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农业物联网综合管理云平台

kumb 综合案例 2021-04-23 16:20:11 220 0 农业物联网

(北京瀚景锦河科技有限公司)

一、 企业基本情况

北京瀚景锦河科技有限公司成立于2010年9月3日,企业位于北京市海淀区信息路30号上 地大厦801,公司注册资本1570万元,员工总数100人以内。

基地位于黑龙江垦区超过100万亩以及山西超过2000亩,主要经营范围包含:农业物联网 综合管理云平台、嵌入式产品、专业音视频产品设计、开发、工程实施等

近年来,公司已先后投入上千万元,自主开发了多款产品应用于音视频及物联网领域,其中 系列农情监测产品包括各种农业通用传感器以及面向农业定制开发的VRI1000智能终端产品,并开发了基于云模式应用的后台软件,在支持国家农业技术培训应用、农业环境监测应用、野生物种监测应用、精细农业管理应用、精准节水灌溉应用以及农业自动控制应用方面做出了突出贡献。已经获得软件著作权13项及发明专利8项。

二、 模式应用情况

(一)基本建设情况

瀚景锦河是专业从事音视频相关产品、物联网产品开发、生产的高技术企业。公司主要研发 人员长期从事无线通信领域、音视频编码领域的研发工作,在嵌入式产品、无线通信产品、音视频产品领域拥有较强的设计、研发、生产能力。

目前公司已有自主开发的多款产品,包括适应野外部署的工业级智能终端,满足-40°C〜85°C 的不同温度环境要求,以及便携智能终端、手机终端软件和综合管理系统平台软件、农业专家远程交互式培训云服务平台等,产品应用涵盖黑龙江、吉林、北京、山西、新疆、海南、云南等多个地区。

2011年,北京瀚景锦河科技有限公司自主研制开发的农业物联网智能终端产品VRI1000获 得了北京市经信委主持下的北京市物联网发展专项资金,该产品是一款高性能、高精度、高稳定性、工业级物联网多种信号采集和监控设备,它能完成对各类传感信号、无线采集信息、视频信号采集和工业信号的控制。该产品同时配有视频采集、广播级的H.264视频编码和JPEG2000图片压缩,视频和图片都带有多达256个可远程定制时间的监视点,可为用户提供现场高质量的视频图像和图片信息。终端集成了独立的视频服务器功能,提供了丰富扩展接口,利用ZigBee任意组网,带有GPS定位功能,通过以太网、WiFi、3G、4G网络实现与远程服务器数据通信,交互全部数据带有128位AES加密,保证数据安全,用户可以在Internet网络的任意终端随时随地实时直观感知现场情况,并提供丰富的硬件或软件定制化服务。

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为了配合农业物联网智能终端进行综合管理服务,公司针对农业信息化行业特点研制开发了 物联网智能综合管理软件平台,为用户提供数据服务、开发服务与应用服务及远程监控与管理等多项物联网技术服务。基于Linux平台和Oracle数据库的B/S平台开发,主要用于系统管理、终端设备管理、系统后台用户管理、系统数据存储、系统后台数据智能分析、系统后台数据智能控制、系统图片信息管理、系统视频信息管理和客户门户管理等。整个软件模块化,带有大型数据库,是基于云计算架构部署的系统设计。支持数据分析、统计以及各种数据应用模型加载,包括并支持地理信息应用,实现更高效、更直观的监管效果。

云平台通过设备控制、视频监控、图片采集、传感器数据的采集、云台控制、数据持久化保 存、数据库管理、用户管理、系统升级管理、日志/告警获取、终端配置、数据报表查询和分析、数据图像化分析与比较、智能化数据分析和指导、所有数据第三方分享接口等模块完成对智能农情综合信息化管理和分析处理工作,可根据用户不同需要进行功能配置及二次开发。

统登录

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瀚景锦河智能化农业方案可应用在多种场合,包括野外监控、温室大棚、育秧大棚、园艺大 棚、蔬菜种植大棚等等。其系统示意图如下所示:

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从图中可以看出,智能平台管理3个农业温室大棚,其中1号大棚是使用网线直接连入本地 局域网的,即所谓的有线连接。而2号和3号大棚则是通过无线AP互联的,即所谓的基于NGN的无线通信模式。此种模式下,无线AP与本地局域网之间会串接一个小型交换机,以便为局域网暴露一个无线热点,当再有新的温室大棚需要管理时,仅需假设一台新的无线AP直接与热点绑定即可。

