烟台农科院物联网解决方案.docx

烟台农科院农业物联网建设方案烟台移动2016年8月前言农业物联网一般应用是将大量的传感器节点构成监控网络， 通过各种传感器采集信息，以帮助农民或相关工作人员及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。一、项目概述（一）项目名称烟台市农科院农业物联网建设项目（二）建设背景随着世界各国政府对物联网行业的的政策倾斜和企业的大力支持和投入，物联网产业被急速的催生，根据国内外的数据显示，物联网从1999年至今进行了极大的发展渗透进每一个行业领域。可以预见到的是越来越多的行业领域以及技术、应用会和物联网产生交叉，向物联方向转变优化已经成为了时代的发展方向，物联网的发展，科技融合的加快。农业物联网：物联网被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。他是以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。在这背后，则是在物体上植入各种微型芯片，用这些传感器获取物理世界的各种信息，再通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网路交互传递，从而实现对世界的感知。传统农业，浇水、施肥、打药，农民全凭经验、靠感觉。如今，设施农业生产基地，看到的却是另一番景象：温度、湿度、光照、二氧化碳浓度，如何实行按需供给？瓜果蔬菜该不该浇水？施肥、打药，怎样保持精确的浓度？一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都有农业信息化智能监控系统实时定量“精确”把关。（三）政策依据 国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见(国发201540号) 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要 2006-2020年国家信息化发展战略 国家重大信息化工程建设规划（2011-2015）（征求意见稿） 全国农业和农村经济发展第十二个五年规划 全国农业农村信息化发展“十二五”规划 全国现代农业发展规划（2011-2015） 关于进一步加强政务部门信息共享建设管理的指导意见 农业部信息进村入户试点工作方案 全国现代农业发展规划（20112015年） 国务院关于促进信息消费扩大内需的若干意见（国发201332号） 2014年信息服务进村入户工程实施方案（意见征求稿） 中共中央国务院关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见（中发20141号）（四）技术标准和依据该项目的建设将遵循以下技术标准： GB8566-88，计算机软件开发规范 GB8567-88，计算机软件产品开发文件编制指南 GB/T12504-90，计算机软件质量保证计划规范 GB/T12505-90，计算机软件配置管理计划规范 GB9385-88，计算机软件需求说明编制指南 GB9386-88，计算机软件测试文件编制指南 GB50174-93，电子计算机房设计规范 ISO/IEC11801-95，信息技术互联国际标准 GB/T15538-1995软件工程标准分类法； GB/T12505-90计算机软件配置管理计算规范； GB/T12394-93计算机质量保证计划规范； GB/T13502-92信息处理程序构造及其表示的约定ISO8631:1989 GB/T14079-1993计算机软件维护指南 GB/T14394-1993计算机软件可靠性和可维护性管理 GB/T15532-1995计算机软件单元测试 GB/T16260-1996信息技术软件产品评价质量特性及其使用指南 GB/T17544-1998信息技术软件包质量要求和测试 GB/T18491.1-2001信息技术系统及软件完整性级别ISO/IEC15026:1998 GB/T18493-2001信息技术软件生存周期过程指南ISO/IEC15271:1998 计算机开放系统互连国家标准选编 计算机软件工程规范国家标准汇编2000 计算机管理信息系统保密管理暂行规定 国际标准ISO17799信息系统安全技术国家标准汇编 GB/Z24294-2009信息安全技术基于互联网电子政务信息安全实施指南 GB17859-1999中华人民共和国国家标准-计算机信息系统安全保护等级划分准则（五）建设原则资源共享原则：统一规划、集中建设核心平台核心应用原则，使农业物联网系统发挥出更大作用。