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1、2022年现代化智慧农业解决方案 现代化才智农业解决方案 第一章 概述 （一）前言 在农业生产过程中，农作物的生长与自然界的多种因素休戚相关，其中包括大气温度、大气湿度、土壤的温度湿度、光照强度条件、二氧化碳浓度、水分及其他养分等等。传统农业作业过程中，对这些影响农作物生长的参数进行管理，主要依靠人的感知实力，存在着极大的不精确性，农业生产也就成为一种粗放式管理，达不到精细化管理的要求。随着科学技术的发展，伴随着城镇化改革的进行，在农业生产过程中，越来越多的劳动力被解放出来， 劳动力成本不断增加，传统农业无法进一步的发展，也渐渐滞后于社会的发展。因此，对传统农业的要求在不断提高，将先进技术应用
2、于农业将得到广泛推广，才智农业随之产生。 （二）、才智农业发呈现状 1、政策方面 以建设现代化农业为着力点，以实现农业增效、农夫增收为目标，以提高增效为核心， 以提高农业产业化水平和增加农业综合生产实力为主线，大力发展特色农业、绿色农业、科技农业，加快推动农业全面发展，努力实现我国农业发展的新跨越。 2、技术方面 随着物联网技术的不断发展，越来越多的技术应用到农业生产中。目前，远程监控系统、无线传感器监测等技术日趋成熟，并逐步应用到了才智农业建设中，提高了农业生产的管理效率、提升了农产品的附加值、加快了才智农业的建设步伐。 3、应用方面 目前，利用基于云计算核心的 GPRS 模块，采集农业生产
3、信息，通过云计算中心或短信进行简洁设置后即可将任何设备的数据传输到农业云管控平台，并可通过农业云管控平台下发限制指令，以帮助农夫刚好发觉问题，并且精确地确定发生问题的位置，使农业生产自动化、智能化，并可远程限制。 温室大棚在不相宜植物生长的季节，能供应生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因此对种植作物生长环境的要求要精确的多。大多数农户加温、浇水、通风等，全凭感觉。人感觉冷了就加温，感觉干了就浇水，感觉闷了就通风，没有科学依据。农业进入信息化时代后，对温室内部的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度及光照等农业环境信息的采集也越来越重视。因此，将物联网技术引入
4、温室大棚中来，实现温室种植的高效和精准化管理。 （三）需求分析 本方案研发的基于云计算核心的物联网才智农业限制系统将全部限制终端连接到云计算服务器，云计算中心服务器采纳多端口、多进程、多线程复合通讯技术，能够支持极大量的终端同时连接，并且能够做到实时数据传输与限制。另一方面，可以通过限制中心对不同的终端设备进行协议设置，云计算服务器会将协议透传给终端设备。 1、项目建设是民生所向。目前我国粮食生产实现“十一连增”，农夫增收实现“十一连快”。然而在粮食连年丰收的背后，我国农业持续发展的压力明显加大，通过推动农业智能化建设，加快农业发展方式的转变，从依靠拼资源消耗、拼农资投入、拼生态环境的粗放经营
5、，尽快转到注意提高质量和效益的集约经营上来。将推动“物的新农村”和“人的新农村”建设齐头并进。农业已成四化“短板”，推动农业智能化刻不待时。 2、项目建设是行业发展趋势。才智农业已成为合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境及农业可持续发展的前沿性农业科学探讨热点之一。才智农业技术的引进和应用会给我国农业发展带来新的机遇,为我国推广、应用和发呈现代化农业起着示范和推动作用 。 3、项目建设为国家农业科技规划及相关政策重点支持发展领域。我国政府部门高度重视我国农业的发展，先后出台了一系列政策，全力支持“十二五”期间我国农业的发展， 并且明确规定，主动调整支出结构，不断加
6、大投入农业物联网建设，主要包括环境、动植物信息检测，温室农业大棚信息检测和标准化生产监控，精农业中的节水浇灌等应用模式。 （四）方案的目的 才智农业发挥在 3G 网络、云计算技术、物联网技术、全球眼技术等方面的优势，主动响应国家号召，参加才智农业建设。供应了从科学育种、农作物精细管理、农作物远程限制到食品溯源、农机定位等才智农业的一系列解决方案。发展才智农业能够加速提升农业科技水平，进一步增加农产品竞争力,实现高效农业，爱护环境、促进农业的可持续发展。 其次章 系统总体设计 （一）系统设计原则 本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今
