农业物联网示范-精准化粮食农业生产物联网信息监管服务平台

1、精准化粮食农业生产物联网信息监管服务平台（岳阳市屈原管理区惠众粮油专业合作社）、企业基本情况岳阳市屈原管理区惠众粮油专业合作社成立于 2009年 5月，企业所在地：岳阳市屈原管理区营田镇屈汨路；企业法人：杨岳球；企业规模：水稻种植面积2.3 万亩；主要经营范围：稻谷与蔬菜的种植、加工和销售；企业法人杨岳球在2011年被评为“全国种粮售粮大户”， 2014 年获得“全国十佳农民”；屈原管 理区惠众粮油专业合作社 2014 年被评为“岳阳市农业产业化市级龙头企业”。合作社已投入资金 500 万元，对旋耕机、插秧机、农药喷洒机、收割机及粮 食运输机械、 粮食烘干厂的烘干设备、 粮食储存库监测及控制设

2、备进行信息化改 造，利用物联网手段对各种农机及设施的生产工况、 作业状况进行实时监管， 建 立了全程机械化的粮食生产物联网信息监管服务平台， 并开展粮食生产全流程精 益化管理和精细化生产的应用。技术支撑企业基本情况：长沙瑞和数码科技有限公司创建于 2003年 5月，注册地为湖南省长沙高新开发区麓谷大道 662 号软件中心大楼 676号，公司注册资金 2000万，企业法人为欧阳跃明。该公司是一家专业从事音视频通信、物联网产品研发、生产、销售 的高新技术企业和双软企业，通过 12 年的不断积累与完善，公司已拥有集无线 自组网通信、 现场采集与控制数据交互分发的自主知识产权核心技术， 开发了多 类型

3、全系列高可用的嵌入式环境传感设备与设施控制设备， 形成了完善的物联网感知、控制、传输的设备体系及物联网云平台。公司拥有27 项发明专利和实用 新型专利， 19项著作权， 12项软件产品登记证书，获得过多项科技部创新基金的立项支持。公司还承建了湖南烟草的现代烟草农业物联网监管信息平台 ，建立了从 育苗、大田、采收、烘烤、收购、仓储烟叶生产全流程的生产设施设备物联网信 息监管体系， 建成了一个从感知、 传输、到服务和应用的农业物联网信息服务平 台，实现了生产环境可视、 生产过程可视、 生产作业可视及生产知识可视的精细 化生产管理。至 2014 年底，分布在湖南烟区 42 个县的数据信息采集点达 8

4、500多个、高清视频点 2300 个、设备控制点 2100 个、多媒体信息发布点 610个，每160GB系目前国内天新增记录5000万条、新增数据存储25GB新增快照存储应用规模较大、应用深度较深的农业物联网应用系统。二、模式应用情况1. 基本建设情况岳阳市屈原管理区惠众粮油专业合作社的水稻种植面积2.3 万亩，拥有社员水稻催芽器 20 台，263户，合作社有 2000型育秧大棚 5个，面积达 1 万平方米， 育秧自动流水线 1 0套，育秧硬盘 20 万个，软盘 5万个，大中型拖拉机 6台，联合收割机 16台，高速插秧机 18台，植保机械 44台套，三角翼植保飞机 1 架和 遥控无人植保机 1

5、 架。合作社以“组织化、规模化、机械化、信息化”为特点，以“科技兴业、合作共赢年”为经营模式，农户以每亩500550 元的流转价格作股入社，年底享受合作社与农户“二与八”的分红。2.3 万亩。主要经营范围：稻谷与蔬菜的种植、 加工和销售。基地分 5 个区域，琴棋乡、 凤凰乡、黄金乡、营田镇、河市镇优质稻生产基地，总面积2 、物联网技术及产品使用情况长沙瑞和数码科技有限公司与岳阳市屈原管理区惠众粮油专业合作社合作， 机、插秧机、农药喷洒机、收割机及粮食运输机械进行信息化改造，利用物联网 手段对各种农机的生产工况、 作业状况进行实时监管， 建立了精准化粮食农业生 产物联网信息监管服务平台， 开展了

6、粮食生产全流程精益化管理和精细化生产应 用，降低了生产成本及用工成本。 精准化粮食农业生产物联网信息监管服务平台 由以下几个应用子系统构成：建立精准化粮食农业生产物联网信息监管服务平台，并进行了相关应用。 对旋耕（ 1 ）插秧机作业管理系统原有的插秧机在作业过程中， 无法自动记录其作业进度， 即基地管理人员无 法掌握插秧的实施情况， 经常存在插秧机因为秧苗供应不到位， 而闲置在现场的 情况。同时， 在跟插秧机操作员结算工钱的时候， 也经常因为插秧不到位而产生 纠纷。本项目采用了瑞和科技INNOTEKrMM-07XS秧机管理模块（7寸），INNOTEKTMM-09XS秧机管理模块（9寸）与INN

