智慧农业物联网平台建设方案,智慧农业物联网云平台

('智慧农业物联网平台建设方案智慧农业物联网平台建设方案20191227001目录第一章概述...............................................41.1项目背景..........................................41.1.1发展现状....................................41.1.2传统农业存在的问题..........................41.1.3智慧农业的概念..............................41.2项目建设原则......................................51.3项目建设的目的....................................7第二章智慧农业系统设计方案...............................72.1总体方案设计目标..................................72.2智慧农业物联网系统组网图..........................92.2.1智能温室组网说明............................92.2.2智能节水灌溉组网说明.......................102.2.3组网方式...................................112.2.4远程操作模式...............................11第三章智慧农业物联网平台介绍............................113.1平台软件.........................................113.1.1平台软件总体框架设计.......................113.1.2平台软件功能...............................133.2智慧农业物联网系统方案设计.......................203.2.1智能控制系统...............................202智慧农业物联网平台建设方案201912270013.2.2传感器与控制设备...........................213.3智慧农业控制系统优势.............................22第四章项目管理..........................................234.1实施计划.........................................234.2实施步骤.........................................234.2.1前期准备...................................244.2.2设备采购...................................244.2.3安装测试...................................244.2.4项目验收...................................244.3系统测试.........................................25第五章用户培训..........................................275.1培训概述.........................................275.2培训原则.........................................275.3培训目的.........................................275.4培训方式.........................................275.5培训地点.........................................283智慧农业物联网平台建设方案20191227001第一章概述1.1项目背景1.1.1发展现状1.1.2传统农业存在的问题\uf0d8生产者规模小，产品不标准，管理措施不统一；\uf0d8劳动力短缺，传统农业管理模式难以为继；\uf0d8对病虫害防治不了解，农药施用的时机、施用的量没有科学依据；\uf0d8对气温、光照、土壤含水量等指标没有科学监测和分析，不能准确把握作物灌溉的时机和灌溉量；\uf0d8不能及时掌握气候变化信息，灾害抵御能力差，损失难以承受4智慧农业物联网平台建设方案20191227001缺少农业科研技术人员的专业指导，缺乏完善有效的种植技术。