7、后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则： 1、先进性与适应性 系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作运用简便易行，简单驾驭，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际众多先进技术与一身，体现了当前计算机限制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时系统是面对各种管理层次运用的系统。其功能和配置以能给用户供应舒适。平安、便利、快捷为准则，其操作应简便易学。 2、经济性与好用性 充分考虑用户实际须要和信息技术发展趋势，依据用户现场环境，设计选用功能
8、和适合现场状况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济适用。 3、牢靠性与平安性 系统的设计具有较高的牢靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的精确性、完整性和一样性，并具备快速复原的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行平安。 4、开放性 以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状的发展趋势， 可以消防、防盗、聚光系统实现联动，可实现远程限制。 5、可扩充性 系统设计中考虑到今后技术的发展和运用的须要，具有更新、扩充和升级的可能。并依据今后该项目工程的实际要求
9、扩展功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满意今后的发展要求。 6、追求最优化的系统设备配置 在满意用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。 7、保留足够的扩展容量 该项目设置的限制容量保留肯定的余地，以便在系统中改造新的限制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑将来科学的发展和新技术的应用。 8、提高监管力度与综合管理水平 本项目系统设备限制须要高效率、精确及牢靠。本系统通过中心限制系统对各子系统运行状况进行综合限制，时时动态驾驭监视及报警状况。闭路电视监控大大削减劳动强度， 削减设备运行维护人员；另外，系
10、统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳状况下运行，既可节能，又可大大削减设备损耗，削减设备修理费用，从而提高监管力度与综合管理水平。 （二）系统结构 才智农业限制系统 才智农业限制系统能够将多达几十万台的限制终端同时连接到云计算中心，可以在同一平台下对多个地区，多个限制点进行集中限制，更能够进行大范围综合计算与综合限制。 （三）系统特点 1、基于云计算核心 Wiscloud 才智农业限制系统基于云计算核心，分组限制与用户不须要自建服务器， 不须要固定 IP，只要一台能够上网的电脑/平板/手机即可通过云计算平台对多个地区的多个终端进行限制，全部数据记录在云计算数据中心，数据永不丢失，可以
11、便利的进行历史数据查询与分析。 2、最强的限制实力 Wiscloud 才智农业限制系统终端主机具有 5 个 485 及 232 通道以及 12 个专用扩展通道，核心系统支持线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大量的采集模块，通过云计算中心能够对每个扩展模块的限制通道进行采集限制，单个终端主机可扩展至多达 4096 个 A/D 通道，1792 个 IO，1024 个 RS485 接口以及 512 个 12 位 D/A 通道，具有极强的扩展及限制实力。 3、无需任何编程 Wiscloud 才智农业限制系统终端机采纳触摸屏一体化设计，在施工部署时不须要任何的编程，具有完备的模糊限
12、制理念及限制算法，可以将全部输入输出接口进行随意组合限制，并且可以完全脱离云计算中心自动运行，也可以通过云计算中心进行极端困难的流程限制。 4、开放开放 Wiscloud 才智农业限制系统开放全部限制终端、限制模块、云计算平台接口，软件企业可以用自己的软件对才智农业限制系统进行限制，形成自己的软/硬件自动化限制产品， 物联网及自动化限制企业可以将硬件接入到才智农业限制系统的云计算平台中，通过云计算平台进行实时通讯，实时限制，并可集合大量终端进行综合限制，并能够将历史数据保存到云计算中心。 （四）系统功能 1、基于云计算平台：拥有自己的云计算中心，无需自建机房和数据中心，可以在手 机、平板等随意
