农业物联网系统介绍.ppt

农业物联网系统介绍,2016年4月,一、农业物联网,物联网(Internet of Things)解读物联网：利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。,一、农业物联网,农业物联网概念农业物联网是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，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、水质传感器、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，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。,一、农业物联网,物联网与农业物联网产业的发展，为农业水产养殖、畜牧养殖、大田种植、温室大棚、农林火灾安全、农产品安全运输、农产品溯源等的信息化、产业化提供前所未有的机遇，同时，农业、畜牧业为物联网的发展提供广阔的应用平台。,未来大到一头牛、小到一粒米都将拥有自己的身份，人们可以随时随地通过网络了解它们的地位位置，生长状况等一切信息，实现所有农产品信息互联。,一、农业物联网,物联网与农业传统农业生产特点：,地域性：不同地区的自然条件、社会经济技术条件、农业政策季节性和周期性：动植物的生长发育有一定的规律，且受自然因素的影响。这些因素随季节而变化，并有一定的周期性,喜温植物不能长期忍受5度以下的低温，10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等；耐热蔬菜生长温度要求在20至30度，要求昼夜温差不低于10度,要求：因地制宜、因时制宜,一、农业物联网,物联网与农业纵观国内外现代农业展开进程，可以分为四个期间：,农业1.0 到4.0的变迁：从传统的生产方式走向工厂化生产方式发展,工厂化农业强调：数值化、集约化、智能化、信息化、标准化,一、农业物联网,农业物联网的功能：生命感知：农业动植物生命体本质的认知能力环境监测：农业生产环境（空气、土壤、水质等）在线监测自动控制：农业复杂系统的调控能力和农业突发事件的处理能力定位追踪：农资、农产品流通过程的监管与控制能力指挥调度：基于农业生产环境信息的农业装备的调度、派遣能力统计决策：基于对联网信息的数据挖掘和统计分析，提供决策支持和统计报表的能力,1、农业物联网关键技术,传感器技术：通过声、光、电、热、力、位移、湿度等信号来感知现实世界，是物体感知物质世界的“感觉器官”。网络通信技术：物联网物理系统的状态数据和应用服务的反馈信号传输的基础。自动控制技术：接收执行命令到控制执行器进行执行动作，最终影响物理实体状态，形成从物理世界到信息空间再到物理世界的循环过程信息处理技术：对感知数据采集信息的处理、分析和决策，实现对物理实体的有效监控与管理,二、农业物联网关键技术和产品,二、农业物联网关键技术和产品,2、传感器技术和产品,传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置。传感器由敏感元件和转换元件组成，可通过声、光、电、热、力、位移、湿度等信号来感知，为物联网的工作采集、分析、反馈最原始的信息。,通过使用热红外技术，以非接触，低成本的作物冠层温度传感器，实时获取冠层区域的平均温度。接触式传感器获取叶面温度、湿度和植物茎流、果实膨大等特征信息。,1)植物生命体感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,设施农业环境传感器系列，感知温室环境空气温湿度度、土壤温湿度湿、光照、CO2、露点等信息。,2)环境感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,有线、无线版本温室娃娃,实时获取、传输感知信息定时播报环境参数,2)环境感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,有线、无线两种模式适用于设施农业环境监测,远程田间环境、图像信息监测系统，同时集成高清图像及双向语音对讲，达到大田作物生长环境多态信息测量。