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农产品种养殖环境监控及追溯系统应用模式

kumb 综合案例 2021-04-28 13:35:15 80 0

(九江市晨晖农业发展有限公司)

一、 企业基本情况

九江市晨晖农业发展有限公司(简称晨晖农庄),是专业从事农业生态循环开发和一站式为 会员服务的现代农业企业。公司于2012年10月开建,地址位于九江市都昌县春桥乡朝阳村,规划种养总面积2500亩。其中有机果蔬种植基地1200亩、林养鸡基地300亩、淡水养殖水域800亩、生猪养殖基地200亩。规划总投资2亿元,目前已投入4500万元。其中信息化预投入500万元。

农庄拟通过设施化种养和工厂化育苗,利用产业结构促进资源循环利用,依托环鄱阳湖区域 的良好生态环境,生产出新鲜、安全、营养和健康的有机果蔬、禽、畜、蛋和绿色淡水产品,并通过全程冷链配送至周边、长三角和珠三角城市会员家中。

二、 模式应用情况

(一)基本建设情况

1. 智能化园区安全管理:入侵检测系统、视频监控系统公共广播系统、园区一卡通。

2. 大棚基地建设面积100亩。可实时远程获取温室大棚内部的空气湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像,通过模型分析,可以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,该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向管理者推送实时监测信息、报警信息,实现温室大棚信息化、智能化远程管理。

3. 林养鸡基地面积300亩。实时将养殖环境参数传输到物联网应用层,采集鸡舍内的空气温度、空气湿度、氨气和光照度等参数,建立养殖区电子围栏,通过平台提示和短信提醒两种方式实现实时监控。

4. 生猪养殖基地200亩。实时对猪舍环境智能监控,要分别对分娩室和保育室安装C〇2、NH3、H2S、温度、湿度传感器,进行环境的在线监测。

5. 配送运输设施及运输环境监管模块,让用户直观看到环境信息,包括空气温度、空气湿度等环境参数值,并可以直接远程控制,实现信息共享。

6. 利用先进的RFID无线射频技术实现农产品的安全质量溯源系统,可以全过程追溯农产品所有环节详细信息,消费者使用手机终端可直接查看农产品环节信息。

(二)物联网技术及产品使用情况

物联网指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交 换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

项目部分产品表如下:

序号

产品名称

型号

备注

1

温室采集设备

NXT-A2-16G1

实时采集空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、二氧化碳和光照度

2

鸡舍采集设备

NXT-A2-34G1

实时采集空气温度、空气湿度、氨气和光照度

3

远程控制装置

NXT-B2-14G0

远程控制温室卷帘机、通风、灌溉;

4

高清网络球机


高清红外网络高速智能球18倍光学变倍,12倍数字变倍,可远程360度调节视角

5

物联网软件平台

NXT

通过电脑监测温室环境数据和作物长势,农业专家给予远程农技指导,实现温室大棚的智能化管理1、实时监控2、数据分析3、综合管理4、农业知识5、在线诊断

6

客户端软件

NXT

通过手机客户端查看温室环境数据和作物长势,经过对作为生长态势分析,实现智能化管理,安卓版客户端1、实时监测2、远程控制3、视频诊断4、农业知识

(三)物联网技术应用解决方案

本模式自2014年开始,计划实施期限为3年,分三期完成。

1. 监控功能系统:根据无线网络获取的植物生长环境信息,如监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配,如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥等自动控制。

2. 监测功能系统:实现自动信息检测与控制,通过配备无线传感节点,太阳能供电系统、信息采集和信息路由设备、配备无线传感传输系统,每个基点配置无线传感节点,每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配,如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息。

3. 实时图像与视频监控功能:农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络,通过多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员而言,仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控为物与物之间的关联提供了更直的表达方式。视频监控的引用,直观地反映了农作物生产的实时状态,引入视频图像与图像处理,既可直观反映一些作物的生长长势,也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以提供更加科学的种植决策理论依据。

4. 主要功能:数据采集,数据处理,数据通信,信息查询,数据管理,泵站控制,预防报警,作物生长环境参数(土壤水分、养分、空气温湿度、光照、辐射、C〇2、风速、风向、雨量等)实时采集和监控信息采集等。

5. 信息传输:分布式传感器信息汇聚各个节点,各个节点采用优化ZigBee技术适于环境多跳,自组织通信技术,连入互联网每个节点信息可以通过有线或无线传到主控室,传输距离远,功耗低,安全可靠。

6. 信息控制:模块分为手动和自动模式,集合了工业技术的成熟稳定、界面简单易操作、防水防潮等特点,自动控制系统以强大的通讯网络作为无线通讯平台,采用统一的人机界面、灵活方便的操作方式实现完善的功能,系统结合了传感、遥测、通讯、计算机、自控等技术,可以各类传感器信息高效的实现渠系和管道水利远程控制、泵站自动控制、泵站能效监测、卷帘补光、开窗降温、风机控制、遮阳控制等。