13、终端连接到云计算中心，进行高效率的数据运行及运算实力，并可以在云端对全部设备进行设定，实现了随时调用，随时监管，随时限制。 2、系统成本低：省去了 PLC 系统自拉光纤、自架服务器、购买 UPS 和蓄电池等额外的财力消耗，同时也省下了后期昂贵的系统维护费用。 3、限制实力强大：单机可承载 1 万以上的终端连接数量且运行毫无负担。物联网限制终端主机具有 5 个 485 及 232 通道以及 12 个专用扩展通道，嵌入式软件开发时采纳了线程模式，可同时采集多个通道的数据，通过扩展通道可以扩展大，终端主机能够将扩展模块的数据自动打包上传到云计算中心，也可以通过云计算中心对每个扩展模块的限制通道进行限
14、制，单主机通过扩展可实现多达 2048 以上通道的数据采集以及限制。 4、扩展实力强大，扩展便利快捷：可达到无缝扩展至 10 万以上的终端连接数量，独自研发的物联网终端设备的透传协议，使后期新增扩展模块时无需重新编程，模块的通用性强，自带输入、输出、485、Mbus、模拟量采集适应用户的新增需求。 5、稳定性强：一体化开发的自有系统，干脆集成通信模块，信息实时传输、反馈、报警、处理，我们的主机高度集成化，把触摸屏的限制、DTU 和主机的处理部分、以及采集部分、下位机通信部分集成一体，任何节点的损坏都不会影响整个系统的运行，运行更加稳定。 6、人性化服务：支持地理信息系统，触摸屏终端可随时供应动
15、态数据，供应系统运行的评价指标，供应对运行分析和参数预料所需的各种温度、湿度和流量安排的图表，对同类参数进行分析比较，并可进行人性化参数重置。 7、后期运维便利：系统不须要特地维护，一旦发生故障，根本不需像老式系统那样等待专业人员现场编程调试，只需请电工根据操作要求重新安装备选模块即可，傻瓜式操作， 便利快捷，时效性高。 8、兼容性强：能兼容并学习市面上几乎全部品牌的热表、压力表等设备的协议，进行远程操作，无需配备指定设备，利于厂家限制设备成本。 9、服务长久：才智农业管控系统将与公司系统同步升级。第四章 才智农业解决方案 才智云谷基于云计算核心的物联网技术的才智农业，是指充分利用各类 iWi
16、scloud 无线传感器和先进设备，实现现代农业生产的实时监控、精准管理、溯源管理、远程限制和农业信息学问支撑的农业综合智能信息化解决方案。 以开发利用基于云计算核心的才智农业限制系统为主导，对气候、土壤、水质等环境数据的分析研判，系统规划园区分布、合理选配农产品种，科学指导生态轮作。才智农业建设主要包括环境、植物信息检测，温室、农业大棚信息检测和标准化生产监控，精准农业中的节水浇灌等应用模式，例如农作物生长状况、病虫害状况、土地浇灌状况、土壤空气变更 等环境状况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、氮浓缩量等信息的监测。 第五章 才智云谷才智温室管控系统功
17、能描述 在这列举才智温室大棚的解决方案，才智温室大棚限制可以依据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动限制和智能化管理供应科学依据。大棚监控及智能限制解决方案是通过光照、温湿度、二氧化碳等 iWiscloud 无线传感器，实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。 才智云谷基于云计算核心的温室限制系统采纳无线传感器网络技术、基于云计算平台的数据存储与分析,嵌入式技术和传感器技术相结合的方式，精准采集温室内部环境的各项指标， 驱动相应执行器件，如风扇、加湿器、加热器，平稳限制温室内部环境的改变。实现了如下 12 项功
18、能： （一）空气温湿度监测功能 工作人员可依据智能温湿度传感器，实时监测温室内部空气的温度和湿度。测湿精度可达2RH，测温精度可达0.5。并把数据传送至才智云谷农业云管控平台,中心对数据进行分析处理后将数据分发给云计算终端。假如温室内空气湿度小于设定值，系统会自动启动加湿器，达到设定值后便停止加湿；假如温度过高，系统会自动开启卷帘机，然后打开通风系统，直到达到设定的温度值，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。自动调整温室内温湿度，保证作物生长于一个最相宜的环境中，为平安高效生产供应保障。 （二）土壤湿度监测功能 工作人员可依据智能土壤湿度传感器，实时监测温
19、室内部土壤的湿度，并把数据传送至才智云谷农业云管控平台，当土壤湿度低于设定值时，采纳智能限制与手动限制两种喷淋装置来喷水，可以依照温度湿度和其他参数，或者依据植物生长模型对浇灌设备进行开关限制或者进行精准的变频限制、高速计数限制（可以是浇灌精度达到 1 毫升/每小时精度级别）等高效且精准的浇灌限制方案。也可以通过本地或者远程对棚内整体或者局部进行浇灌。监测设备可以将依据水流量等技术参数计算出实际的浇灌用水量，支持实时检测自动闭环浇灌、定时定量浇灌、系统预警等，可实现多种模式下的精确浇灌，达到节能限制与精确限制的完备结合，具有成本低廉、适用性强、操作简洁、部署敏捷、平安性高、扩展性强等优点。 （