先进性原则：农业物联网建设一定要紧跟国内外先进技术与先进的模式。并考虑可持续的创新与提升。投资效益比最优的原则：投资少、收益大，投资效益比最佳。安全性原则：确保系统的操作管理安全，保证涉密信息和网络运行安全。（六）建设目标本项目主要通过农业物联网系统的实施，能够实时收集并记录存储温度、湿度、实时图像等数据信息，监视农作物生长情况及设备运行状态，监测环境状况的变更，根据作物需求，随时、随地进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农产品产量。该项目的实施通过先进的物联网技术实现三个10%的目标。即减少投入（包括生产资料、人工及管理)10%；增加产量10%；在提高农产品质量、安全性方面增收10%。二、建设现状分析“互联网+农业”是农业发展方式的一次深刻变革，对毕节市农业信息化建设具有重要意义。在作物环境管理上取得了一定的进步，但总体上仍处于初级阶段，需要进一步从信息化、智能化等方面加快发展，着力建设与现代农业匹配的信息化生产运营体系，推进农业发展方式转型升级。2.1基础现状当前基础建设已经初步成型，但在作物生长环境的调控方面很难精确把控、更不能不及时发现处理，成为快速发展的短板，造成人力、物力很大的浪费，对作物的生长造成极大威胁，同时农产品的品质、产量也会遭受很大损失。三、项目建设必要性通过本项目的建设，可以很方便的实现对用户对农作物生长现场环境或者农业生产产品的全方位监测、管理与控制，对建设现代化高水平智能农业生产方式有着重要意义。物联网智慧农业推动农业走向信息化：通过传感器、无线采集设备及传输设备的使用，农业种植现场的各种信息能够轻易的通过自动监测传输功能呈现在管理人员的眼前，实现了管理者和种植现场的快速连接。同时通过软硬件系统和手机客户端还能够实现自然灾害监测及预警，方便作物生长现场管理，实现高度的信息共享和农业自动化。物联网智慧农业提高农业生产管理水平：物联网技术在现代农业中的应用对提高传统农业的生产管理水平效果显著。在农业生产过程中，通过无线智能传感器实现农业生产现场环境参数的实时采集和利用智能物联网监控系统对所采集数据进行实时传送，为农作物生产和温室控制提供了有利的科学依据。智慧农业不仅为作物生长创造了最佳条件，提高了作物产量和质量，而且可以提高水、化肥等作物消耗品的利用率。提升科学决策、应急指挥水平。四、建设内容为实现本项目建设目标，需要完成以下主要建设内容：部署物联网信息系统平台，通过本项目的建设，对本期珍奇瓜果园1套、热带水果园1套、C区花卉温室1套、B区温室2套、家庭园艺园1套、A区花卉温室1套、4个办公楼各1套，共11个监测点的空气温湿度等作物生长过程中重要的环境参数进行实时监测、管理，对现场作物生长状态、人员管理、设备运行状况等方面进行远程实时视频监控。对作物实时远程监测与诊断，提供智能化、自动化管理决策，是农业技术人员管理农业生产的“千里眼”和“听诊器”。4.1采集终端农业物联网环境参数采集终端是将这些传感器节点集合在一起的一种采集设备，通过各种传感器可实时监测种植环境信息，并通过GPRS网络将数据传输到物联网综合管理平台。 显示采集终端用于集中显示各类植物生长环境的采集值，此终端采用不需要任何操作，安装简单快速，适合维护人员管理。用户可在此终端观看所有连接到他的传感器显示值，也可以远程通过手机、PAD进行数据查看与管理。采集传输一体化终端，如下图：各传感器及摄像头组成一个信息采集点，采集器每分钟会对种植区内的信息进行采集，并通过无线传输的模式，把采集来的空气温湿度等通过中间把模拟信号转化为数据上传到物联网数据库。通过电脑、手机客户端来实现数据的实时显示，达到精准管理农田，节约用水、施肥、农药的作用。可靠运行于各种环境，低功耗、高稳定性、高精度、可无人值守，将数据传输到计算机数据库中，用于统计分析和处理，当计算机发现参数超过正常限定时，可向用户发出报警。4.2空气温湿度传感器空气湿度传感器主要用来测量空气湿度，感应部件采用高分子薄膜湿敏电容，位于杆头部，这种具有感湿特性的电介质其介电常数随相对湿度而变化。4.3视频监控作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输技术，对作物生长状况进行全天候视频监控。