以1号温室大棚为例,阐述一下大棚的内部情况。首先,安装用于探测基本环境信息的5种 基本传感器,分别是空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器以及光照度传感器,称其为小气象参数。

基于小气象参数的传感器会直接布设在VRI1000的周围,与VRI1000直接连接,这里也为 用户提供带支架的小气象站用于放置这些传感器(如图所示,小气象站的优点是便携、易于移动)。但受制于传感器线缆长度的制约,即便使用小气象站也无法把这些传感器移动到距VRI1000较远的位置,同时,温室大棚内的作业面积往往很大,这就需要补充更多的探测点用以更全面更准确地了解当前作业区域的真实情况,这时,需要布设基于ZigBee协议的无线数据采集模块(以下简称ZigBee模块)用于在当前区域采集更多的小气象参数,而ZigBee模块会将采集到的数据通过无线方式传送给VRI1000。这样,在1号温室大棚内,仅使用1台VRI1000便将当前区域内所有监测点的小气象数据收集到了一起。

除了小气象参数外,还可依据用户需要增加其它种类的传感器,例如C〇2浓度传感器、〇2 浓度传感器、pH传感器以及盐度传感器等等。同样,这些传感器会直接与VRI1000连接,或通过ZigBee模块采集后再无线传送给VRI1000。总之,对环境参数获取得越全面,探测点布设得越多,越有助于系统更准确更详细地掌握作业区域的实际情况,从而提升整个农业的响应精度。

VRI1000在获取了众多环境参数后,会把详细数据通过本地局域网发送至数据中心的服务 器,服务器会对收到的数据进行分析与判断,并发出正确的信令反馈给VRI1000,用于温室大棚的自动化控制。例如,1号大棚安装有卷帘电机,微喷电磁阀以及鼓风机等工业设备,它们的执行信号是由VRI1000来驱动的,这些设备动作的依据来自于服务器侧对传感器数据的智能分析。

智能控温

当智能管理平台读取到1号大棚的温湿度升高到某一预设值时,会发出指令给VRI1000,启 动温室大棚的卷帘电机,将温室外的空气迅速流入温室内,用于降低温室内的温度。同时,位移传感器会实时向VRI1000发送当前卷帘的开启程度,这样,智能管理平台可依据实际温度来控制卷帘开启的大小。而当温室大棚的温度恢复到正常阈值时,智能管理平台会向VRI1000发出关闭卷帘的命令,通过位移传感器,系统可了解到卷帘是否已经完全封闭,从而结束关闭任务。

智能控水

当智能管理平台读取到1号大棚的土壤水分持续下降且达到某一预设值时,会发出指令给 VRI1000,启动温室大棚的微喷系统实施智能灌溉,用于增大温室内土壤的水分含量以及空气湿度。同时,土壤水分传感器会实时向VRI1000发送当前土壤的水分含量,给智能管理平台提供依据来调节喷洒水量。当温室大棚的土壤水分含量恢复到正常阈值时,智能管理平台会向VRI1000发出关闭微喷系统的命令,从而结束灌溉。

智能控肥

当智能管理平台读取到1号大棚的光照度或土壤中的氨氮离子浓度下降到某一预设值时,会 发出指令给VRI1000,启动温室大棚的补光仪及施肥喷头的电磁阀,用于为植被补充紫外线和氨氮元素。同时,光照强度和氨氮含量传感器会实时向VRI1000发送当前光照度的含量及氨氮离子浓度,给智能管理平台提供依据来调节光照时间及肥料喷洒量。当温室大棚的光照度及氨氮浓度恢复到正常阈值时,智能管理平台会向VRI1000发出关闭补光仪和喷洒电磁阀的命令,从而结束操作。

1号温室大棚还安装了智能球机用于对作业现场的实时监测,而球机的旋转与调焦以及视频 信号的采集也均是由VRI1000完成。

VRI1000采集到的所有来自现场的数据全部通过局域网传送至服务器,而安装在服务器的智 能管理软件会完成对所有数据的实时处理、分析和储存。用户仅需通过接入局域网的终端设备便可获取到温室大棚的所有信息,包括视频信息、图表信息以及状态信息。同时,如果局域网与广域网实现互联,用户便可实现真正意义上的随时随地的数据共享。