20、三）光照度监测功能 采纳智能光照度传感器来实现对温室内部光照状况的检测， 对弱光和强光有较高的灵敏度，传输距离长，抗干扰性强，测量精度高等特性保证了稳定性， 并把数据传送至才智云谷农业云管控平台，植物光合作用须要光照和二氧化碳，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，为植物供应足够的二氧化碳。在弱光的时候工作人员采纳智能定向补光系统，基于植物生长环境光照不足和各阶段红蓝光需光亮差异问题，采纳对应植物汲取峰值波长的红蓝两色 LED 微光源，应用分类限值设置、分段光强检测铬温度检测，精确计算补光量，限制 LED 驱动电流，从而实现低耗能按需精确定量补光。 （四）二氧化碳智能补充系统
21、植物通过汲取二氧化碳完成光合作用，进行新陈代谢产生养分，而空气中过多的二氧化碳含量却反而会抑制作物的生长，通过限制温室大棚中的 二氧化碳浓度可以有效限制植物的光合作用，采纳智能二氧化碳传感器实时检测温室内二氧化碳浓度，依据不同作物所需浓度计算补充量，从而精确限制二氧化碳产生设备的开启与关断，将温室二氧化碳维持在植物生长所需的最佳浓度范围内，达到加快植株生长；当浓度超过系统设定值范围，通过 iWiscloud 二氧化碳传感器将相关数据传送到才智农业云管控平台， 由相关工作人员做出相应限制，也可以设置自动打开与之相连的通风设备，也可增加对作物的光照，使之进行更多的光和作用，从而削减二氧化碳的浓度，
22、为植物生长供应良好的空气含量，提高农产品内外品质、实现增产增收。 （五）安防监控功能 采纳人体红外感应模块，当温室大棚周边有非法人员出现时， 才智云谷监控系统向云管控平台发送信号并报警，短信发送报警信息至用户手机。它检测的最远距离为 7 米，角度在 100o 左右，可对多个农业大棚进行 360 度全方位监控可 24 小时不间断工作，并可以长时间保留监控资料。 （六）远程视频监测功能 基于 3G 无线网络，在温室大棚内每隔 50 米安装一个高清摄像头，实时捕获温室内部的画面，将画面数据传输给才智云管控平台。我们可以通过远程访问的方式来观看温室内部的实时画面，当发觉农作物上出现害虫时，工作人员可以
23、刚好开启自动喷洒农药系统，可以刚好的削减农作物损失；也可以在触屏液晶显示器上看到温室内部的实时画面，农业技术人员可以随时看到植物生长状况。 （七）远程访问与限制功能 采纳云计算远程限制系统，这样用户便可以运用才智云谷主机访问数据，通过操作才智云谷农业云管控平台界面远程限制温室内的执行器件，维护系统稳定。 （八）GPRS 云计算数传模块 才智农业云管控平台接入 GPRS，用户便可以用手机来访问数据，了解温室内部环境的各项数据指标，如温度、湿度、光照度和安防信息等，实现云端限制，永不掉线。 （九）限制参数设定及阅读 对所要实现自动限制的参数如温度、湿度、氧气浓度等， 进行设置以满意自动限制的要求。
24、用户既可以干脆操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置，又可以通过电脑或手机远程式的方式完成参数的设置。 （十）显示实时数据曲线 实时趋势数据曲线可将系统采集到的温室内的数据以实时改变曲线的形式显示出来，便于视察系统某时间段内整体的生长状况。系统可扩充多种记录数据分析处理软件，能进行绘制棒图、饼图，进行曲线拟合等处理，可按 TEXT 格式输出， 也能进入 EXCEL 电子表格等 office 的软件进行数据处理。 （十一）显示历史数据曲线 可显示出温室内各测量参数的日、月、年参数改变曲线， 依据该曲线可合理的设置参数，可分析环境的改变对植物生长的影响。便于对温室大棚运转状况进行分析做出改进
25、，提高温室大棚的生产效率。 （十二）分块限制 实现同一个棚内划区域管理，不同区域种植不同作物的要求，整套系统可以实现每个限制节点实现 2-4 个区域限制区域划分。每个区域有自己独立的限制模型来适应不同的作物。即可以实现每个种植区不同温度，不同湿度，不同气体配置等环境技术指标。可依据用户须要即可以将整个大棚变成一个整体，也可分成多个区域来进行种 植。这样可以实现多环境作物同时培育，也便利一些科研试验的多环境任务要求。对于用户来说可以通过才智云管控平台来监测、查询各分块数据，也可以对个分块进行单独限制和整体协调限制。现场工人和实施人员还可以对各自的限制区域实现手动限制。 第六章 才智农业的意义 （
