农业信息化管理系统

IT项目管理 （课程）工程技术文档项目名称农业信息化管理系统学院信息科学与技术学院班级计算机科学与技术2班小组第5组组长xxxxx任课教师xxxxxx2013年11月IT项目管理是计算机相关本科专业的一门必修课程，该课程从全局的、系统的角度，对IT项目管理的三大约束和9大领域进行系统的分析，通过项目作为载体，在IT项目实施的各环节结合IT项目管理的理论知识进行感受和领会，利用管理学的原理，对IT项目实施过程中的流程域进行梳理，让相关专业的学生对IT工程项目的实施有一个较全面的了解，为以后的专业发展打下了良好的基础。本课程的任务：根据IT项目管理的特点，结合课程的容以项目实施为主线，以组建的项目组为单位，通过对项目实施过程阶段性成果的总结，形成相应的工程技术文档，工程技术文档的格式以小组为单位，通过“做中学”和“项目实践”教学模式提高学生的工程化素质。以课程知识指导课程实践，做到理论与实际相结合，完成对一个软件开发项目管理实施过程的感受和体验，把理论学习与工程化实践相结合。课程要求：以理论学习为指导，把理论知识与项目实践的各实施环节结合。通过项目实施，以具体IT项目开发流程的实施为载体，结合IT项目管理课程相关容，在项目实施环节中感受和领会IT项目管理的实质和涵。评审意见：评审人：年月日xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx阶段成绩结项成绩总评成绩任课教师：成绩评定:对项目管理课程，需要通过项目实施去体验，因此成绩评定以项目文档、展示效果进行评价，具体从三个方面进行考评：阶段个人展示、回答问题文档的逻辑规性、语言表达、格式项目验收展示评价总评成绩=阶段成绩×40%+交付成绩×60%项目团队组织构架及分工2.1小组组织结构组长xxxx组员xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx2.2小组成员分工及安排成员负责流程项目具体容xxxx资料采集需求分析xxxx资料采集数据库设计xxxx材料分析网页设计xxxx材料分析功能分析xxxx信息归纳资料分析xxxx信息汇总信息录入xxxx设计管理档案监制

汶川芤山农业信息化管理建设与设计汶川芤山农业信息化管理建设与设计 1第一章系统分析 31.1背景与发展 31.2芤山现状 31.3需求分析 41.3.1畜类 41.3.2禽类 41.3.3水果类 51.3.4蔬菜类 51.3.5谷类 51.4容布局 6第二章养殖业 72.1家畜养殖 72.1.1方案概述 72.1.2方案主要容 82.2禽类养殖 92.2.1硬件设置概述 102.3禽类养殖核心应用流程 12第三章栽培业 143.1物联网在果园中的利用 143.1.1当前形势 143.1.2果园环境的采集和监控 153.1.3果园对土壤的采集和监控 153.1.4果园的防盗报警系统 163.2物联网在蔬菜大棚方面的效用 163.2.1智能种植较于普通种植优势 163.3智能化种植系统的应用 173.3.1智能种植较普通种植的优势 173.3现代化大棚绿色蔬菜栽培控制 193.3.1温度控制 193.3.2灌溉控制 193.3.3施肥控制 203.3.4虫害控制系统 213.3.5精密智能化除草 223.4远程控制 233.4.1远程控制组成 233.4.2远程控制工作基本原理 233.4.3蔬菜智能专家服务 233.5绿色蔬菜全程信息化管理 243.6农作物硬件设置甜玉米： 253.6.1甜玉米简介 253.6.2监测系统主要有以下几点需求： 273.7利用数学原理对植物生长环境进行预测 27第四章风险评测 294.1不可规避因素应对法 29第五章成本预估 31第六章参考文献 32第一章系统分析1.1背景与发展中国是一个历史悠久的农业古国，历来注重精耕细作，大量施用有机肥，兴修农田水利发展灌溉，实行轮作、复种，种植豆科作物和绿肥以及农牧结合等。