最后,我们为用户提供大尺寸的拼接屏用于数据中心无障碍的信息浏览,这使得管理者或执 行者以及专家技术人员可以更好地完成数据的分析和讨论工作。

瀚景锦河为不同的用户提供了不同的方案配置,以下将对这些配置进行逐一说明。

(二)物联网技术及产品使用情况

公司物联网相关产品与技术在黑龙江农垦的规模化农场进行了一系列项目合作,在水稻智能 化育秧、水稻大田智能精细化管理等方面取得了良好效果,黑龙江农垦共有2500万亩水稻种植面积,黑龙江省共有6000万亩水稻种植面积,公司计划下一步在黑龙江农垦和黑龙江全省进行推广,市场前景巨大,而后进一步向内蒙古、新疆、吉林等大农业省区进行推广。

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2011年公司与山西省农科院果树研究所共同承担了国家工信部物联网行业专项“中国率种质 资源监管系统的应用与推广”,建设适应于国内率种质研究和生产的监管平台,建立相应地区率树生产信息化应用示范验证系统,并不断向全国率树种植园区辐射,部署田间监测设备形成率种质生产监测物联网,实现对率树生产过程的监控,为率树的生产与研究服务。进而,通过本项目实施,解决目前果树生产及研究工作中生产数据积累、生长模型建立、信息共享、监控和预警等问题。探索并发展适合果树种植的信息化应用模式,为今后国内果树生产和研究领域的物联网应用发展积累经验并奠定基础,立足于农业和目前发展的试点,逐步把产品和方案推广到全国农业科研生产领域。

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与果树所合作的山西省果树高效节水灌溉示范园区建设项目,在建设果园高效节水灌溉工程 的同时,对现有灌溉设施进行更新改造,实施节水工程配套,将该系统与整体的物联网系统融合到统一平台,有利于提高果树灌溉的数据有效利用,有利于统一调度和管理,有利于提高管理水平,有利于信息化建设,有利于产品维护,更有利于节省资源,使项目区成为高标准节水灌溉技术集成与水肥耦合配套展示与示范园区。

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2011年公司与中国农科院植保所合作研发了基于物联网技术的外来入侵植物监控预警平台, 通过采用农业物联网等关键技术,在入侵植物监测数据处理分析系统基础上构建涵盖入侵植物防控工作各主要环节的物联网监控网络及管理服务平台,建设支撑入侵植物监控的物联网综合服务及管理体系,通过精确感知、精准操作、精细管理,实现入侵植物防控工作集监测、预警、指挥功能于一体的快速反应及决策管理,促进工作效率提高、投入产出比增加、劳动力消耗减少、成本降低,取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

2015年公司在配合北京市农业局进行的信息化技术在节水农业中的研究与应用示范项目中, 通过在设施农业生产基地部署VRI1000设备,进行节水农业中的信息化数据采集,同时应用智能终端为用户提供远程控制设备的智能操作控制,实现高效节水智能灌溉的综合管理。

本项目在农业智能监测领域结合传感技术、3G/WiFi无线通讯技术、视频编码技术、自动控 制技术等,开发设计新一代物联网农业智能监控终端设备,实现设施农业生产基地的节水灌溉示范应用,实现监测控制下的科学种植。根据设备所采集到的气象数据及农田土壤墒情数据,结合作物在不同生长阶段对水分的需求,经过系统平台的统计分析功能制定节水灌溉模型,对农作物施行精准灌溉,节约水资源,改善作物生长条件,充分发挥现有节水设施的作用,提高生产管理水平,降低生产成本,提高综合效益。

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VR2000是公司于2015年推出的最新产品,适用于田间移动状态下采集农业信息数据的便 携型智能终端,配合手机App软件可方便地获取GPS、田间温度、湿度、土壤墒情和其他用户感兴趣的信息数据。依据用户需要,可以提供相应配置的各种传感器以实现数据采集需求。

手机App也可以独立运行,远程访问部署在其他地点的终端状况。通过系统平台软件提供的 服务,可以实现对远程设备维护、访问、操作控制,并应用手机的附带功能实现农业应用中某些特定需求。如水稻不同叶龄状态下叶色变化,诊断水稻的养分状态。