1.1.3智慧农业的概念智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。智慧农业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、图像等）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。5智慧农业物联网平台建设方案20191227001“智慧农业”是云计算、传感网、3S等多种信息技术在农业中综合、全面的应用，实现更完备的信息化基础支撑、更透彻的农业信息感知、更集中的数据资源、更广泛的互联互通、更深入的智能控制、更贴心的公众服务。“智慧农业”与现代生物技术、种植技术等高新技术融合于一体，对建设世界水平农业具有重要意义。1.2项目建设原则智慧农业物联网平台建设遵循以下几项原则：易用性原则人性化为设计的第一原则，贴近用户需求，简单实用是该系统方案设计的基础，设计开发的产品，能够让用户在经过简单的培训后能快速使用，同时要在节水灌溉的日常管理中发挥巨大作用，产生实际意义。6智慧农业物联网平台建设方案20191227001可靠性原则可靠性设计是系统设计的重要组成部分，贯穿于系统功能设计的各个环节。保证整个系统的能够稳定可靠的运行，用户能够长期使用。时效性原则数据实时采集，阀门、泵站实时控制，实时传输，实时响应，为应用程序层的各类业务操作提供强大支撑。安全性在系统管理模式上，采用多用户/多角色的管理模式，系统登陆密码采用MD5进行加密，每个用户对应不同的系统权限，将维护管理与常规应用分开，避免人为造成的系统故障；最后，系统采用多级日志记录，对控制类、数据访问类、统计分析类操作进行不同的日志记录，方便在产生故障时明确7智慧农业物联网平台建设方案20191227001责任和排查问题。标准型原则该项目采用的智能灌溉综合管理系统所涉及的各项软件开发工具及系统开发平台，均符合我国国家标准、信息产业部、水利部、农业部相关技术规范和要求。1.3项目建设的目的水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。各类传感器可实时监测的温室的环境数据、灌溉状态等，可根据设定的土壤湿度上下限自动完成灌溉任务。根据环境数据自动开启天窗、风机、卷帘等电气设备。通过水肥一体化系统的建设，充分提高科学管理效率，8智慧农业物联网平台建设方案20191227001达到节水、节肥、省电的目的，同时提供生产效率，减少劳动强度，降低人力成本。第二章智慧农业系统设计方案智能农业物联网系统主要是由阀门、水表、水泵、自动反冲洗过滤系统、智肥化施肥机/施肥罐、安全阀、电磁阀、风机、卷帘、气象站、田间管道系统等组成。该系统适合在已建成设施农业基地或符合建设微灌、滴灌、喷灌等要求的地方应用，适用于育苗、蔬菜、水果、大型灌溉等农业工作。2.1总体方案设计目标自动化系统的建设目标是农业灌溉等操作实现无人值守。在系统正常运行后，除去一般性的巡查、巡检等工作外，灌溉的全过程无需人工操作，这就要求所有灌溉需要操作的环9智慧农业物联网平台建设方案20191227001节必须具备自动控制的条件，比如水泵或阀门，而且相互之间具有稳定可靠的通讯路径，以实现远距离的遥控。同时还要求实时监测流量、压力、土壤墒情等运行数据，一方面是获取自动控制的目标参数、过程参数和安全保护数据等，以确保系统的稳定运行；另一方面是为更高层次的管理系统提供数据基础，以实现信息化的管理手段。该项目水肥一体化系统设计主要包括：平台软件、智能温室控制系统、传感器与控制设备等三部分。每个系统通过数据和信息的交互形成一个有机整体，最终达到智能控制和管理的目的。平台软件：对各类数据、信息、业务、应用进行统一管理和维护，能够实时监测整个系统的运行情况，包括手机APP及PC端软件。