在发展现代农业的同时，仍需保持和发扬中国传统农业特点，逐步走“生态农业”和“现代农业”道路，建设优质、高产、低耗的农业生态系统，提高农业生产水平。原始农业、传统农业、现代农业的区别：1）原始农业特点：看天吃饭！刀耕火种，地、肥料、灌溉都几乎靠天。较少养殖家禽家畜等。2）传统农业特点：战天斗地，采用简单的农用工具和机械设备，挖井修渠灌溉、人工沤肥、平整土地和修筑梯田，播种经济作物。广泛养殖家禽家畜。3）现代农业特点：生态和谐！采用现代农用机械、人工育种，现代化水利设施（滴灌、喷灌）温室大棚、无土栽培等广泛应用，杂交作物、转基因作物大面积种植，对抗自然灾害的能力显著增强，作物单产大幅增加，农业延伸产业发达，次级加工开始普及，畜牧养殖集约化、规模化、市场化。1.2芤山现状芤山村位于汶川县雁门乡，茶坪山脉、邛崃山脉等众多山体环绕整个区域，村域地形较为平坦。芤山村距离汶川县雁门乡政府9公里，人口数165户、人口728人，徒弟面积共1308亩、水果地面积750亩、蔬菜地面积350亩。该村全村实现通村通组路的硬化工作；现水果种植主要以大樱桃、大枣、金太阳杏子等；蔬菜种植主要以萝卜、白菜、番茄、莴笋等。居要从事农业，兼有畜牧业。气候特点：汶川县气候随东南向西北地势上升，呈比较完整的垂直气候带，南湿(漩口、映秀地区)北旱(威州、绵池地区)趋势明显，光、热、水分布不均，在海拔2000米以下地区，年均气温13.5℃(北部)一14.1℃(南部)，无霜期247～269天，雨量528.7～13321.3需求分析当前，我国农业现代化进程明显加快，但也面临着资源、环境与市场的多重约束，保障粮食安全、食品安全、生态安全的压力依然存在，确保农民稳定增收的任务越来越重。实施物联网农业工程，对于探索农业物联网理论研究、系统集成、重点领域、发展模式及推进路径，提高农业物联网理论及应用水平，促进农业生产方式转变、农民增收有重要意义。汶川在经历了08年地震之后，灾后恢复重建已经趋于或接近完成状态，在这个关键点，我们综合分析发现现今的重要工作任务————从灾后重建硬件设施应该逐步往灾后提升经济这个工作任务上来，提升人们生活信心提升人民生活水平、生活质量在这方面的建设显得尤为迫切，为此我们针对芤山在各方面的条件与环境做出科学的分析，在芤山农业方面下功夫，运用新兴科技技术“物联网”对其养殖业做科学运用技术合理布置设施，保障保证在相关政策扶持与引导下使其在农业方面形成有力竞争与牵头作用。1.3.1畜类由于现代养殖都大规模化,畜禽养殖的数量也比较大,仅仅靠人工标志和识别工作量大、难度高、效率低,不能满足管理要求。物联网中的RFID技术作为一种非接触的快速识别技术,正越来越广泛地应用于现代养殖业中。1.3.2禽类随着社会经济的稳步发展，在物联ZigBee技术的引领下，传统的“后院养殖”正在逐步消失，我们更多需要的是全面的现代化智能系统，最大程度上获得事半功倍的效果。无论是专业的大型养殖场，还是中小型养殖个体户，均可以简单快捷的进行现代化的养殖操作。物联网智能养殖不仅具备传统养殖业产品优质、无公害的优势，更能在充分利用资源的同时，省时省力。无线物联网技术的出现，可以将各种电器设备通过无线方式简便地组织起来，形成一个完整的体系，从而可以实现无缝感知并完整管理，让我们的工作变得更轻松、方便。物联网带来的神奇之处在于你可以根据自身的需要自由组合或DIY，所有的安装都不需要专业人员的参与，一个普通的消费者即可完成。另外，相比物联网智能养殖，传统的智能产品不易扩展，灵活性低，兼容性差，升级成本昂贵，维护成本高。1.3.3水果类我国是一个农业大国，果树种植具有地域分布广泛、环境因子不确定等特点，传统的果树种植业一般是靠果农的经验来定性地估计各种环境因子，无法对生产过程中的各种环境信息进行精确测量，实现最优化生产：由于果树种植的区域性特点比较强，不能有效进行环境因子的搜集，难于进行统一集中管理。因而将物联网技术引入与应用到果园信息管理中，可以提高果园的信息化、智慧化的程度，是在现代农业信息化应用上的重大突破。同时，实现快速、有效的采集和描述影响作物生长环境的时间和空间信息，是实现“精细农业”的基础。