在Internet上，根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。通过安装的高清网络球机，360度调节视角，对农作物生长状况进行全天候视频监控，管理人员可以随时随地通过计算机或手机清楚的观看到农作物生长的情况，进行农事指导，减少人工现场和巡查次数，提高生产效率。从科学种植提高管理水平和实现现代化种植的角度来看，视频监控是现代化农业发展必然趋势。4.4农业物联网综合服务平台物联网统一管理平台，集监测系统、远程控制系统、视频监控系统等功能为一体，实现种植全程数字化、网络化和智能化管理。中间层：位于物理感知设备和上层应用系统之间，负责采集物理数据并进行过滤解析以及处理，形成有效的信息传给上层应用，支撑整个农业物联网系统的互联，为应用提供快速构建的架构支撑和工具手段。在农场部署各种用途的传感设备用来采集农作物生长环境的各种因素。这些传感设备采集到的数据通过有线网络(如RS485)或者无线网络(如Zigbee、GPRS)等传给采集中间件，采集中间件将采集到的信息进行解析、过滤、分组、关联、聚合等负载操作，形成用户所需的有效信息上传给数据库进行入库，以便其它模块应用进行调用。用户能及时感知农作物生长环境的变化，采取相应的措施。此外，用户可以在上层系统中给各个参数设定安全阈值，当中间件采集过来的数据超过或者低于一定阈值时，系统会自动报警。技术特点：（1）独特的“智能故障处理”技术 （2）独特的“开放式设备管理”技术 （3）独特的“数据分析”技术 （4）强大的“多任务并发处理”技术 （5）“标准化数据输出”技术应用软件系统：通过应用软件系统可将各种感知设备的基础数据进行统一存储、处理和挖掘，通过中央控制软件的智能决策，形成有效指令，为作物生长提供优良的生长环境。4.4.1实时监控点击菜单栏选取相应基地，将会跳出相应基地中实时采集上来的数据信息，如采集时间、空气温度、空气湿度、实时视频等，如下图所示。 点击视频右边相应参数，在视频下边的数据图表中将会直观展示历史曲线。如图：4.4.2曲线分析 点击导航栏上边的“数据采集”，并选取相应基地并根据实际需要选取时间段，点击查询。并选择“实时采集曲线显示”系统将会根据选择的各个条件将数据取出绘制出曲线。如下图所示：4.4.3数据查询点击导航栏上边的“数据采集”，并选取相应基地并根据实际需要选取时间段，点击查询。并选择“实时采集数据列表”，系统将会将历史数据列表形式显示。如下图所示。4.4.4作物记录点击菜单栏的作物记录，可以对作物的各项相关信息进行相应操作。4.5手机移动APP 方便监管人员通过手机等移动终端设备随时随地查看系统信息，远程操作相关设备。主要功能：4.5.1实时监控实时呈现不同站点的所有设备信息，包括执行设备的当前状态，控制模式和传感设备当前探测的环境参数。快速进入设备的设置页面，查看修改设备的控制参数或报警阈值。4.5.2报警管理接收到设备的报警信息后，实时提示报警信息，同时播放报警声音，还可查看历史报警记录及处理状态。4.5.3历史数据可查看任一时段内各种环境参数的历史数据，并可以曲线图的形式作直观的呈现4.6服务器服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面有较高要求。服务器建设，为物联网平台提供必要的运行工作环境。五、培训方案系统开发调测试完成后，北京农信通科技有限责任公司将本着为客户服务的原则，利用我方技术资源，协调硬件设备制造商及软件产品提供商等外部资源，与客户合作共同完成对系统维护人员和系统使用人员的相关培训。1、培训目的在项目实施过程中，本着全面共享知识与经验的宗旨，除贯穿实施全过程的用户传帮带外，还会针对工程中的软硬件设备配置提出一整套系统的培训方案，以达到如下目的：（1）通过对客户技术协作及系统运行维护人员的培训，使客户能够切实理解和掌握业务系统、计算机软件、数据库等各种基础知识，熟练管理以及维护操作，保证系统完工后能够正常运转，并得到优化的执行。（2）通过对系统使用者的操作培训，使其熟练使用业务系统，充分发挥系统的作用。2、培训方式培训方式采用集中培训、现场培训、热线支持和发放宣传材料等相结合的方式，针对不同层次的人员，开设不同的培训课程。根据培训方式的不同分为：（1）集中培训方式：分别针对系统维护人员和系统操作人员，开设集中培训课程。