,2)环境感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,电容式土壤水分传感器,土壤水分温度一体式传感器,农业墒情监测设备，电容式土壤水分传感器、土壤水分温度一体式传感器、多剖面土壤水分监测设备等，集成多种传感器，监测农业生产环境水分状况，为建设节水农业提供数据支撑。,农业墒情自动监测系统,2)环境感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,针对水质光学传感关键技术，研究溶解氧检测方法，进一步结构性能优化，达到传感器稳定性、一致性与防水性；集成到水下移动监测平台上进行水下移动检测。,2)环境感知产品,二、农业物联网关键技术和产品,网络传输对于物联网系统“物物相连”和应用服务的衔接至关重要，是不可替代的关键技术。农业物联网信息融合、知识发现、异构网络接入等技术，以及低功耗、低损耗是当前研究的重点。,二、农业物联网关键技术和产品,3、网络通信技术和产品,二、农业物联网关键技术和产品,3、网络通信技术和产品,（1）有线传输,有线传输主要以光纤、双绞线和同轴电缆为传播介质，稳定性强。,现场总线技术（Fieldbus）：负责现场传感器、控制器、执行设备之间数字通信，以及与高级控制系统之间信息传递。,建立在现场总线技术基础上的现场总线控制系统（FCS）具有开放性、可互操作性、常规控制功能彻底分散、有统一的控制策略组态方法的新一代的分散型控制系统。,二、农业物联网关键技术和产品,（2）无线传输,无线传输接入方式灵活、不易受地域、人为因素干扰、适合野外测量等优点使无线传输逐渐成为农业物联网信息传输的主要手段。短距离无线传输（蓝牙、ZigBee）主要应用于设施农业生产长距离无线传输（GSM/GPRS，3G）主要应用于大田农作物生产。,农业生产是一个开放的环境，农作物的不同种类、同一种类的不同品种在生长过程中所需的环境条件不同，同时动植物是具有不同特征的生命体，在不同的生育期，同一生育期的不同时间，对环境条件也有不同要求，因此农业生产是一个复杂、多变、系统化的工程。对获取的传感数据根据不同作物（动物）、不同品种、不同生育时期、昼夜生长规律，进行分析、处理、决策，因地制宜、因时制宜，以适应多变环境和生命体个性要求，作为对环境调控的依据。,二、农业物联网关键技术和产品,4、信息处理技术和产品,特点完善的知识库、高度智能化的推理机制；专家知识涵盖范围广、多维度的知识分类；比一般的计算机信息系统更突出专业农业知识与推理判断的作用。,基于农业专家知识，能模仿农业专家进行推理决策，将多项农业技术和知识进行高度集成，为用户提供品种选择、肥水管理、病虫草害防治、农艺管理等生产技术咨询和决策服务。,二、农业物联网关键技术和产品,4、信息处理技术和产品,（1）农业专家系统,田间生长状态情景感知系统，通过ContexAware软件系统，在统一软件内嵌入三维场景、图像显示、数据融合、管理控制三个界面，实现基于感知数据的综合计算分析。,二、农业物联网关键技术和产品,（2）田间情景感知计算分析,二、农业物联网关键技术和产品,5、自动控制技术和产品,农业智能控制设备具有对室内外环境数据（温度+湿度 T&H 可选）的实时测量、显示、存储以及对现场环境调控设备（包括正反转型、开关型）的条件控制，同时还扩展了多语言、多控制条件、多模式以及历史数据查询等附加功能。,根据用户设置对天窗、遮阳网、保温被等双向调控设备及湿帘、灌溉、照明、风机等开关调控设备在多控制条件下进行自动调控。,二、农业物联网关键技术和产品,（1）温室控制器,4路流量输入，40路控制输出，流量控制或定时控制.,以非接触式射频卡为存储介质，系统通过刷卡输出控制信号，用来控制打开阀门，实现自动计费。,智能卡节水控制器,手机无线灌溉控制器,低功耗用水记录仪独立灌溉控制器远程灌溉控制器无线灌溉控制器,直流灌溉控制器EP80,二、农业物联网关键技术和产品,（2）灌溉控制器,三、农业物联网的解决方案,1、种业物联网环境监测 监测生长过程，测算最适宜的温度、光照强度、水分、土壤的酸碱度、二氧化碳浓度等，定性、定量获取品种最佳生长环境状况，针对环境制定不同栽培技术和养殖技术播种面积检测 通过卫星遥感技术检测作物播种的疏密程度，确定较为精准的制种面积数据，初步估算正常生长状况下作物产量作物性状监测和产量估测 基于生物产量和叶面积具有很好的线性关系，研究基于传感器技术实时获取作物性状与生长态势，达到快速、经济、客观、准确的估计作物产量农产品质量追溯 研究新品种流通过程定点监控，实现智能溯源，进一步确定新品种品质，并保护新品种在流通中不被假种子所代替。