10智慧农业物联网平台建设方案20191227001温室控制器：控制风机、卷帘、阀门、天窗等电气设备。传感器与实时控制设备：压力传感器、流量传感器、土壤墒情站、电动阀与水泵等。2.2智慧农业物联网系统组网图2.2.1智能温室组网说明该组网图演示的为小面积示范区，每个连栋温室为1个灌11智慧农业物联网平台建设方案20191227001溉区域，1个子系统，该子系统完成对温室内风机、卷帘、天窗、阀门、水泵等设备的自动化控制，同时完成温室内空气温湿度、二氧化碳、光照强度、土壤墒情等传感器的数据采集工作，并把相关数据上传至控制中心，实现全自动化的管理。后续扩建将每个温室划划分为一个子系统，直接接入到控制中心即可，可实现大面积的智能温室水肥一体化管理。2.2.2智能节水灌溉组网说明12智慧农业物联网平台建设方案201912270012.2.3组网方式温室控制器与控制中心采用GPRS无线传输及控制模式，温室控制器与电气设备、传感器之间的连接采用有线连接方式。该种组网方式稳定可靠，可以实现远程控制，可随时随地查看温室的实时状态及实时数据。13智慧农业物联网平台建设方案201912270012.2.4远程操作模式智慧农业的操作模式分为三种。1）全自动模式：根据设定的阀值自动控制开关，无需人为控制和管理。2）定时模式：可人为设置设备开启关闭时间，按照设定的时间，自动完成相关操作。3）手动模式：可以对每个设备进行手动开关。第三章智慧农业物联网平台介绍3.1平台软件3.1.1平台软件总体框架设计平台软件是实现整个系统功能的载体，是系统最终能否发挥效用的关键所在，因此可以说管理软件的好坏决定着项目的14智慧农业物联网平台建设方案20191227001成败。节水灌溉实时监测与自动化控制综合管理系统软件为三层结构，见下图：数据层数据层主要完成各类数据的采集和存储，如土壤墒情数据、气象数据、植物生长数据及各类传感器数据等。该层为底层，主要完成各类数据的自动采集、存储和处理，各类控制指令的发送，各类测控设备的配置和管理等。由开发人员或专业技术人员进行配置和维护，不需要一般操作人15智慧农业物联网平台建设方案20191227001员掌握。应用层该层为核心层，最主要的内容就是灌溉计划的制定和执行。可根据自动采集的气象、墒情等数据，结合人工输入的作物不同生长阶段的需水信息、以往灌溉的经验值等数据，制定出科学合理的灌溉计划。灌溉计划形成后，即由该层的自动控制程序负责执行，按照计划时间点自动发出相应的控制指令，操作泵、阀等设备。在灌溉计划执行的过程中，根据自动监测的气象、墒情等变化情况做出预警，并生成优化和调整方案，人工确定后继续执行。例如：降雨停灌、降雨不足调整灌溉时间或强度、墒情超限停灌等等。适时调整和优化灌溉计划，并提醒后台管理人员，是否按16智慧农业物联网平台建设方案20191227001照新的优化方案执行灌溉计划。界面层界面层为软件设计的最上层，设计目标为科学、美观、易用、易维护。该层可提供丰富的数据分析，实时显示灌区的灌溉情况、土壤墒情参数以及整个灌区的网络拓扑图，可结合FLASH等工具多采用图形界面，能够自动生成各类数据图表。3.1.2平台软件功能应用软件必须是基于B/S与C/S结构风格界面，要采用全图形化设计，支持触摸屏控制，达到操作员会上网浏览网页就会使用应用软件的要求应用软件采用上节所述标准三层结构，底层用C++编程，界面脚本采用JAVA语言，数据库采用MYSQL。应用功能模块包括上述功能结构图中的所有内容，内17智慧农业物联网平台建设方案20191227001嵌集成必要的数学分析模型。3.1.2.1用户管理对使用该系统的用户分成不同的角色（如：管理员、操作员等），对不同的角色授予相应的权限，对具体的用户进行注册时赋予相应的角色，从而得到相应的使用权限。本系统登陆时需要通过身份验证，只有合法用户才能进入该系统，并受相18智慧农业物联网平台建设方案20191227001应的权限控制。从而实现了系统的安全性管理。权限管理：一般系统权限控制到菜单级别，权限管理按照菜单功能对系统权限进行维护；角色管理：维护系统操作所需的各级角色；角色权限分配：给每个角色，赋予相应的功能权限。3.1.2.2设备管理节水灌溉实时监测与自动化控制综合管理系统首先通过系统维护的各类子功能对系统管理的各类设备、通信通道、数据库对象等进行维护。方便用户一目了然理解系统所管理的各类对象。