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农业环境与灾害监控物联网

kumb 大田种植 2021-04-15 10:55:47 70 0

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所)

一、 单位基本情况

单位名称:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,其前身为1953年成立的中国科 学院地球物理研究所华北农业科学研究所农业气象组。单位所在地:北京市海淀区;法人:张燕卿;规模:180人;实验基地面积:6000多亩,分布在北京顺义和河南;主要经营范围:农业气象、农业防灾减灾、设施农业、农业物联网技术研发与示范;信息化投入:从上个世纪70年代末开始,研究所开展了农业信息技术应用研究,是国内开展计算机农业应用、设施农业环境控制、农业专家系统和农业物联网技术研发及应用的早期探索和实践者,2009年开始,在河南省开展作物与灾害监控物联网建设,目前监控站点达到40多个,已经初具规模已经具有较大规模且运行良好。在2013年,建成了农业部农业环境重点实验室物联网监控中心。在“十一五”期间,研究所的综合实力在全国农业科研院所中排名第17位、在部属研究所中排名第7位。在优势学科领域共获得国家科技进步奖7项,省部级奖12项,为我国农业可持续发展做出了应有贡献。

二、 模式应用情况

通过该系统,可实现农业现场各种气象与环境数据、图像视频的实时采集与远程传输,用户 可进行远程监控和管理,有效提高了农业环境监测水平,提高了农业环境监测数据的时效性,便于生产者及时掌握农作物、园艺作物、蔬菜、果树生长动态与灾害情况,并进行快速诊断和预警。

(一) 基本建设情况

本项目在研发和推广过程中,通过产学研结合,将研究成果进行转化应用。该系统由中国农 业科学院农业环境与可持续发展研究所进行总体设计与研究,联合北京恺琳科技发展有限公司等单位进行开发与生产,河南省农业技术推广总站、河南农业大学、安阳市农业技术推广中心、滑县农业技术推广中心等用户进行成果的示范应用,实现了产学研的高效结合。北京恺琳科技发展有限公司是国内较早开展农业物联网研发的企业,在关键设备和技术研发、系统运维等方面,参与了重要的工作。目前在郑州、安阳、滑县、新乡等地建立了多个作物与灾害监控物联网示范基地,应用辐射面积达1000多万亩,在作物生长监控和灾害监测预警等方面发挥了显著的作用。

在2009-2013年间,上述主要基地分别实施了道路、电力、通讯等多项工程建设与改造;架 设供电电缆数十公里,完善了基地的供电;铺设光缆十几公里,保证了通讯的畅通。同时,为了提高农民和科技人员的知识水平,先后组织规模培训15次,进行监测站点现场观摩与分析,及设备应用技术培训,先后共有800多人参加。

(二) 物联网技术及产品使用情况

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物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网通过 智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,其结构如上图所示。物联网是互联网的应用拓展,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。本模式架构如上图所示,采用物联网感知层采集农业环境信息再经过传输层和应用层的处理,最终通过WEB的形式展示给用户,实现对监测站点的自动监测数据、科学数据和调查统计数据等农业环境信息的“实时感知-远程传输-集中决策管理”全程数字化、网络化。建设物联网项目所使用的产品功能及来源如表所示。

序号

产品

名称

型号

功能

价格

来源

1

农业环境

远程监测

系统

KL-C

J系

采用嵌入式技术、传感技术、无线传输技术

进行集成,采集作物(小麦、玉米、大豆、

温室作物等)生长环境的主要光、温、水、

气、土壤等数据信息,并定时采集发送,通

过无线移动网络集成连接,实现数据远程传

输至指定数据库服务器。

根据采集作

物的监测指

标定制,从几

万到几十万

不等(具体根

据采集要素

传感器价格

数量、软件系

统最终的工

作效果决定)