7、OTEKMID-220T型物联网中间件组合，实时计算插秧机的插秧颗数和插秧面积， 实时监管每台插秧机的工作效率与工作状 态，解决实时了解生产进度、 生产计划实施， 实现精细化管理和精准插秧生产的 问题。（2）农药喷洒过程标准化管理系统在现有农药喷洒过程中， 喷洒次数与农药的用量都是由施药人员自行决定的， 影响了农产品的安全。本项目在喷药车上，加装瑞和科技 INNOTEK PIS-1612C无法检测施药人员是否按照有关规定科学施药，甚至存在偷换农药的情况， 严重车载农药监测站，与INNOTEK MID-220T型物联网中间件组合，即农药施用量实时检测系统，可以实时计算喷洒农药的浓度、种类、用量。

8、结合加装的车辆运行 状态监测系统， 可以实时计算出某块农田被农药喷洒的次数和用量， 从而监管农 药喷洒过程，制定施药的标准流程，防止农药残留。（3）粮食采收过程谷物监测系统在规模化粮食采收过程中，存在运粮拖拉机在运输过程中偷卸粮食的现象。本项目采用瑞和科技INNOTEIHMM-28收割机监管站，禾U用收割机出粮口加装压 力传感器矩阵， 实时测量送出粮食的重量， 计算每台收粮拖拉机的载重值， 并写入收粮拖拉机加装的RFID电子标签卡，当收粮拖拉机进入粮库卸载粮食时，会 自动比对自带RFID电子标签卡上记录的载重值，杜绝在运输过程中粮食的偷盗 行为。（4）全自动生物质燃料谷物烘干机现有烘干设备是以

9、煤或木柴为原料， 热效率低，人工成本高，不能精确控温、 控湿，加热烘干设备简单粗放。本项目采用瑞和科技与美瑞科技联合开发的REYMAT全自动生物质燃烧机组对原有的粮食烘干塔设备进行改造，采用生物质 原料取代煤作为燃料， 禾用物联网设备系统对生物质燃烧机组的燃烧状态进行组 网控制和热力调节， 实现机组的最优化的燃烧， 并实时控制烘干塔组设备的温湿度、压力值，自动监测设备运行的电压、电流等运行状态，实时报警和预警，通 过数据分析， 提高粮食烘干的效率和优化烘干工艺， 最大幅度地实现了节能减排 和降低劳动强度。（5）基于多传感器数据融合的粮库温湿度控制系统现有粮库内用于测温的传感器是水银温度计， 需

10、要专门人员定时手动查看每 层每个点的温度和湿度，不能有效监控粮食存储的状态，一旦发生高温、高湿、 霉变的 情况， 无法做 到及 时发现和 处理。本 项目 采 用 瑞 和 科 技 INNOTEKGTH-0406V粮库传感器阵列监测站，与INNOTEKMID-220T型物联网中间件组合,通过自带的无线温湿度传感器矩阵，可以对有限个温、湿度传感器的测量结果进行自动融合处理，获得比传统方法更有效与更可靠的测量结果, 从而提高系统 的监测能力 , 结合通风设备，实现全自动调节粮库温湿度和自动报警预警，并能 预测粮库储备粮食不同部位的状态和趋势，降低粮食在存储过程中的损失。6）粮食农业生产物联网现场中间件

11、粮食农业生产现场部署粮食农业生产物联网现场中间件INNOTEK MID-220系列，支持多种数据采集器和农业设施控制器，支持485、modebus、TCP/IP 等多种物理连接方式， 实现了对大规模现场数据采集和控制的统一协分发协调， 并 根据需要采用3G光纤、xDSL等广域网通信技术与粮食农业生产精准化监管系 统进行数据交互，实现数据采集和控制参数设置、预警管理和智能联动。7）精准化粮食农业生产物联网信息监管服务平台通过粮食农业生产精准化监管平台对规模化粮食生产进行整体监管， 该平台 以粮食农业生产育苗、插秧、种植、采收、仓储等全过程管理为应用背景，以无 线和有线通信技术为连接各种固定、 临

12、时或车载的物联网采集控制设备的技术手 段，以构造农业物联网数据云和视频云为精准化监管基础，实现集感知、监测、 预警、分析， 以及服务为一体的粮食农业生产全过程信息监管和服务。 该平台的 研发部署， 服务于精准粮食农业生产模式， 并以全面满足粮食生产全过程的智能 化、自动化、可视化等现代化服务管理要求为主要目标。3、物联网监管应用模式内容与架构在岳阳规模化粮食生产中， 为实现粮食生产的精准化监管， 对粮食农业生产 育苗、插秧、种植、采收、仓储等全过程的重要环节进行物联网技术改造和增强， 项目整体实施周期为 36 个月，包括设计、施工、联调和测试运行等阶段。本项目中对信息技术和物联网技术产品应用情

