害情况。
报表统计
可对各站点、各地区的病害和虫害进行统计与对比,以各种K线、GIS热力地图渲染图形方式展示,让管理人员直观分析各地区的墒情、病虫害情况发展趋势,及时采取应对措施。
各地区各种病虫害历史分析图表
监测站点管理
本系统可对各站点的安装位置、安装时间、工作状态进行综合管理,如果某站点发生故障或被盗,系统会发出提示,管理员可以及时发现故障站点的位置,故障情况,并采取措施。
远程通过internet网络监测相关信息(虫情数据、灾情、苗情、环境信息与管理信息),同时可以参与设备控制。
利用手机短信或信件形式定制查看相关信息。
4.6园区高清显示终端
草莓园种植基地入口设计规划安装一套2.5m*4m约10平方的P8室外全彩高清显示器对所有园区的实时数据,实时视频,农产品追溯实时展示;
4.7农产品质量安全监管系统
按照草莓及水果种植和销售模式全产业链建立各质量安全监管,安全追溯系统将实现基地资质管理、安全档案采集与管理、检测数据采集与分析、统计分析与安全预警管理、溯源监管和信息服务等主要功能。
承担了农业局的监管,又承担生产企业、基地、产品信息的推介和引荐。
做到在政府积极监管的大环境下,企业、基地、消费者能够在一个完整的平台中找到各自所需的信息。
展示了监管平台对企业、基地的推介内容,每个企业、基地都有机会在平台中展示自己的风采和产品,做好政府宣传和推广工作。
(如图)
生成码在线查询
定制化的农产品的品种发布
农产品生长过程的档案建立
农事活动管理
生产全过程视频查看
4.5手机APP监管系统
本系统基于Android或其它系统开发。
1)草莓大棚数据监测基本管理:
主要包括实时环境信息、基地生产概况及相关预警的管理,通过对各基地进行的全面信息化管理,提高管理水平
2)生产计划管理(定制):
依据市场需求信息制定生产计划,通过各类计划管理确保适时生产和供需匹配,指导生产合理布局,提高农业生产资料的利用效率和农业生产力。
3)过程管理:
通过规范成长流程,及时记录成长过程中的数据,有利于监管过程,保证农产品的质量和产量,减少农资浪费,通过过程数据积累分析掌握农资使用与品质和产量的关系,使工艺流程得到不断优化,同时保证采集真实的生产数据,保障溯源信息准确可靠。
4)视频监控:
通过手机3G/4G/WIFI网络,开启手机客户端视频监控,可以在远程对基地生产的实时情况做完整动态了解。
5)草莓追溯:
通过APP实现销售完成的草莓进入逆向追溯(含:
农事活动、品种信息、成长过程、检测报告等)如图:
5项目预算
序号
名称
建设内容
单价
(元)
数量
总投资
一
农业局管理中心
控制主机
11200
1
千兆交换机
850
显示器
1100
2
2200
操作控制机柜
6500
中心展示大屏
含安装支架、矩阵,VGA线
15000
4
60000
农业基地信息化管理平台
管理草莓温室基地和所有果园基地的物联网数据,视频,农产品追溯以及农事活动管理;
135000
网络配套
不小于20兆宽带或专线光纤
客户配套
小计
215750
二
园区露天高清全彩显示屏
P8全彩显示屏
约10平方(2.5m*4m)室外防水全彩显示屏,显示园区信息化数据及视频信息,含安装立柱、边框、辅料、线
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