智能温室控制器管理智能温室控制系统是整个项目的核心设备，该功能对系统建设的首部控制器进行管理和维护。主要的信息包括智能温19智慧农业物联网平台建设方案20191227001室控制器编号、智能温室控制器控制范围、通信信道、备注信息等。通道管理通道管理主要对首部控制器、气象监测设备、土壤墒情监测设备、其他数据通信信道进行维护和管理。通过集中化管理，对数据接口进行统一维护。终端管理终端管理可以按设备类别、所对应的首部控制器等条件对所有的终端设备进行维护和管理。数据备份还原为了防止数据库崩溃、系统故障或其他人为原因造成的数据库瘫痪或者数据丢失等问题，节水灌溉实时监测与自动化控制综合管理系统提供安全、稳定、便捷的数据库备份与还原功20智慧农业物联网平台建设方案20191227001能。具有系统管理权限的用户在登陆系统后可以定时或不定时对系统数据库进行备份；当发生任何数据故障、数据灾难时用户无须面对专业的数据库问题而只需要一键点击，即可选择任意备份时段的数据库进行还原。故障管理当首部控制器或各类终端设备在运行过程中出现故障时，系统会根据设定的报警参数进行报警提示，主要包括系统中监测到的一些设备报警以及模拟量的越限报警，对于不重要报警信息可以通过声光方式在监控室显示，对于重要报警信息可以通过手机短信的方式在报警的第一时间发送到相关人员。3.1.2.3灌溉计划灌溉计划主要通过作物种植管理、轮灌组管理、新建轮灌21智慧农业物联网平台建设方案20191227001组、轮灌计划管理、新建轮灌计划、智能控制管理等功能，达到初步的决策支持功能，实现智能化灌溉；该功能是本系统的核心功能，包括制定、优化并执行灌溉计划，并对各项指标进行统计分析。灌溉计划制定周期灌溉模式：周期灌溉模式即定时灌溉模式，选择将要进行灌溉的温室大棚：选择温室阀门，输入开始时间、结束时间及时长，可完成温室内每个阀门的定时开始及关闭，实现周期定时灌溉。自动灌溉模式：选择将要进行灌溉的温室大棚：设置土壤墒情阈值，点击确定，依次类推，完成所有阀门与土壤墒情的阈值设定，即可实现全灌区的自动化灌溉控制。上述灌溉计划自动下发给智能温室控制系统并存储，每到22智慧农业物联网平台建设方案20191227001土壤墒情参数达到设定阈值，系统自动打开阀门进行灌溉。手动灌溉模式：选择将要进行灌溉的温室大棚：手动开启及关闭温室阀门，该灌溉计划自动下发至各智能温室控制器，系统实现手动灌溉。计划优化调整如果灌溉期间检测到降雨（如安装雨量计），在降水量超过设定的限值后系统会参考墒情信息自动调整，减去降水量后重新安排计划并下发并覆盖上次计划。计划执行监控整个系统的运行状况、各灌溉单元的相关数据以及故障报警信息都可以随时监控。计划数据管理系统对于已经执行过的灌溉计划数据，会保存到数据库中，23智慧农业物联网平台建设方案20191227001随时可以对历史灌溉计划数据进行查询。模型参数设置编制灌溉计划用到的模型，需要输入所需的参数数据，然后根据模型分析计算出相应的结果。日志管理日志管理包括登录日志和操作日志两部分。登录日志主要是操作员每次登陆系统的记录；操作日志详细记录了操作员的每一项动作。有了日志记录，可以清楚的看到每个操作员对系统的各项操作轨迹，需要时可以进行各种查询。管理员可以对过期的、无用的系统日志进行清理和批量删除。3.1.2.4实时监控中控室通过远程监控系统采集各现场监控站泵房内的各个24智慧农业物联网平台建设方案20191227001阀门与水泵的控制信号，实现水泵和阀门的远程控制，同时还采集相关的模拟量数据，如蓄水池水位、管道流量、过滤器前后水压、电机电流、电压、墒情、气象等数据。在设备监控界面上直观显示相关电磁阀的位置、状态、是否启用轮灌，正在灌溉的组别，灌溉持续时间、当前系统时间显示等信息。该界面可以对电磁阀的状态统一实时查询；轮灌启动、界面锁定；电磁阀的单独开启关闭、状态查询。界面锁定以后（安全模式），整个界面上操作人员不能有任何操作动作（不能控制设备，只能浏览查询信息），只有通过密码实现解锁才能进行控制操作。灵活控制方式自动控制：系统根据自动生成的灌溉计划在指定的时间自25智慧农业物联网平台建设方案20191227001动打开灌水控制终端进行灌溉，在指定的时间自动关闭阀门结束灌溉。