1.3.4蔬菜类为了提高城乡居民的物质生活水平及蔬菜种植的现代化管理水平，降低菜农的种菜成本、降低蔬菜价格和提高蔬菜的质量，我们着手讨论并设计了智能化蔬菜种植管理系统。该系统主要运用温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器和摄像头，对蔬菜的温度、湿度、缺水、缺肥、病虫害和长草进行检测，并将一系列数据通过物联网技术传到PC机上进行分析、管理及远距离测控，构成多个蔬菜大棚的综合监控网络，本系统具有良好的安全性、可靠性和实用性等优点。1.3.5谷类随着我国农业综合生产能力的增强和广大人民群众对农产品消费水平的不断提高，农产品生产与消费结构都发生了阶段性变化，当前我国农业生产正处于以结构优化调整和产业升级为特征的新阶段。发展小杂粮生产正适应这一需求，小杂粮生育期短，适应围广，耐旱耐瘠，既可在高海拔的冷凉山地和干旱薄地上种植，也能与大宗作物实行间作套种。同时杂粮作为我国农业生产的名、优、特产品资源，其经济效益高，更是当前中西部地区农业种植结构优化调整过程中不可豁缺的首选作物。1.4容布局就目前高新新信息化技术的物联网应用而发展农业信息化。其中涉及到的主要是养殖业和栽培业。具体分支如下：第二章养殖业2.1家畜养殖2.1.1方案概述本方案以养猪业为主要应用对象，综合利用智能传感技术、无线传感网技术、RFID技术、视频监控和信息融合等物联网技术，建立养猪业在生产流通环节自动控制、智能监控应用系统及面向广大养殖户的综合信息服务平台，对提高国养殖业的精细化管理水平、提高广大养殖户的经济效益、强化对养殖过程安全监管等方面有显著意义，本方案的特点如下：1）物联网应用贯通养殖、流通全过程方案基于物联网技术在生产流通全过程实现全方位的信息记录、自动跟踪和智能监控，从而建立涵盖猪苗投放、肉猪养殖、生猪上市的全程监管体系，实现食品安全溯源验证。2）将物联网技术与自动控制紧密结合通过物联网相关技术，实现以养殖栏舍环境数据的实时监测与智能处理，同时对通风降温系统、自动喂料系统等机械设备相连接，实现对上述设备系统的自动控制，有效提高养殖生产过程的精细化、智能化水平。3）向社会提高服务建立基于物联网与云计算技术的信息服务平台，向从事养猪业的中小型企业、集约化养殖农户提供服务，同时，向政府食品安全监管部门监控养殖生产过程提供服务。1-1方案架构图2.1.2方案主要容方案总体上包括六大部分：1）针对养殖过程的安全监控系统，包含针对养殖栏舍的视频监控、温湿度等环境数据的实时监测与自动控制、基于智能终端的现场巡查与生产控制。该部分紧密与机械设备结合，由预警数据驱动自动控制系统，实现养殖环境的调节。2）设备控制系统，基于智能手机及其它智能终端，通过视频远程观察养殖栏舍的实时状况，控制自动喂料、通风降温等设备系统的运作。3）数据处理中心，实现对数据的集中存储、计算、分析与分发。对所有监控点传感器数据、视频图像数据以及生产过程数据的存储、转换与计算，并向信息服务平台分发相关的数据信息。4）生产状态综合监控中心，实现对企业养殖过程以及合作农户养殖过程的集中监控，提供生产状态分析数据，拥有预警、远程指导等功能。5）生猪溯源验证系统，应用RFID、二维码、以及对上市生猪运输过程的GPS监控等技术手段，建立上市生猪从养殖企业到定点屠宰厂流通过程的信息化跟踪监管系统，实现对上市生猪的来源验证以及养殖过程数据的溯源跟踪。6）信息服务平台，为合作农户、同行养殖企业以及政府监管部门提供信息服务。1-2系统功能示意图1）信息采集主要负责采集温湿度传感器数据、视频摄像头数据、RFID数据、孵化设备数据、PDA数据和GPS数据等。2）数据传输通过无线传感网、GPRS、3G网络、以太网把各类数据传到企业服务器进行分析处理。3）数据处理数据处理包括数据计算、数据存储、数据交换和数据分发，完成终端数据与前端应用数据的交换过程。4）信息应用通过处理的数据根据需要分发至各种应用系统，触发自动控制或者供生产业务系统使用。