总体上,公司的物联网系列产品无论是终端设备或软件管理系统,已经在全国多地广泛部署 并大量应用,具备良好的高稳定性、高可靠性,并且在同类产品中具有明显的价格优势,相对而言能够为用户的项目实施提供良好的经济性。

(三)物联网技术应用解决方案

1.水稻智能化育秧监控系统解决方案

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(1)育秧大棚环境参数的实时采集

系统通过物联网智能采集终端VRI1000对育秧大棚内不同高度空气温度、湿度、光照度,不 同点土壤水分和温度、pH值,以及高清晰的视频和图片等信息进行实时采集,对水稻苗期的生长环境进行监控。

(2) 综合管理平台的数据分析

监控信息通过多种通信方式上传到监控中心的智能育秧大棚综合管理平台,平台对各种传感 数据进行汇总、分析、显示,利用各种控温、控水和病虫害预警等智能决策模型,把决策信息传送到物联网智能终端VRI1000。

(3) 育秧大棚内设施的远程控制

VRI1000接收监控中心发送的决策信息,对育秧大棚内的设施进行远程调控,如微喷设备的 电子阀和卷帘控制器等。用户可依据生产经验设计系统的自动控制流程,当空气温湿度或土壤含水量超出所设定的阈值时,系统会自动调整卷帘及微喷装置,实现通风设施与灌溉设备的手/自一体化操作。

2.农场大田种植精细管理解决方案

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大田生产管理基于物联网技术、GIS技术、农业遥感技术、精细农业技术、模式识别技术以 及现代植保技术等,加强水肥管理,以水调肥、以水调温、以水调气,综合防治病虫草害,运用多因子数据分析手段,并结合不同品种作物生长特性指导生产管理,以实现综合、高效、经济化的管理目标。

(1) 大田数据采集

通过物联网智能终端VRI1000实现所有数据实时采集,并将这些数据发送到监控中心的云数 据平台,对水稻苗期的生长环境进行监控。

(2) 循环节水智能化灌溉

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采集和控制,通过无线传输设备,将 期的灌溉需水规程要求做出诊断,将3.农机精准指挥调度解决方案针对目前农田作业机械管理模式手段,缺少统一的远程监控管理调度平地理信息系统、GPS等关键技术建立挥调度与监控系统,实现对驾驶员、辆的自导航及现场语音对讲、视频、对农田作业机械的远程监控与调度,


监测水层深度,利用物联网智能终端VRI1000实现所有数据 采集的数据实时传输给智能灌溉控制系统,按照作物全生育决策指令传输到田间的各个灌溉控制装置。

中信息技术落后,缺乏实时的农机信息获取、传输以及反馈 F台等问题,瀚景锦河公司综合应用无线通信(GSM/GPRS)、:一套高效、实用、配套、低成本、易维护的农机精准作业指农机具等基本信息的管理、车辆作业状态与进度的监控、车作业轨迹等信息的传输、记录与历史回放等功能。从而实现形成一个与规模化农场机械化水平相符的农机作业管理体系。

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4.农产品仓储智能化管理解决方案

农产品仓储是农业生产的延续,是农业再生产不可缺少的环节。由于自身的生化特性和特殊 重要性,农产品在出入库、存储及中转环节都需要进行严格的质量控制,以确保农产品品质。因此配备先进的自动化作业设备,建立高效的作业流程,配备先进的仓储监控管理系统,成为现代农产品仓储的必然选择。

本系统针对农产品仓储管理的特点,基于物联网技术而设计,通过RFID电子标签实现货物 的自动识别和出入库,利用基于ZigBee的无线传感器网络对仓储过程进行监控,实时获取温度、湿度等环境参数及视频影像,从而构建智能化的仓储环境监测系统,极大提高仓储管理的智能化水平。

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5. 设施农业智能管理解决方案

设施农业智能管理系统结合了最先进的物联网技术、计算机网络技术及自动控制技术,可以 实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像等,通过模型分析,可以根据农作物生长需求,自动控制温室湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备。同时,系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向管理人员、农业专家及农户推送实时监测信息、报警信息,实现温室大棚信息化、智能化远程管理,为农作物提供最适宜的生长环境,为高产、优质、高效、生态、安全创造条件,帮助用户提高效率、降低成本、增加收益。