定制灌溉模式：在经验数据库还没有建立起来时，也可以直接定制灌溉计划，在屏幕上直接设置任何一个灌溉系统的任何一个轮灌小区何时开始灌溉，灌多长时间等，系统会根据灌溉设计中的轮灌组分配，自动进行调整合并后下发执行。即时控制模式：可不通过灌溉计划，在认为需要灌水时直接遥控打开或关闭某个轮灌区或水泵。3.1.2.5数据统计数据统计功能查询统计主要通过降雨量柱状图、土壤墒情曲线、气象信息数据查询、阀门实时信息查询、阀门历史信息查询等功能，26智慧农业物联网平台建设方案20191227001同时对各类历史进行科学的统计、分析，融合大数据、互联网及物联网等相关技术，对数据进行充分的挖掘，形成农作物的标准种植信息库，从而达到提高能效、增产增收的目的。（1）环境信息数据实时统计及展示单独查看每个土壤墒情站的墒情过程线，可叠加共同输出墒情过程线并可打印。（2）历史记录通过控制程序界面，可查询相应的历史记录，包括各泵阀的开启、关闭时间，灌溉时长、周期等，以及温室的各类环境数据及土壤墒情数据。数据分析功能统计分析模块的功能设计应以满足灌溉计划、供水分析、方案评价、信息发布等业务需求为目标，统计分析模块的主要27智慧农业物联网平台建设方案20191227001功能包括：灌溉计划统计、水量统计分析、环境信息统计、历史信息统计等功能模块等。3.2智慧农业物联网系统方案设计3.2.1智能控制系统智能温室控制器（首部控制器）本身为智能终端并可独立运行。具备对水源和首部的全自动控制功能，向下能与传感器组网，实现灌溉、温湿度、风机、卷帘等设备的控制，向上也能与控制中心及手机客户端组网，最终实现大面积连片集中管理。该控制系统应能监测水泵工况、水池水位、管道压力、供水流量和电量等参数，并可控制引渠进水闸门、水泵、过滤器冲洗以及施肥阀等。还应具有欠压、缺相、相序、管路失压等28智慧农业物联网平台建设方案20191227001完整的故障监测保护和报警功能。3.2.2传感器与控制设备3.2.2.1土壤墒情工作站每个墒情监测站布置1只土壤水分传感器，埋深40cm，监测作物根系生长土层的土壤水分。本项目中土壤墒情工作站工作模式为应答式，在控制中心或手机客户端的查询指令后按要求返回相应的监测值；墒情站通常情况下无需设置和维护，具备自动采集和本地存储功能，采集不同深度土层的墒情数据后根据预设工作模式传回中控室。29智慧农业物联网平台建设方案201912270013.2.2.2环境数据采集工作站根据温室面积，每个连栋温室安装套空气温湿度传感器，1套光照强度传感器，1套二氧化碳传感器。采集数据实时上传，除自动化管理电气设备以外，还具备温度、湿度告警等功能，通过短信或声光报警的方式通知温室责任人及时处理问题。环境数据采集每5分钟采集一次数据。3.2.2.3电动阀阀门系统因综合考虑使用连续性需求和建设投资，不设旁路及检修阀，因此阀门必须具备手动开启功能，在出现机械或电路故障时能够完成灌溉操作。3.2.2.4肥料选择智能微灌系统的滴灌管出水口很小，非常容易被各种微小30智慧农业物联网平台建设方案20191227001的杂质堵塞，影响到微灌施肥的效果。为此肥料的选择注意以下几个方面：1、必须是全溶性的肥料，溶于水后无沉淀；2、肥料的相溶性要好，搭配使用不会相互作用生成沉淀物；3、施磷肥时尽量通过基肥施入土壤；4、用微量元素时，应选用螯合态微肥，否则与大量元素肥混合使用时易产生沉淀物。3.3智慧农业控制系统优势行业领先：模块化设计，统一的硬件平台，所有对外接口均进行EMC设计。系统设计借鉴电信级和汽车级的先进设计理念，行业领先的智能灌溉解决方案。实时监控：系统支持自动报警、告警分析和设备诊断功能准确定位和诊断故障节点，可实时监控整个系统的运行情况。先进管理：平台采用无线基站的管理模式，整个系统功能31智慧农业物联网平台建设方案20191227001更加丰富，容错能力更强，系统运行更加稳定、可靠、易用。该平台成功解决了目前市场上同类产品的存在的某些缺陷，大大提升设备使用率和系统工作效率，充分降低了人力及系统维护成本。分布式结构：可与上层管理软件对接，向下也可实现灵活组网，接口种类丰富，可同时接入10多种设备，具有强大的灵活性与可扩展性，满足几乎所有节水灌溉场景的需求。第四章项目管理4.1实施计划双方配合良好情况下自合同约定的工作日内完成应用上线。为确保项目的顺利实施，双方建立定期的工程联络会制度，以及时协调、解决各个阶段出现的有关问题，具体细节由双方商定。