2.2禽类养殖以养鸡场为例，物联网智能养殖的典型配置2-1养鸡场架构图2.2.1硬件设置概述无线网关：是无线传感器和无线联动控制设备的信息收集、控制终端，也是手机和这些家庭设备通信、控制的桥梁。所有传感、探测器将收集到的信息都通过无线网关传到授权手机、平板电脑、电脑等管理设备，另外控制命令由管理设备通过无线网关发送给联动设备。比如安装于鸡舍中的云红外入侵探测器侦测到有人闯入，则将闯入报警通过无线网关发送给主人手机，手机收到信息发出震动铃声提示，主人确认后发出控制指令，触发无线声光报警器发出报警，即使自己不在时，安保人员也能及时收到警报进行处理，确保财产万无一失。无线温度湿度传感器无线温度湿度传感器的运用，可为您实时监测育雏室、育成室及蛋品库中的环境温湿度，通过无线ZigBee技术，还可与室的暖风扇或通风设备相连接，当环境中温湿度超过或低于设定值时，自动打开或关闭相关设备。如果您不能时刻呆在养鸡场的话，物联网智能养鸡场系统通过设置，还可将育雏室中的温度数据传输到您的电脑或手机上，以便您随时了解，根据实际情况进行调整。无线墙面开关/调光开关该开关可直接取代传统的墙壁开关面板，通过它不仅可以像正常开关一样使用，更重要的是它可以和养鸡场中的所有物联网设备自动组成一个无线传感控制网络，可以通过无线网关向其发出开关、调光等指令。根据具体实际情况，选择开关或调节不同区域的灯光，可最大程度上为您节省能源。在鸡舍及蛋品库中安装物联无线调光开关，可根据周围环境变化，结合物联无线红外入侵探测器，自动调暗或打开灯光，节能更环保！无线智能插座：主要用于控制电器设备的开和关，通过它可以自动启动排气扇排气。这在炎热的夏天，对于规模庞大的鸡舍，无疑是极大的福音。它还可以控制任何你想控制的电器，只要将电器的插头插上无线智能插座即可，比如排气扇、空气净化机等等。无线红外转发器这个产品主要是用于养鸡场可以被红外遥控器控制的设备，通过无线红外转发器，你可以经由手机远程遥控空调等设备，它可以将传统的电器立即转换为智能电器。云红外入侵探测器除了最大程度上保障蛋鸡的正常生长外，一个安全的防卫系统也是我们不可忽视的。物联云红外入侵探测器，更精确地捕捉人体发出的红外射线，在有人靠近其工作区域时，便会发出无线报警信号，触发相关设备报警，并可按设定自动开启入侵区域的灯光吓退入侵者。同时，通过无线网关，经过我们贴心为您设置的手机，也会第一时间收到报警，及时阻止您的财产安全受到威胁。无线空气质量探测器当空气中某些特定气体（如CO2、CO、VOC等）浓度超过系统设定值时，便会对蛋鸡的健康产生一定的影响，在鸡舍和育雏、育成室中安装无线空气质量探测器，便可将检测数据随时发送到您的手机或电脑，通过物联网智能养鸡场系统设置，可自动打开或关闭鸡舍中与之相连的排风扇等通风设备，最大程度上提高空气质量。无线烟雾（火警）探测器：在鸡舍、育雏（成）室、蛋品库中安装无线烟雾（火警）探测器，用于探测火灾，可有效探测周围空气中烟雾浓度，当浓度系数超过安全阙值时，就会第一时间报警，报警信息会在第一时间传送到智能监控平台，也可同时发送到手机上，以便我们及时采取措施。同时，它还配备置温度感应器，当鸡舍中温度超过65℃时，也会发出报警信号，触发相关设备报警。贴心的双保险，旨在为您打造更高安全系数的智能化养鸡场！无线光照传感器晒太阳能促使鸟类自行生成维生素D，而维生素D帮助对钙的利用和吸收，钙是蛋壳的重要组成部分，所以晒太阳可以正常产卵，避免软壳蛋，再者，蛋鸡是白天吃食的，光线一暗淡就停食了，为了促进小鸡的生长，补充足够的光照是必然的。在鸡舍中安装无线光照传感器，可根据室光线的强弱，结合无线墙面/调光开关自主选择关闭或打开鸡舍中的补光灯，更好的节能环保。尤其在冬季，日照时间缩短，充足的光照保证，让您最大程度的获利。无线流量计通过在鸡舍中安装无线流量计，可对鸡舍中任一时段的给水量记录存档，方便我们以后对蛋鸡饮食习惯的比较调查，同时结合无线墙面开关、无线网关，我们就可以直接在手机或电脑上选择关闭或打开喂食喂水系统，省时更省力。