智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)

智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)精細農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)，主要通過溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測試儀、自動噴灌系統(tǒng)相連接，通過WIFI設(shè)備服務(wù)器與遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤干燥度等數(shù)據(jù)實時地送到遠程智能系統(tǒng)，再將數(shù)據(jù)通過手機或手持終端發(fā)送給農(nóng)業(yè)人員、農(nóng)業(yè)專家、給農(nóng)業(yè)專家的遠程指導(dǎo)、方案決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

一、概述

　　物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“The Internet of things”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：*，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信(M2M:Machine to Machine)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

　　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)(Precision Agriculture ) 是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的模式已遠不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，產(chǎn)品質(zhì)量問題，資源嚴重不足且普遍浪費，環(huán)境污染，產(chǎn)品種類需求多樣化等諸多問題使農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入惡性循環(huán)，而農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一條光明之路，農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比大的特點是以高新技術(shù)和科學(xué)管理換取對資源的大節(jié)約。它是由信息的根據(jù)空間變異，定位、定時、定量地實施現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)，其基本涵義是根據(jù)作物生長的土壤性狀，調(diào)節(jié)對作物的投入，即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異，另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標，進行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”，調(diào)動土壤生產(chǎn)力，以少的或節(jié)省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

　　在實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的道路上，現(xiàn)有的基于有線的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)依然存在著諸多問題，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于無線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將農(nóng)業(yè)從概念化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化，無線網(wǎng)絡(luò)具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強、安全保密性好，而且功率譜密度低。利用上述特點，可組建針對農(nóng)田信息采集和管理的目的無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)田信息的無線、實時傳輸。同時，可以給用戶提供更多的決策信息和，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢、實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠程管理。

　　綜上所述，智能農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然，更是符合我國國情的選擇，智能農(nóng)業(yè)可以促進農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，可以實現(xiàn)利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標，不但可以大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

二、方案原理

　　物聯(lián)網(wǎng)精細農(nóng)業(yè)自控系統(tǒng)主要通過溫度傳感器、土壤傳感器、濕度傳感器和溫控儀、濕控儀、空氣測試儀、自動噴灌系統(tǒng)相連接，通過WIFI設(shè)備服務(wù)器與遠端天線矩陣通訊，再通過第三代光載無線交換機，將溫度、濕度、土壤干燥度等數(shù)據(jù)實時地送到遠程智能系統(tǒng)，再將數(shù)據(jù)通過手機或手持終端發(fā)送給農(nóng)業(yè)人員、農(nóng)業(yè)專家、給農(nóng)業(yè)專家的遠程指導(dǎo)、方案決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

　　如圖示，根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚區(qū)域分布廣(20畝)、及視頻和傳感數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場相對比較復(fù)雜、綜合布線難度大等特點，在數(shù)據(jù)采集方式上不同于傳統(tǒng)的有線工業(yè)自動化總線方式，考慮光載無線交換機的覆蓋區(qū)域廣、信號相對穩(wěn)定，我們選用工業(yè)總線和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合方式，實現(xiàn)分片采集、廣域傳輸。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)中的“物”包括4種：農(nóng)田(棉田、麥田與玉米地)現(xiàn)場視頻實時畫面、傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理終端和智能手機.構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的目的是將這4種“物”連接起來，使農(nóng)田能夠成為網(wǎng)絡(luò)中的一個可觀測終端，在此一共包括3個層面的連接：感知層、傳輸層、應(yīng)用層。

　　其中，網(wǎng)絡(luò)層我們推薦廣州市飛瑞敖電子科技有限公司的第三代光載無線交換機。光載無線(Radio-over-Fiber, ROF)技術(shù)充分利用光纖高帶寬、低損耗的特點，大大拓展無線信號的傳輸距離，簡化遠端基站結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)傳輸成本并提高系統(tǒng)傳輸性能、頻譜效率、覆蓋區(qū)域和靈活性，實現(xiàn)超寬帶無線接入與光傳輸技術(shù)的融合。由于該技術(shù)具有超寬帶有線傳輸與靈活無線接入的突出優(yōu)勢，將成為未來移動通信、超寬帶無線接入以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)支撐。