另外,可根据用户需求及生产方式设计选用可移动的便捷式终端设备,按需求配置传感器及 其他数据信息采集功能,并实时上传管理平台。

6. 农业专家远程交互式培训解决方案

远程交互式科研培训系统利用最新的信息技术手段,为农业科研院所、农业合作社等提供远 程科研交流与培训平台,为学校提供精品课程录播与在线授课业务,为农民提供远程在线培训、答疑和远程指导服务等,改变传统科研培训方式缺乏互动、资源孤立及浪费的现状,把教育和科研资源与农民需求紧密地联系在一起,使各种资源得到有效利用和整合。

农业专家可以在培训教室现场、会议室、家中借助多媒体终端开展讲座或者课程培训,通过 智能跟踪摄像机拍摄教室的授课视频、通过多媒体终端分享PPT文档、演示数据等;农户可以在

分教室中借助大屏幕收看实时视频,也可以在家中使用个人PC等参加讲课或培训;同时,农户 可通过语音、视频和主教室老师讲解的内容进行互动交流,有问题可以通过举手发言装置实时提问,农业专家可以现场答疑。所有讲课和演示的视频资料全部可以录制成视频资料,并且可以通过互联网进行直播和点播。

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(四)经济效益

1. 在农业项目中采用物联网技术,显著减轻人员劳动强度,提高生产及管理工作效率,节省5%-10%的人力开支;

2. 根据环境监测结果精准控制作物的水肥农药使用量,预计每亩可节约成本20%左右,节省资源消耗;

3. 采用物联网技术,能够为农业园区提供更好的农业技术支持,帮助农户种植出品质更加优良的农产品,预计每亩年收入可增加30%以上,提升经济效益。

(五)实施亮点 1.社会效益

(1) 精细化农业生产管理,提升了作业效率,提高了病害防治水平

(2) 促进作物生产的提质、增产、增效

(3) 为规模农业的发展起到带动示范作用

(4) 带动物联网产业发展,加快种植业物联网技术和产品研发

(5) 促进了生态环境良性循环

(6) 促进农业科研技术进步

(7)促进农业生产方式由传统经验型向信息农业型转变

2. 生态效益

农业物联网项目实施过程中不涉及高能耗、高污染原材料及生产过程,采用的高科技的传输 技术都是低功耗、低污染、低排放的环保设备,对周围环境没有任何的损害。同时,农民在应用此技术指导生产的过程中同样不会产生环境污染问题,平台根据实时监测数据,制定科学的农业实施方案,指导农民农药化肥和水资源的投入量,不仅减少了污染,而且节省了能耗,能够显著改善农村土地资源环境,促进生态平衡,生态效益显著。

3. 实用系统

物联网相关产品应用于农业,需要适应农业作业的野外应用环境需求,为农户、农业企业提 供实用、好用的产品是瀚景锦河公司的服务宗旨。

产品主要特点:

(1) 野外应用的产品适应恶劣环境,在东北、新疆部署的产品均实现了常年使用,不需要在冬季拿回室内,符合IP45、IP67等工业标准。

(2) 具有高可靠性、高稳定性,产品在多个省部级农业示范应用项目中已经大量部署,多年来产品及系统运行良好,充分证明了产品的稳定性,能够满足农业实际生产的真正需求。

(3) 具有采集数据加密功能,所有的业务数据、设备维护数据通信完全在加密状态下运行。从智能终端到系统提供的128位AES加密算法可以满足应用的加密要求。用户也可以选择级别更高的256位加密模式,提供更好的信息保护手段。

(4) 为用户提供定制化的解决方案是瀚景锦河的又一个特点,能够完全根据用户实际情况提供实用、经济的解决方案。

(1)整体技术架构图

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(2)物联网综合管理平台架构图

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我们致力于为三农(农业、农村、农民)提供专业物联网解决方案,同时也提供应用软件、微信小程序、手机App、企业网站的开发和跨境电商建站、网络营销等服务,站长微信号(mywit_net),添加后备注“黎辉物联网”,如有相关需求也可通过电子邮件(12tc@sina.cn)与我们取得联系

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