,三、农业物联网的解决方案,2、设施农业物联网研究设施农业物联网专用感知器件的低功耗、低成本、微型化实现方法和技术；通过控制和执行系统，研究基于设定的条件、参数进行温室的施肥、灌溉、开闭门窗、升降温和光照调整等自动控制技术；研究适用于农业环境的无线供电模型，探索农业传感器电源的无线传输模式；研究农业物联网传感器应用环境的风能、太阳能、波浪能、谐振能等能量的实时、快速获取和转化技术。,三、农业物联网的解决方案,3、大田物联网苗情监测与节水灌溉物联网研究大田环境自动监控系统，实现农作物形态、营养、水分、温度等农业数据采集和自组织传输，根据土壤墒情进行自动按需灌溉，从而达到节约农业用水的目的；针对大田农业物联网苗情监测面积大，监测周期长，感知节点众多的特点，研究传感器节点优化部署方法，开展基于农业物联网实时感知数据改进现有农学模型方法的研究。,三、农业物联网的解决方案,4、禽畜养殖物联网监测控制畜舍环境和养殖园区环境信息，使养殖场能够保持通风、温湿度适宜、空气质量状况良好，还可用于动物身份识别，对动物个体每天的饮水量、进食量、运动量、健康特征、发情期等重要管理信息进行记录与远程传输，实现动物疫情预警、疾病防治及健康养殖管理。,三、农业物联网的解决方案,5、水产养殖物联网 对水质环境PH值温度、水位、溶解氧等环境参数进行实时监测、跟踪、传输和控制，提高水环境质量，杜绝泛塘，减少病害，增加产量，节能减排。,三、农业物联网的解决方案,6、农产品质量安全监管与溯源物联网 针对现今农产品中出现的质量安全问题，利用RFID技术、二维条码技术、组件技术、地理信息技术和无线及有线网络信息传递技术，通过标识编码、标识佩戴、信息录入与传输、数据汇总、分析和查询等，实现各环节一体化全程监控和预测，从而能够对农产品安全事件进行快速、准确地溯源和处理。,三、农业物联网的解决方案,6、农产品质量安全监管与溯源物联网,四、农业物联网应用,自动通风,自动滴灌,自动遮阳,CO2 气肥,自动喷灌,自动补光,1、种植智能化控制应用,2、水产养殖智能化控制应用,利用手机远程控制,四、农业物联网应用,3、生态养殖智能化控制应用,空气温度、湿度、HN3、H2S传感器,无线控制器控制通风和水帘,养殖场环境监控牲畜生长全程监控温室环境监控专家服务系统智能化管理服务视频监控企业远程管理服务,四、农业物联网应用,4、手机远程监测与控制管理,四、农业物联网应用,5、植物生长监测与管理,植物叶绿素测定仪,植物营养测定仪,果实糖分测试仪,果实硬度,叶片面积测定仪,叶片厚度测定仪,种植管理主要监测农作物的长势（行为），根据长势进行管理采用移动式传感器，每个区域选择标本，进行监测，通过测定植株的生理变化参数，反应农作物的生长状态，根据生长状态调节水、肥、气等种植手段。监测的内容：果实硬度、糖分、叶片营养状态、叶绿素、叶片面积、厚度、光合作用等,四、农业物联网应用,6、动物饲养监测与管理,种苗管理从种苗引进或者孵化开始建立动物身份档案，每只动物都有唯一无线射频身份识别标签（RFID），RFID将伴随动物个体的整个生命周期。饲料管理管理饲料的采购、投喂和存储，监控饮水水质饲养管理根据不同动物不同的生长阶段科学选择合适的饲料及控制饲料投喂的量疫苗接种管理及疾病监控预警详细记录每一只动物的育苗接种情况，发现病疫及时隔离并发出预警，详细记录每一次疫情及其处置办法,禽类RFID脚环,畜类RFID耳标,RFID读写器,四、农业物联网应用,五、农业种养殖专家系统,专家系统提供模型对照,专家系统提供模型分析,专家系统提供健康状况计算与记录,员工工作情况分析,植物专家系统包括：农作物生长模型、病虫害预警模型、成熟度预报模型、产量模型等；养殖专家系统包括：禽畜适宜生长环境模型、行为模型、疾病发生环境模型等。,各模型结合环境监测与记录的数据，分析环境是否适合作物、禽畜生长，病害的发生概率，发育成熟情况，预计产量，从而指导农场的种植与养殖,通过模型计算出监测的农产品和禽畜的健康指数，为农场与消费者提供消费品的质量参考标准。,建立员工工作甘特图与设施单元甘特图，对员工操作与设施单元操作进行科学记录分析,五、农业种养殖专家系统,专家分析系统,种植专家系统结构图,结束语,由于农业和农村的地域性差别性较大、发展极不平衡，任何一种解决方案都不可能适合所有用户和解决所有问题。解决问题的关键是根据自己的实际情况，找出适合本地的解决方案和手段，为新农村建设和解决“三农”问题做出贡献！,Thank You!,