无线氨气传感器：在鸡舍中安装无线氨气传感器，可随时检测空气中氨气浓度系数，并将相关数据发送到手机或电脑上，通过设置，可自主打开或关闭蛋鸡粪便清扫系统，保持鸡舍空气良好的同时，减少细菌滋生对蛋鸡产生的影响。无线中继器无线中继器，它能有效连接物联Internet通信网关和超出物联Internet通信网关有效控制区域的其它ZigBee网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。3G无线路由器出于对规模及环境质量的需求，不少的养鸡场会选择建在偏远之处，选择安装3G无线路由器可在地理环境极度受限的情况下保证物联网各设备的畅通运行。2-3效果应用图2.3禽类养殖核心应用流程禽类养殖的核心业务是围绕养殖户来完成的。与养殖户签定养殖合同是业务的开始，后续由公司提供鸡雏、饲料、药品、打苗防疫等工作，养殖期间发生的鸡雏款、饲料款、药品疫苗款、运费等相关费用由公司垫支。饲养周期结束公司对成鸡进行收购，再与养殖户进行款项结算。结合核算特点开发的养户管理模块，实现了从签定合同开始的放雏、送料、药品销售、打苗、毛鸡收购到结算单的全部业务核算流程，使每个养户从购进鸡雏开始，就得到了养殖全程管理和规划，每个阶段喂养什么料？喂多少？到哪天打什么疫苗等全部业务统一管理。养户的每一批养殖成本准确地放映在系统上。对每一个养户的每一次领料、领料、疫苗防疫等业务，在电脑上都有完整的记录。2-4养户管理流程图

第三章栽培业3.1物联网在果园中的利用3.1.1当前形势为实现对果园环境因子实时、精确的远程监测，研制了基于物联网的果园环境信息监测系统。如图1-1，该系统为物联网实施的原理。3-1物联网实施系统在汶川县根据自然条件和资源优势，大力发展了特色水果、茶叶、无公害蔬菜生产基地。目前已基本形成了南部茶叶、猕猴桃两大产业带，北部以甜樱桃为主的特色水果产业带和无公害蔬菜产业带，培育了各类特色农产品基地近6万亩，其中在威绵地区建立了以甜樱桃为主的优质特色水果基地1.5万亩；在漩映地区建立了猕猴桃生产基地6000亩；建设茶叶基地8500亩；建立了以威绵地区为主的优质无公害蔬菜基地3万亩。注册了“岷江牌”、“西羌牌”蔬菜、水果商标，认定了无公害农产品生产基地面积5.1万亩，大白菜、莲白、花菜、莴笋、萝卜等6个蔬菜被认证为无公害农产品，获得了甜椒、甜樱桃绿色食品标志的使用权，特色农业已成为农民增收的主导产业，其收入已占农户现金总收入的50%以上。以下就以汶川漩映地区猕猴桃生产种植基地为例，将分别探讨物联网应用于果园中，对其环境、温度、土壤、节水灌溉以及果园的防盗报警系统的作用以及影响。3.1.2果园环境的采集和监控果园农业是现代农业的重要组成部分，果树的生长环境参数直接影响了果树的产量，所以对果园环境参数进行监控具有重要意义。目前，智能化环境参数监控技术已经在国外果园获得了广泛普及和应用，通过在果园配备控制计算机，并采用专家系统对环境自动调节，从而创造出适合果树生长和发育的条件，取得了良好的经济效益。目前对果园进行自动化数据采集和监控的国外研究主要有：通信协议对葡萄园进行环境参数采集，但整体功耗大的缺点。基于无线网络和GPRS开发了果园监控系统。设计了基于MSP430F149和CC2420的节点，但其设计的节点具有成本高、功耗大的缺点。上述工作均从不同的角度对果园的环境参数采集和监控方案进行研究，具有重要的意义，但也存在着功耗、体积、成本等方面的不足。从提高节点的通信能力、减少能耗的角度出发，力求设计一种低成本、低功耗的适合果园环境的无线传感器节点，实现尽可能地延长节点和无线通信网络的生命周期。针对汶川漩映地区猕猴桃生产种植基地进行了应用示，对汶川漩映地区猕猴桃生产种植提供技术支持。该系统可快速测量并记录土壤、环境和作物在不同时间生长与区域分布上存在的差异，帮助人们精确地研究被测农田的作物产量、品质与农田土壤、环境信息间的确切关系，为定量定点精确施肥、杀虫与环境控制等提供决策支持，促进高效生态农业的实现，实现成本最小化、产量最大化和品质最优化，促进物联网技术在农业中的应用。