重点是系统维护人员和系统操作人员，采用集中授课的方式，进行培训。（2）现场培训方式：通过面对面的单独讲解的方式，使得系统操作人员、系统维护人员能够更深层次的掌握系统各设备的使用、维护以及各种日常操作等。特别时针对项目设备和系统的安装、调试和排错等内容，进行现场指导培训往往比授课讲解的方式更容易让学员记忆、理解和掌握。在项目实施过程中，用户技术人员可以在培训教师的指导下，对设备和系统进行实际地安装、调试和故障排除。在基础理论培训的基础上，为以后的系统维护工作打下良好的基础。现场培训在设备到货后将在实施过程中于用户实施现场进行。（3）热线支持方式：通过北京农信通科技有限责任公司服务热线提供即时操作咨询。（4）宣传材料方式：为了扩大宣传的范围，可印制宣传材料在相应的职能部门免费向公众发放。3、培训要求为保证培训的质量，需要客户方配合工作。客户方负责提供培训场地及相关设备和环境；负责参加培训学员的组织管理工作，包括通知、报到签到工作，安排作息时间等，保证参加培训的学员具备参加培训的资格，以保证培训工作的质量。在培训结束后，将进行考试，对于考试成绩优秀和不合格的技术人员，用户培训工作负责人和北京农信通科技有限责任公司的培训负责人应共同制定奖励措施和补救措施，以保证培训工作的质量。4、培训对象根据项目实施经验，技术中心将培训对象分成三大类： 技术人员-即客户方的系统维护人员和技术开发人员； 系统管理员-即客户方的系统管理人员； 普通用户-即客户方对本系统进行日常操作处理与信息更新的人员。一般来说，参加培训的人员最好具备如下基础： 至少1年计算机相关工作经验； 能够承担常规技术工作； 懂得解决技术问题的常规方法和程序； 较好的沟通交流技巧和语言表达能力； 具有较强的独立工作能力； 对于新技术、新知识有较强的接受能力； 有一定的系统维护管理的工作经验。5、培训教师根据不同的培训内容，由北京农信通科技有限责任公司联合软硬件厂家及合作伙伴共同配备相应的培训教师。6、培训教材 系统设计方案。 系统操作手册。 系统维护手册。 软件产品技术手册。 项目专用培训教材。培训教材均使用标准中文编写和印刷，内容清晰明确，确保实现与用户方有效的技术交流。7、培训内容及计划北京农信通科技有限责任公司将根据项目的实际情况，提供三种内容的培训：用户操作培训、系统管理培训、应用开发和系统维护培训，分别面向系统维护人员、系统管理人员和系统维护开发人员。计划派出多名具备丰富培训经验的教师来实施培训工作。（8）培训环境建议 场地：培训教室（需要培训教室能够提供网络的环境，投影仪，插线板，授课白板） PC：台式机或者笔记本（CPU：PentiumIV1.6GHz或更高，内存需为1G或更好）六、售后服务技术支持与售后服务将由北京农信通的技术支持与售后服务中心统一提供。北京农信通技术支持与售后服务中心（以下简称“支持中心”）是北京农信通科技公司专门为项目开发、系统集成所设的常设服务机构，支持中心具备专业的服务水准、专业设备和实验环境，以及覆盖全国主要省会城市的本地服务团队，同时具有稳定的技术支持队伍，并通过了ISO9001质量体系认证。在软件研发期及试运行期阶段，提供全面技术支持服务，确保试运行的顺利进行，达到检验系统、完善系统的目的。在系统竣工验收，进行正式运行后，北京农信通将提供一年免费售后服务及三年软件免费技术支持服务，服务时间为7*24小时。技术支持服务具体期限及支持方式见下：1、质保期内的售后服务在系统质保期内，提供7*24小时免费技术支持服务。北京农信通公司提供的技术支持与售后服务内容主要包括：电话支持、远程支持、现场服务、设备维修与更换、系统故障报告和预防、软件版本升级与增强、后期技术培训等。北京农信通公司将通过7*24小时热线电话、传真、电子邮件等多种灵活的联系手段为用户提供全时的响应服务。2、质保期外的支持服务质量保证期后，北京农信通承诺提供以下技术支持服务：（1）免费维护期后，提供优惠的软件系统升级支持。对于我方开发的软件，我们将优惠为客户进行软件版本升级服务。对于第三方厂家提供的系统软件、应用软件版本升级时，只收取成本费。（2）永久提供免费热线技术支持。（3）免费维护期后，有义务在系统的建设、升级、维护和日常运行管理方面继续给予业主方技术协作和咨询，继续为系统使用单位提供维护服务。如用户需要进行工作量较大的系统迁移或复杂的应用安装，或建设新应用系统需要与我方设计开发的软件进行联调对接等工作需要我方支持时，我们可以提供技术咨询服务，也可以以最优惠的价格提供现场技术服务。