7. 系统功能简述

大棚环境监测:种植大棚环境监测包括大气温度、湿度、气压、照度、二氧化碳等。

大棚土壤监测:土壤监测主要包括土壤温度、土壤水分等监测。

电子图片监测:电子图片监测系统包括高清摄像机、前端图像采集器、无线网桥等。

无线设备控制:无线设备控制系统主要包括水泵、喷滴灌、侧帘、顶帘、湿帘、风机等。

种植过程管理:系统有种植信息、施撒信息、采摘信息等。

养殖过程管理:系统有身份信息、词养信息、清扫信息、防疫信息、治疗信息等。

仓储环境管理:系统对入库、出库信息及仓储环境实时监测及控制等。

安全追溯系统:系统根据种植、养殖过程信息、仓储环境实时监测信息及农产品包装出库信 息等,打印二维码标签等。

专家查询系统:链接平台服务器的数据库,收索你所需要的信息,或递交相应的问题,等待 回应等。

环境监测传感器部分:大气环境是影响农业生产的重要物理因子之一,也是常被人们所忽略 的。环境温湿度及气压不仅影响大棚环境状况,还影响种植、养殖对象的生长发育,对于种植大棚通过对环境的观测,与土壤的温度、水分的含量是否符合等比级曲线模型,使环境得到有效的控制;对于养殖大棚通过对环境的观测,与氨气浓度等是否符合等比级曲线模型,使环境得到有效的控制。本系统采用无线数据采集器,24小时全天候实时监测种植、养殖环境参数及土壤参数。

采集数据包括大气温度、湿度、气压、照度、二氧化碳、氨气、土壤温度、土壤水分等。

在农业物联网项目中农业大棚采用组合式传感器:

前端数据采集部分:前端数据的采集是整个系统的前沿部分,是整个系统的基础。系统将前 端的农产品生长环境参数、信息实时搜集,将数据实时传输给中继器。前端数据采集设备采用无线多路采集器;

网络传输部分:网络传输主要承担将前端数据采集器过来的数据传送给服务器,并接收服务 器下达的指令提供给控制器,是整个系统数据的传输主干道。前端数据传输设备采用无线中继器;

无线控制部分:现场采集到的数据通过平台分析,与系统设置的阀值进行对比,参数超出阀 值后下达的指令,自动打开相应设备。

控制系统部分:

通风控制:自动控制原理:由室内传感器采集温室内部的上、中、下三部温度值来进行模糊 计算出温室内的温差值,如果温差值过大,则自动开启循环风机。同时采集温室内的湿度值,如果湿度值偏差过大,也自动开启循环风机,以平衡温室内的湿度偏差值。手动控制:新风换气机可由电脑操作人员通过控制进行人工操作,也可以进行定时通风来达到通风换气的目的。

温度控制:自动降温原理:夏季采用自然和强制通风降温的方式进行降温。由监控仪根据目 标温度与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算。先开启顶开窗系统进行自然通风调整温室内的温度,经过时间判断后,如果温度值还不能降低,再开启侧窗系统。如自然通风不能降低温室内的温度值,则由电脑关闭自然通风,采用强制通风的方式来控制室内湿度。强制通风原理:通过延时计算关闭天窗,其次关闭侧窗。开启湿帘外翻窗,然后开启风机,进行温度判断,如果温度还下不来,则开启湿帘水泵,如温度还降不下来,则计算机会开启温度过高报警,提示用户需增加降温设备。说明:上面所有的控制过程都配有延时和稳定判断时间和动作稳定时间,以保证温室设备不频繁进行开启关闭动作。更好的保护温室。

自动升温原理:冬季采用暖气加温或地源热泵中央空调系统的方式,由监控仪根据目标温度 与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算,通过调节暖气恒温阀的开合度来控制室内温度。

滴灌控制:在传统种植模式里,给果蔬浇灌全部采用人工完成,费时费力。本系统可根据果 蔬需要进行自动灌溉,管理员也可以根据系统提供的实时参数判断种植大棚是否需要灌溉,并通过远程控制系统进行灌溉控制。

顶、侧帘控制:一般种植大棚种植珍贵季节性果蔬,随时需要调节保温、遮阳、通风等设备, 这样种植大棚内虽然不会造成了能源的浪费。将被控制与无线控制器连接后,可根据大棚环境实际需求开启和关闭设备即保证大棚果蔬健康生长也节约了能源。