3.1.3果园对土壤的采集和监控土壤水分是土壤的重要组成部分，是农作物生长过程与产量的重要影响因素。土壤水分的测量是精细农业中实施节水灌溉的基础，对节水灌溉起着指导性作用。而且通过测量土壤水分还能及时了解土壤墒情，对作物需水规律的研究也具有重要的现实意义。猕猴桃是汶川经济地位最重要的果树之一，其种植面积和产量均居川前茅，已经成为汶川经济的一大支柱产业，但汶川单位面积的产量一直处于较低的水平，远远低于国外。猕猴桃生产实践证明:水利条件直接影响着猕猴桃的产量和品质。因此，根据土壤含水情况对猕猴桃园实施精确灌溉，对提高猕猴桃的产量和品质有着重要的意义。而猕猴桃园土壤水分信息的实时获取，就需要利用土壤水分传感器技术。作为土壤水分检测的关键技术之一，土壤水分传感器技术的研究近年来取得了一定的发展，出现了很多新方法，但由于土壤本身的复杂性，使得任何一种测量方法都存在一定的误差，这就给土壤水分传感器技术和方法的研究留下了很大的空间。在农业信息化建设的实践中，信息采集技术是不可或缺的重要环节。目前，基于传感器的现场数据信息采集要有有线和无线2种模式，考虑到成本的原因，在采集点分散或远距离的野外，有线模式遇到了瓶颈，而无线通信技术为其提供了重要支撑，并开始应用于土壤水分的无线数据采集。利用无线通信技术与上位机进行通信，实现测量数据的无线传输，既可使上位机能实时地获取橘园的土壤含水情况，又可为上位机的灌溉系统提供决策依据。3.1.4果园的防盗报警系统近年来，随着农业电气自动化的快速发展，农业生产对电子设备的需求领域逐渐变宽，在喷药、浇灌、温湿度控制等方面的电子产品技术趋于成熟。对于防盗报警方面，其产品主要在家庭保安以及银行、商场等有特殊保安要求的场合应用广泛，但用于农业生产方面的产品较少。传统的果园防盗报警产品，多采用四周布线方式，应用断线报警原理，达到防盗目的，但布线工作量大且容易暴露。断线成本迅速提高，因此设计一种经济实惠、操作方便的防盗报警系统将对农业生产具有一定现实意义。合理运用单片机控制技术与无线通讯技术相结合，研制出一种使用性强、成本低廉的智能防盗报警系统，以满足农田管理的需要，使其物联网在果园防盗方面得到充分的运用。3.2物联网在蔬菜大棚方面的效用3.2.1智能种植较于普通种植优势为了提高城乡居民的物质生活水平及蔬菜种植的现代化管理水平，降低菜农的种菜成本、降低蔬菜价格和提高蔬菜的质量，我们着手讨论并设计了智能化蔬菜种植管理系统。该系统主要运用温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器和摄像头，对蔬菜的温度、湿度、缺水、缺肥、病虫害和长草进行检测，并将一系列数据通过物联网技术传到PC机上进行分析、管理及远距离测控，构成多个蔬菜大棚的综合监控网络，本系统具有良好的安全性、可靠性和实用性等优点。物联网技术是在互联网技术基础上延伸和扩展的一种网络技术，它将物体本身与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。4-1智能系统构成图3.3智能化种植系统的应用3.3.1智能种植较普通种植的优势该平台利用物联网技术和通信技术，将大棚种植中的关键要素：空气的温度、湿度及土壤的温度、湿度等数据通过各种传感器动态采集，并利用中国移动的网络通讯技术，将数据及时传送到智能专家平台，使设施蔬菜管理人员、农业专家通过电脑、手机或手持终端就可以时刻掌握农作物的生长环境，及时采取控制措施，预防病虫害，提高蔬菜品质，增加种植效益，同时把有限的农业专家整合起来，提高了大棚的指导和管理效率。利用该系统，实现了对设施蔬菜的信息化管理，提高生产质量和管理效益：

1）精确测量设施环境，利用实用、先进的技术手段帮助农民提高生产质量。

2）提高对病虫害的监控水平、预测水平，减少农药使用量。

3）建立科学的生产环境数据库，可以帮助专业生产企业，管理和研究机构等单位强化管理手段。