（4）保修期满后，北京农信通公司将以优惠的价格继续为本项目提供全面的技术支持与服务。七、项目预算珍奇瓜果园1套、热带水果园1套、C区花卉温室1套、B区温室2套、家庭园艺园1套、A区花卉温室1套、4个办公楼各1套，共11套（可根据现场种植需求再做添加）。设备名称技术参数单位数量设施农业采集终端型号：NXT-A3-16G4供电电压：支持DC940V输入，具有防反接保护功能工作环境温度：-3080工作环境湿度：0100%RH核心处理器：32位ARMCortex-M3内核嵌入式处理器；最高频率可达72Mhz程序存储容量：128KB（128Kx8） 连 接 性：I2C，SPI，UART/USART，USB传输方式：支持GPRS、CDMA等无线传输方式、可选配以太网、WIFI方式传输协议：标准的ModBus协议整机功率：1.5W防护等级：IP65显示方式：OLED（128*64）显示屏，滚屏显示安装方式：1.5米定制三角支架本地功能：可通过按键配置服务器IP和校准时间，上传时间间隔等 可通过配套本地调试软件进行配置服务器IP和校准时间工作方式：可工作在超低功耗模式下，每10分钟上传一次数据，可控制8分钟所有传感器掉电，在上传时间间隔到来前2分钟通电，采集数据并上传完毕后，关断传感器电源，实现节能的目的。监测数据：空气温度、空气湿度、土壤水分、土壤温度、光照、二氧化碳等（多种参数自由组合）套11空气温湿度传感器型号：NXT-WS测温范围： -40至123.8测湿范围： 0至100%RH分辨率：0.1空气温度精度：0.5（25）空气湿度精度：4.5（25）响应时间：8s环境温度：-5580C供电电压：2.45.5V输出信号：数字信号输出（IIC接口）套11流量卡每月30M流量，支持采集设备一年的使用。张11设施农业采集支架型号：NXT-ZJ-SS套7高清网络球机 1/2.8 CMOS,有效像素约240万像素视频制式1920*1080(25fps),1280*960(50fps)，1920*1080(30fps),1280*720(60fps)焦距 4.3 - 129mm，光学30倍变倍速度 3S，红外照射距离180米旋转范围水平：0360连续旋转 垂直：-290支持自动翻转 旋转速度键控:水平0.1160/秒;垂直0.1 120/秒 预置点：水平240/秒; 垂直200/秒300个预置点位，并具备有预置点视频冻结功能支持三维定位，支持人性化的焦距/速度自动匹配功能视频压缩H.264/H.265/MJPEG,音频压缩G.711alaw/G.711ulaw/G.722/AAC等图像分辨率主码流1920*1080应用编程接口: 支持软件集成的开放式API,支持标准协议（ONVIF/PSIA/CGI）、支持GB/T28181协议内置RJ45网口，支持10M/100M网络数据支持8条巡航扫描，每条32个预置位支持4条花样扫描，路径记录时间大于10 分钟支持7路报警输入，2路报警输出，支持报警联动支持断电记忆，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态 ,电源 AC 24V/2.2A（10%）（含红外控制电路） 功耗 50W（红外灯、加热器同时开启） ,工作温度-4070； 湿度90% 防护IP66，TVS 6000V防雷、防浪涌和防突波保护，符合GB/T17626.5 4级标准台11硬盘录像机采用嵌入式Linux系统，稳定可靠 网络视频接入16路，网络压缩视频输入网络带宽16路设备最大支持码流接入160MbpsIPC分辨率 12M/8M/5M/3M/1080P/1.3M/720P画面分割:1、4、8、9、16、25、36分割；支持盘组管理，录像定向存储支持断网续传ANR支持N+M集群管理，提高系统稳定性可配置成单盘，Raid0、Raid1、Raid5、Raid6、Raid10、Raid50、Raid60、JBOD等各种数据保护模式支持海量日志存储视频流直存式写入支持H.264和H.265编码格式混和接入解码支持4K分辨率码流接入并解码输出，高清显示画面更加清晰细腻 支持8个SATA接口支持eSATA接口，录像备份用，USB备份速度可达20MBps 支持远程零通道预览支持Smart IPC接入、绊线入侵、区域入侵、场景变化、移动侦测、人脸检测、物品遗留和物品搬移时，可给出报警提示，可对检测到的