补光控制:自动控制原理:在光照较高时,计算机通过室外气象站系统采集的高灵敏度光照 值,与计算机设定的控制目标进行对比,如高于计算机设定目标值,则自动展开外拉幕,进行遮光。如低于计算机设定目标值,则自动收拢外拉幕定时控制原理:可以由监控仪定时进行遮阳,也可以由工作人员通过监控仪操作。

水肥一体化控制:水肥一体化控制子系统由水肥一体化控制算法和现场控制器组成。水肥一 体化控制算法依据用户设置的灌溉施肥策略,参考相应传感采集信号值,自动运行灌溉施肥的精准控制,促进作物生长,同时省工省水。水肥一体化控制系统的控制箱,将相应传感器信号通过现场设备控制,同时将设备运行结果上传给中继器----云端服务器,完成水肥精准控制。

视频监控系统

农业大棚视频监控系统一全面负责植物生长的态势,兼管园区的生产和安防的功能,他由网 络摄像机、前端视频采集器、无线网桥、硬盘录像机组成。主摄像机采用高清网络一体机(球机),安装在大棚内,主要观察植物生长的态势;副摄像机采用红外网络摄像机,功能是生产及监控,主要安装在出入口、道路和周界防护地带,所有视频信号进行图片高清上传、监视、录像,服务器对上传的画面进行图像处理、分析,实现作物生长状态观察及病虫害监测和诊断。

应用平台部分

采集到的数据通过终端设备展示给用户,使用户能够了解生产基地、生态园实时的信息。用 户可以通过各种终端如个人电脑、手机、手持终端、触摸式一体机等实时了解农业大棚环境信息及控制操作。

(四) 经济效益

1. 生产效率提升

实现了生产管理的远程化、自动化。生产管理和流通过程更加快速、高效,提高了单位时间 的生产效率。同时,还实现了生产管理的精准化,提高了单位面积、空间或单位要素投入的产出比率,即提高了投入产出效率。

2. 循环流转成本降低

实现了农业各循环流转环节的远程化、数字化和智能化,使得农产品信息发布和对接更加便 利,甚至可以实现农业生产与电子商务的直接对接,既为减少其循环流转环节提供了重要契机,也为降低循环环节中信息的不对称性提供了有力保障,从而为农产品交易成本、代理成本的降低提供了较大空间。

3. 能源资源的成本节约

能化减少了农业从业者到达现场的必要性,为降低基于人的实体流动而产生的能源资源消耗 提供了条件。

4. 农产品经济附加值的增加

农业生产和管理精确可控,肥料和水等用量精确科学可控,而食品安全溯源技术为农产品安 全的全程溯源提供技术保障,从而农产品质量安全得到保障,经济附加值得到提高。

(五) 实施亮点

1.保护生态环境。

农业物联网技术改变了过去基于感性经验的农业生产管理方式,通过精确、科学的数字化控 制手段进行农业生产和管理,可以有效避免用药、施肥、灌溉等行为的过度化和滥用,从而避免对生态环境的破坏,起到保护生态环境的目标。药物的滥用会导致对农业生态系统中其他生物的生存带来危机,肥料的滥用会带来土壤结构失衡和环境污染,过度灌溉则会导致土壤的板结和盐碱化。基于精确数字化控制的物联网农业技术的应用,可以避免和减少这种生态环境破坏问题。

2. 保障食品安全。

农业物联网技术的应用实现了农业生产管理的精准化,可以有效控制投入的化肥、农药和词 料添加剂等危害健康的物质残留问题。流通环节的智能储运技术为农产品的保鲜和防腐提供了技术支持,而食品安全溯源技术更是为食品安全监控提供了保障。所以说,农业物联网技术的应用可以有效保障食品安全。

3. 节约能源资源。

农业物联网技术所带来的能源资源节约除了具有节约经济成本的经济效益外,从能源和资源 保护的视角看,也具有积极的社会效益。

4. 精确农业产出的预测和统计,引导农业产业结构平衡发展。

农业物联网技术通过应用遥感技术进行产量预测,通过将传感器件集成到机械装备上可实现 精确测产,使得农业产业产量预测和精确测产技术得以广泛应用,有助于引导产业结构平衡发展,避免因信息不对称所导致的产业结构失衡等问题。

5. 实现“人”的“在场”解放。

农业物联网技术实现了农业生产管理的远程化和自动化,减少了农业从业者到生产现场进行 作业的必要性;而农产品智能储运技术也使流通环节的从业者的“在场”参与必要性大大减少。

附:

1.晨晖农庄规划效果图

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2.设施农业物联网监控和服务系统技术路线图

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3.农业物联网系统图及设备图

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物联网系统分布图


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常用传感器

4.晨晖农庄基地部分实图如下:

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晨晖农庄俯瞰图


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蔬菜大棚


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采集设备

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部分实时监控图

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控制柜

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