北京恺

琳科技

发展有

限公

2

图像监测

系统

KL-T

X-V1

通过户外专业摄像头结合网络通信技术,定

时抓拍固定角度固定位置具有代表性作物

的图像信息,并远程传输、存储图像数据。

3

视频系统

KL-S

P-V2

户外专业摄像头结合网络通信、远程控制等

技术,最终结合网络平台最终实现实时查看

现场的整体宏观情况。

北京恺

琳科技

发展有

限公

4

中央监控

与显示系

统平台

定制

开发

配置多屏幕拼接演示大屏幕、LED显示及

相关设施,作为物联网项目建设成果的展

示、演示、会商中心,为管理者提供便捷的

浏览查看。

5

升降式摄

像系统

定制

开发

实现精确查看现场近景图像情况,实时抓拍

图片信息,并通过对图像、视频信息的处理

为诊断系统提供基础图像、视频信息。

6

数据上报

分析管理

系统

定制

开发

对生产中的一些非设备能监测的数据,通过

人工调查的方式采集,通过该系统把该部分

数据存储到远程数据库当中,主要用于网络

获取与数据共享,为生产管理和科学决策提

供依据。

7

病虫害与

气象灾害

测报系统

定制

开发

主要对生产过程中的病虫害进行测报,建立

长期、中期和短期病虫害预报模型,进行长

中短期的病虫害预报。由农技人员结合病虫

害专家系统进行分析,及时提出病虫害发生

预报和防范措施。

8

作物产量

预测模拟

系统

 

通过对模型分析和专家知识,得到田间管理

措施对策、长势与产量情况,为作物高产制

定合理的生产管理措,提供信息决策服务,

通过信息推送给农户及相关人员指导现实

生产,最终实现高产攻关。



9

基于

WEB的

物联网数

据中心管

理系统平

定制

开发

作为监控物联网构建体系中综合信息应用

服务层,是项目决策管理部门、科研单位、

农户及农技人员等用户服务系统,体现“软

件及服务”的物联网设计理念,是云计算、

云服务的具体应用实现,用户可在世界各地

通过web访问监控站的实时监测数据,方

便用户的使用。

10

智能移动

服务系统

定制

开发

通过移动android终端按照用户需求读取农

业环境实时数据,并将用户所需数据返回给

用户。用户登录后可以根据需求,方便、快

捷的获取所需要的农业环境实时数据、可以

实时的获取图像数据、可以查看数据在选定

某天的各个生产要素的趋势图。

(三) 物联网技术应用解决方案

本模式自2009年开始使用,计划实施期限为10年,可以对作物生产的农情、灾情、墒情等 进行监控,为作物生产管理决策和防灾减灾提供数据支撑保障。

在作物与灾害监控基地中布设农业环境远程监控系统、图像视频系统及升降式摄像系统,对 作物生长相关的数据(包括基本气象要素数据、图像数据、人工测量的作物生理数据等等)进行采集、发送、存储管理,并建设基于WEB的物联网数据中心管理系统平台、智能终端服务系统等,方便用户对数据的访问、查看、分析,从而指导农业生产。

(四) 经济效益

开展了作物与灾害监控物联网试验基地、示范基地等辅助监测点的建设工作,通过监测点的 示范推广作用,5年来,累积在河南省示范推广辐射面积达2300万亩以上,获得总经济效益7.4亿元人民币,农业生产节约成本2%-5%,节约人力5%,增产2%,减少损失3%。项目已成为所在区域作物生长监测管理与生产服务的重要信息来源之一,为保障我国粮食安全提供了有力的技术支撑。

本模式目前已经在河南等地成功转化为实用技术,获得了当地政府的多个招标项目,成熟度 较高。本模式的应用大大提高了农业环境与灾害监控的精准水平,通过轻简化监测技术的应用,提高了工作效率,减少了劳动力投入,且监测结果更客观、便捷、准确。

(五) 实施亮点

本模式率先在大田领域开展物联网的应用,开拓了作物苗情、墒情、灾情、病虫情数字化远 程监测的先河,通过本模式的开展,发现了生产中存在的问题,优化了品种结构,提高了抗灾能力,推动了技术进步,减少了劳动成本,提高了防灾减灾能力,提高了农业精准化管理水平,取得了显著的社会经济效益。本模式采取的运维模式稳定可靠、优质高效,可为其它领域的物联网建设提供借鉴。同时,通过监控技术与诊断模型的结合,提高了管理决策水平,降低了生产者投入,减轻了灾害损失,取得了双重效果。本模式自实施以来,共获得国家专利ii项,注册软件著作权17项,登记成果5项。

附:技术路线图

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