3.3.2智能化蔬菜种植系统功能实时采集大、管理报表、专家分析、专家互动、实操管理等栏目，平台基于互联网访问和管棚的环境因子，包括：空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过GPRS网络传输到设施农业智能专家系统，为数据统计分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动告警。蔬菜智能专家平台设置了温室分布、温室实况、病虫害预警、成熟度预报、作物模型库、管理报表、专家分析、专家互动、实操管理等栏目，平台基于互联网访问和管理。主要功能如下：1）监测和告警：对温室大棚实时监测和告警时基于物联网的设施农业智能专家系统的基本功能，使用无线传感器可以实时采集大棚的环境因子，包括：空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过GPRS网络传输到设施农业智能专家系统，为数据统计分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动告警。2）病虫害预警监测：影响大棚病虫害发生的关键因子，建立设施农业病虫害发生模型，利用智能算法，实现对病虫害预测预报，并进行有针对性的防治指导。3）植物成熟状况预报：根据农作物生长积温模型预测植物各个生长期发育成熟程度，可收获程度。4）远程设施控制系统：监测和告警对温室大棚实时监测和告警时基于物联网的设施农业智能专家系统的基本功能，使用无线传感器可以通过，远程控制农业设施，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备远程控制，实现农业设施的远程手动/自动控制。5）远程生产指导系统：根据农作物生长模型库，对大棚实时环境监测数据对比分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限系统自动告警。6）综合管理活动评比：通过植物生长适宜时间累积，病虫害适宜时间累积，及生产活动跟踪状况对大棚管理情况进行排名。7）远程生产活动跟踪：系统根据现场活动监测终端的报告，跟踪特定生产活动完成的情况。8）产品跟踪服务系统设施农业智能专家系统管理系统可以支持对温室生产的农业产品进行跟踪，提供产品溯源服务。9）客户关系管理：系统支持专业农业生产企业对客户关系管理的需要，为用户提供客户数据库服务，从而提高用户的销售能力。3.3现代化大棚绿色蔬菜栽培控制3.3.1温度控制为了使蔬菜能够适应反季节种植，利用温度传感器对采集到的温度数据信号经放大器放大后送入单片机对温度数据进行比较，如果蔬菜温度过高，则打开大棚的风窗信号，增加通风量使其温度下降；当打开所有风窗温度仍然过高时，控制单片机输出风扇降温信号，使风扇运转加快散热降温，以此来实现对大棚温度智能化控制（大棚温度设置要根据种植的蔬菜种类而定）大棚温度控制原理图见下页。3.3.2灌溉控制为了节约用水和更加科学的灌溉，利用土壤湿度传感器对种植蔬菜的土壤进行湿度采集采集到的土壤湿度数据经放大后与存储在存储单元设置的土壤湿度数据进行比较，如果湿度太小，过于干旱，这时控制单片机输出高电平，湿度控制管饱和连通，点阀门吸合，给架设在蔬菜上方带有微孔的供水管供水，同时给水加压，再调节供水管压力，使其形成滴灌形式。通过增加水柜（有压力传感器和压力泵）压力提高地税的速度和灌溉。因此，根据不同季节、不同蔬菜设置土壤的湿度相应控制值，就能使蔬菜能在最适宜的土壤湿度下生长。4-2大棚温度控制原理图4-2大棚温度控制原理图3.3.3施肥控制为了使蔬菜生长良好以及让蔬菜口感更好，除了根施有机肥外还要适时追施水肥，根据菜农长期种菜的实践经验，在生长期用复兑水喷施效果显著。本设计采用施复水施法、肥水和面积的关系设置如下表所示：4-3关系表如果施复，要隔一个星期才能施其他肥，因为复中含有氮、磷、钾和其他植物生长所需要的微量元素，因此，施复比施其他肥效果更好，但蔬菜不能施含氯的肥料。