26、一） 加速提升农业科技水平 我国农业的整体科技水平较低,与世界发达国家还存在较大差距,如传统的浇灌、施肥技术和农药、除草剂的大量施用,不但造成生产成本的提高和资金的奢侈,而且干脆危害人畜健康,污染农产品、环境和水质。因此须要利用能够依据作物生长需求、田间杂草及病虫害分布状况,实现精确喷灌、施肥及定点喷药,削减成本和环境污染的自动限制机械与技术。例如用于除草的喷药机械要求较高的限制精度,能够利用计算机视觉技术进行杂草识别,进而限制喷药的地点与用量。才智农业是以高科技带动的农业科技创新技术体系,对于加速提升我国农业科技水平,促进我国农业现代化进程具有非常重要的意义。 （二） 进一步增加农产品竞争力
27、、实现高效农业 才智农业是质量效益型农业,以优质高效为目标,追求以最少的投入实现优质、高产、高效。我国化肥利用率相当低,仅为 30 %40 %,且氮、磷、钾肥施用比例不合理,中、微量元素缺乏的状况没有得到刚好订正,氮肥损失率高达 70 %80 %,奢侈非常严峻,肥料的增产效益未能充分发挥,养分管理和施肥技术方面的探讨基础更是薄弱。实施智能农业,可在作物田块内,依据特定小区的作物生长潜力投入不同水平的管理 ,提高化肥、农药的有效利用率,降低农用成本和作物中有毒物质的残留量,从而提高作物的产量和品质,增加农产品的竞争力,实现高效农业。 （三）有效地爱护环境、实现农业可持续发展 从我国近几十年的农业
28、发展来看,环境爱护与农业发展间存在着肯定的冲突,且日益严峻。目前中国农村化肥、农药、除草剂、农膜的大量运用已经造成了严峻的面污染,例如过量的化学氮不仅形成大气污染源,且同过量的磷向水体淋溶,形成水体富养分化。实施才智农业可以削减因农业化学物质滥用造成的环境污染,是保持农业可持续发展的有效途径。 （四）有利于促进农夫生产观念转变、生产技术和素养的提高 才智农业使农业劳动力的就业结构发生改变,从事密集型农业生产的劳动力渐渐削减, 农夫的学问结构也将从根本上得到变更,这是突破千百年来形成的传统耕作观念的关键之一。我国农夫几千年来在小块土地上经过密集型劳动生产的投入和丰富生产管理阅历的积累而形成的“传
29、统精耕细作”技术,也可以在小块农田内达到很好的经济产量,只是没有现代科学方法的定量探讨和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。现代农业技术与电子信息技术的发展,使定量获得这些影响作物生长因素及最终收成的空间差异信息、实施基于学问和现代科技的分布式调控、达到田区内资源潜力的均衡利用和获得尽可能高的经济产量成为可能。智能农业技术可显著提高耕地的生产潜力,节约良种、化肥农药、能源和劳力的投入,并获得良好的经济效益。 （五）有利于促进探讨开发高新技术在农业领域的应用 才智农业的关键技术是实现采集地块作物收获量分布状况,生成小区产量分布图；依据田间作物生长条件的差别,以及田间土壤类型、水分、肥力、实测
30、的产量分布图、作物栽培模型等,并综合专家学问确定如何操作处理地块内小区间的条件差别,对地块小区产量分布图进行分析,定义须要进行特别处理的区域,分析形成决策方案,生成决策图；依据地块决策图生成限制指令,对变量作业机械进行调整与限制。农业机械的精确定位与变量作业,须要空间信息技术的支持,由于 GPS、GIS、RS 与其他传感限制技术的发展,使变量机械的设计成为可能。如带有谷物产量传感器的联合收割机能绘制产量分布图,带有 GPS 与测量谷物产量传感器的联合收割机能绘制小区产量分布图,这些产量分布图反映了地块小区的差异；用于除草的自动监控喷药机械,能够利用计算机视觉技术进行杂草识别、进而限制喷药的地点
31、与用量；用于灭虫的喷药机械,须要相对定位,可以利用带 GPS 数据采集器绘制地块的病虫害分布图,作为喷药的依据;变量施肥播种机具,能依据土壤肥力的不同,自动调整施肥量,同时也能依据土壤水分、土壤温度的不同,自动调整播种深度。 第七章 总结 才智农业目前已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业，是农业可持续发展的重要途径。在农业等大规模生产方面，如何把农业小环境的温度、湿度、光照、降雨量等， 土壤的有机质含量、温湿度、重金属含量、PH 值等，以及植物生长特征等信息进行实时获得传输并利用，对于科学施肥、浇灌作业来说具有特别重要的意义。它将农业大棚内视频监控、平安防范、环境采集、异样报警、生产管理等功能集于一身，是传统视频监控系统在农业应用上的延长和扩展，通讯手段上的升级和进步，将会是将来农业数字化管理的主要发展方向。 第19页 共19页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页