13、况包括：1）根据粮食作物设施育秧、栽培、采收、烘烤和仓储等对环境条件的要求和影响，选定主要环境影响因子，在大棚、大田、烘干车间和仓储等现场部署 连续数据采集传感器和控制器，采集气象参数，环境参数，墒情参数等信息。部 署的传感器和控制器具有高度环境适用性，支持宽温宽湿和太阳能供电。2）对粮食生产过程中的重要农业设施和大型农机具进行了物联网化改造和加装，实现农业设施作业运行的数字化远程控制、 作业进度和作业质量远程监 测，以及大型农机具和农业车辆的卫星定位等。如插秧机、喷药车、收割机、谷 物烘干设备和农业运输车辆等。农业设施和农机改装设备具有高度环境适应性，支持宽温宽湿、太阳能供电或车载供电、智能

14、休眠和无线数据通信。3）在粮食生产过程中重点场合和人员作业区域建设网络高清视频监控系统，支持远程实时监视和控制、 视频录像和回访等功能， 实现对现场实际环境的 直观感知， 并监督现场人员工作的标准化和规范化。 现场录像还可以作为人员调 度、激励考核和事故追责等的依据。（4）由于目前暂时缺少统一的数据通信标准、各种现场数据采集器，而且设施设备控制器的数据交互方式千差万别， 各自的物理特性和控制指令难于互通。为了降低系统维护成本， 提高后续的扩展性， 本项目中采用了嵌入式现场中间件， 统一接入现场部署的用途各异型号各异的大量数据采集器和农业设施控制器， 并 根据需要采用3G光纤、xDSL等广域网通

15、信技术与粮食农业生产数据中心进行 数据交互，实现数据采集和控制的参数设置、预警管理和智能联动。（5）面向整个粮食生产基地，建设粮食农业生产数据中心，采用虚拟化服务器集群方式构造云计算平台， 通过目录服务接入现场中间件， 实现基于云的物 联网设备管理； 同时，通过标准化的数据接口向业务应用提供稳定、 高效和安全 的物联网数据云服务。（6）在业务客户端方面，结合GIS技术推出PCWeb客户端和支持智能手机、平板电脑的粮食农业生产物联网监管 APP支持业务工作流程融入移动端，实现随时随地的操作和管理。 此外，与部分专业化的农业设备和设施配合使用时 （如 全自动生物质燃料谷物烘干机组） ，还提供专用的

16、便携式移动终端， 以支持更丰 富的操作控制需求。7）本项目建设的平台预先考虑了粮食农业信息互联方面的需求，支持通过云计算平台对海量的粮食农业生产数据进行进行查询、 展现和基础统计分析等 初步应用；支持进行个性化定制开发和二次开发，允许用户快速设计各项数据、 操作和预警的图文统计报表， 进行分析比较； 对粮食生产过程数据进行应用驱动的多视角数据挖掘分析，为粮食农业科研和生产管理提供量化的数据支持。本项目的主要功能特点如下：广泛引入和研发新兴的物联网技术和物联网设备， 建立规模化粮食生产全过 程精准化监管平台，对粮食农业生产育苗、插秧、种植、采收、仓储等全过程的重要环节进行全面精准监测和管理， 一

17、方面在这些环节降低了生产人员和管理人 员的工作强度，减少了人力需求， 另一方面由于监测数据具有同步实时和精确量 化，可帮助生产决策管理方对生产资料使用效率、人员工作效率、水肥药施用、 粮食产品浪费丢失等情况进行全面监管， 进而极具针对性的实现降本和增效的改 进和应用。4、应用模式产生的效益岳阳规模化粮食生产全过程精准化监管平台的建设和使用， 在主营业务的多 个环节产生了节本增效的效果：（1）育秧环节， 由于对育秧大棚实现了 24 小时数据自动监测、 智能控制和 自动预警， 不仅降低了人工投入， 而且提高了育秧产出效率。 以单季粮食生产的 育秧工作为例， 由于精准化平台的引入， 在合作社已有的大

18、棚中， 育秧期间可节 约 40%的人力，整体出秧率提高 12-15%。2）大田种植环节，由于对粮食大田实现了气象、水位和土壤墒情等的自动监测、自动预警和远程监视， 以及农药喷洒的标准化管理， 不仅提高了粮食作物栽培管理的自动化程度，还减少了水、肥、药等生产资料和生产能源的浪费， 提高了粮食生产的环境友好和粮食安全程度。 在大田种植期间， 单季粮食生产累 计可减少农药用量 100吨（兑水稀释后用量），减少化肥用量 40 余吨，节约灌溉 用电 1.5 万度左右。3）采收环节，精准化平台实现从收割机自动计量、运输定位监测、入库自动称重比较等物联网化技术手段， 进一步降低了在粮食、 采收运输环节因为人 为破损、盗窃丢失而造成的中间损耗，粮食从收割到入库环节的损耗率由原有4.5%降低为 0.2%。（4）在粮食加工和仓储环节，精准化平台的引入可对粮食烘烤加工以及仓 储过程进行全自动监测和智能控制， 提高了粮食产出品质， 降低了由于操作不当 或储存环境不当造成的粮食损耗，粮食仓储管理减少了 80%的用工；粮食烘烤加 工品质提升 7%，而加工能耗降低了 18%，减少了 90%的用工，在仓储环节的仓储损耗率也降低了 15%；5. 实施亮点岳阳规模化粮食生产全过程精准化监管项目