四、項目建設(shè)原則

　　統(tǒng)籌規(guī)劃、標準統(tǒng)一、保證安全、經(jīng)濟實效、適度前瞻。系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)設(shè)計必須遵循以下原則：

1、充分利用現(xiàn)有的資源

　　充分利用現(xiàn)有計算機、網(wǎng)絡(luò)、信息的資源，避免重復(fù)建設(shè)。

2、先進性與發(fā)展性

　　采用計算機系統(tǒng)和光載無線技術(shù)進行系統(tǒng)設(shè)計，既要保證當(dāng)前系統(tǒng)運行的高可靠性，又要能適應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展的需要。

3、實用性與經(jīng)濟性

　　在系統(tǒng)設(shè)計中，不僅要考慮到目前各種業(yè)務(wù)的實際需求，更充分考慮到將來業(yè)務(wù)種類增長的需求，從實用性出發(fā)，解決實際問題。

4、標準化與開放性

　　采用符合、國家標準的軟件和硬件設(shè)備，遵循有關(guān)技術(shù)規(guī)范體制，使系統(tǒng)具有靈活的互聯(lián)能力。

5、可靠性與安全性

　　選用可靠的產(chǎn)品與技術(shù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，具有應(yīng)變能力和容錯能力，確保系統(tǒng)安全可靠。對某些信息資源的使用要進行一定的權(quán)限劃分，并對信息系統(tǒng)的運行情況進行實時監(jiān)控。

6、信息共享

　　對信息資源考慮有條件、分層次共享，使信息既得到充分、有效的利用，又符合內(nèi)部信息的保密要求。

7、靈活性與擴充性

　　選用符合發(fā)展潮流的標準的軟件，使系統(tǒng)具有良好的可移植性、可擴展性，保證在將來發(fā)展中迅速采用新出現(xiàn)的技術(shù)，降低系統(tǒng)成本。

五、感知層

　　主要負責(zé)視頻畫面與傳感數(shù)據(jù)采集，通過攝像頭、終端傳感器，對設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)場實時畫面、作物生長大棚、室外空氣溫度、濕度和土壤的溫度、濕度的數(shù)據(jù)采集，采集方式視頻畫面為連續(xù)采集，傳感器數(shù)據(jù)為周期性自動采集，采集周期可根據(jù)用戶要求設(shè)定，用戶也可臨時通過終端修改周期時間。

感知層采集數(shù)據(jù)

隨機抽取到的數(shù)據(jù)

六、傳輸層

　　感知層數(shù)據(jù)利用WIFI設(shè)備服務(wù)器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基于802.11b/g的2.4GHZ無線信號，發(fā)射到就近天線矩陣轉(zhuǎn)換為光信號，通過單模光纖傳輸200-5000米距離后，到達中心機房的第三代光載無線交換機，交換機內(nèi)部經(jīng)過光/電信號轉(zhuǎn)換后、及射頻交換后，終轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，通過RJ45網(wǎng)線，接入農(nóng)場本地局域網(wǎng)，據(jù)此，遠程信號與本地局域網(wǎng)信號交換傳輸完畢。

應(yīng)用層

　　利用WEB服務(wù)器，及PC終端應(yīng)用層專業(yè)控制軟件，用戶可在本地數(shù)據(jù)庫調(diào)用現(xiàn)場實時視頻錄像、按周期采集的溫濕度、土壤成分、土壤溫度、空氣成分、光度等數(shù)據(jù)，用戶在個人PC或者手機終端上可以查看，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)場圖像，在遠程對農(nóng)場進行操作。

用戶在個人終端上查看數(shù)據(jù)

用戶在個人終端上查看現(xiàn)場實時畫面

七、方案施工成本與周期

1、主要設(shè)備選型

第三代光載無線交換機

　　1、該產(chǎn)品可混合傳輸WiFi與2G3G4G以及其他無線信號，可為使用者節(jié)省大量的無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，避免重復(fù)施工，并極大地提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。

　　2、該產(chǎn)品將WiFi信號的產(chǎn)生、處理集中于內(nèi)部(中央機房)，以光纖實現(xiàn)大范圍(200到5000米)分布，通過遠端天線完成信號覆蓋及雙向傳輸。

2、施工具體方案

　　需現(xiàn)場勘查。

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