具体实施范围和计划需与甲方及乙方公司项目进行详细讨论。以下实施计划仅供参考。32智慧农业物联网平台建设方案201912270014.2实施步骤本项目实施步骤如下：项目实施前期准备、需求调研、设备采购及到货验收、系统安装调试、用户现场培训、项目验收、用户培训。4.2.1前期准备前期准备包括：需求调研、需求确认、设备定单处理、设备的生产、设备运输、用户前期环境准备、本集成项目实施相关文档的编写。4.2.2设备采购我方根据本项目合同中的各种硬、软件产品进行采购。并将设备运抵安装现场。客户单位、我方双方代表共同对到货情况进行验收。33智慧农业物联网平台建设方案201912270014.2.3安装测试我方项目执行小组根据设计方案、系统设计方案、应用平台设计方案和实施手册对本项目中的系统设备、应用平台进行安装调试。在安装调试完成后，由客户单位、我方代表进行测试验收。4.2.4项目验收在我方完成本集成项目工程的联合调试后，将由客户单位与我方双方代表共同对本项目的联调结果进行测试，以确本项目是否能够进入正式运行阶段。4.3系统测试系统测试的目的是验证最终软件系统满足产品需求并且遵循系统设计，所以当产品需求和系统设计文档完成之后，系统34智慧农业物联网平台建设方案20191227001测试小组就可以提前开始制定测试计划和设计测试用例，而不必等到“实现与测试”阶段结束。这样可以提高系统测试的效率。系统测试过程中发现的所有缺陷必须用统一的缺陷管理工具来管理，开发人员应当及时消除缺陷（改错）。系统测试流程图项目经理设法组建富有成效的系统测试小组。系统测试小组的成员主要来源于：测试小组。本项目的部分开发人员。35智慧农业物联网平台建设方案20191227001机构的质量保证人员。系统测试小组应当根据项目的特征确定测试内容，系统测试的主要内容包括：功能测试：即测试软件系统的功能是否正确，其依据是需求文档，如《产品需求规格说明书》；由于正确性是软件最重要的质量因素，所以功能测试必不可少。健壮性测试：即测试软件系统在异常情况下能否正常运行的能力；健壮性有两层含义：一是容错能力，二是恢复能力。性能测试：即测试软件系统处理事务的速度，一是为了检验性能是否符合需求，二是为了得到某些性能数据供人们参考（例如用于宣传）。用户界面测试：重点是测试软件系统的易用性和视觉效果等。36智慧农业物联网平台建设方案20191227001安全性（security）测试：是指测试软件系统防止非法入侵的能力；“安全”是相对而言的，一般地，如果黑客为非法入侵花费的代价（考虑时间、费用、危险等因素）高于得到的好处，那么这样的系统可以认为是安全的。安装与反安装测试。系统测试过程域产生的主要文档有：《系统测试计划》。《系统测试用例》。《系统测试报告》。《缺陷管理报告》。37智慧农业物联网平台建设方案20191227001第五章用户培训5.1培训概述用户培训是软件产品安装、部署、实施的一个重要环节，为了使用户更好地掌握和熟练应用该系统，针对本次项目的特点，对管理人员和相关技术人员制定了具体详细的培训计划。5.2培训原则以保证客户的相关技术人员熟练使用该系统为原则，系统出现故障时能准确排查故障的位置并有效的解决故障，再以我们提供的培训资料（培训大纲、用户使用手册、用户演示教程）为指导最终达到培训目标。5.3培训目的针对系统开发内容进行部分关键技术的讲解、并进行现场38智慧农业物联网平台建设方案20191227001安装培训，项目实施人员对技术人员进行进一步安装、配置、调试实际操作培训，使受训人员可以到达独立维护和操作的能力。5.4培训方式1)现场培训工程实施过程中，严格按照实施过程的管理原则，充分保证培训的效果，培训由直接参与此次项目组成员对相关技术人员（推荐两名及以上）进行工程的现场培训，根据用户受训人员的技术现状，并考虑到新系统的复杂程度，我方安排的培训方式如下：2)在贵方的培训基地进行课堂教学。3)在贵方的培训基地进行上机实际操作。4)在用户现场进行系统安装、初始化系统已经调整系统参数时，39智慧农业物联网平台建设方案20191227001对用户进行指导。5)在培训课程结束后，用户可在任何时间通过电话、传真等方式向我方进行技术咨询，我方将有专人负责解答。5.5培训地点（具体地点可在培训前再行商定）培训场地要求具备标准化的设备和条件，如音响设备、投影仪和白板等。40',)