4-4智能化施肥的控制主程序流程图3.3.4虫害控制系统由于蔬菜的生长期不长，如果对蔬菜使用化学农药杀灭害虫难免会在蔬菜上或多或少的残留农药，会对人体产生一定的副作用，应尽可能不使用化学农药杀灭蔬菜害虫。被设计采用三种绿色杀虫法，如下：1）减小蔬菜病虫害发生，在通风窗加纱窗、避害虫飞入棚，同时利用害虫的趋光性，用诱虫灯杀灭害虫；2）采用鸟除法，就是在每个大棚养5-6个鸟，让鸟去吃害虫从而达到灭虫子的目的；3）采用辣椒水除虫法：采用3kg/667m2,10kg煮沸20分钟，冷后加水100kg，喷雾可杀死多种害虫。为了对蔬菜虫害的识别，在喷管的斜上方（比喷管高0.2-0.3cm）安装一工型塑料滑槽，USB摄像头用小车驱动滑行在滑槽上（USB摄像头朝向蔬菜），对蔬菜进行图像采集，经USB数据线送入单片机进行图像识别，识别出蔬菜虫害的种类和受害程度，并把信息通过接口电路发送到pc机或给管理员的手机上，管理员根据害虫相关数据选择杀虫方法。为了提高图像识别的准确率，通过对蔬菜病害、虫害和杂草特点的分析，蔬菜的虫害和杂草采用图形识别，病害采用颜色识别。3.3.5精密智能化除草犹豫蔬菜的植株距离较小，使得精密除草都没有像玉米、小麦、甘蔗方便。因此，除草器必须设计得小巧方便，才能在除草过程中不损害蔬菜。根据平时手工法在温室大棚对蔬菜除草时发现，杂草一般比较幼小，利用智能化夹除草器把杂草除掉，其智能夹除草器结构示意图如下：4-5除草器结构示意图3.4远程控制3.4.1远程控制组成4-6远程控制的硬件组成框图3.4.2远程控制工作基本原理用短信息对大棚蔬菜栽培控制时，首先将SIM卡插入SIM卡座上，同时把手机存入单片机的存储单元，用来识别控制者的身份。大棚蔬菜类栽培控制终端通过GPRS/GSM网络向手机发送蔬菜缺水、缺肥、虫害、病害通知；另一种是管理者通过手机查询。为了降低生产成本，对温度、湿度和土壤湿度采用实时监控，对病虫害采用每天早晚两次常规检测，当出现病虫害时，in4信号输入到单片机，单片机获得的地址码，单片机的RXD和TXD脚把信号送到GR47模块，在通过GPRS/GSM网络把相应信息以短信方式发送到管理者手机上。同样，管理者可以通过发短信的方式查询病虫害的情况。3.4.3蔬菜智能专家服务为保证设施蔬菜智能专家平台的应用效果，我们在网上邀请丰富经验的蔬菜专家作为平台的技术支撑，针对白菜、番茄、莴笋等主要品种进行示应用，为大棚户安装大棚监控感应设备，实时监控种植数据，并把大棚温湿度数据发到用户手机，以达到预期的示效果。我们按照农业管理者、农业专家、合作社、农户的不同身份，分级分配不同的管理账号，如：合作社登陆后就可以看到本合作社的蔬菜大棚监控分布、生长情况，病虫害发生概率、成熟度及采取的种植管理措施等；大棚数据每10分钟采集一次，大棚户可以通过手机接收某个时间段的蔬菜温湿度信息，还能收到农业专家针对大棚“一对一”的指导信息，实现对蔬菜大棚的智能管理。4-7业务流程图3.5绿色蔬菜全程信息化管理、

传感器信息采集4-8传感器信息采集示意图4-9物联网应用图我们除了在大棚蔬菜种植上进行了信息化应用，还积极探索出绿色蔬菜销售市场，从蔬菜种植、流通、消费各环节的全程信息化管理模式。在蔬菜流通环节，根据蔬菜不同棚室信息，直接生成包装盒条形码，条形码置蔬菜生长、管理、环境参数、价格信息等参数。在配送车辆流通过程中，可通过移动GPS定位系统实时监控车辆状态，送货信息通过短信方式实时告知终端用户。在蔬菜消费环节，对于蔬菜直供社区居民，由移动与农业合作社、相关软件支撑公司合作，提供蔬菜直供配送箱，配送箱通过社区用户会员卡进行管理，会员卡刷卡可打开蔬菜配送箱，直接获取订购绿色蔬菜，消费者可以在电脑上输入蔬菜包装条码，查询蔬菜生长绿色履历，包括来自哪个基地、哪个大棚，是怎样管理的等等信息，这样消费者就可以放心食用。项目实施成功后市民便可以象订报纸订奶一样订购来自汶川的新鲜绿色蔬菜，保证吃上绿色放心蔬菜。

4-10无线感应器4-11信号传输终端3.6农作物硬件设置甜玉米：3.6.1甜玉米简介形态特征：甜玉米是菜用玉米的一个类型。一年生谷类植物，叶窄而大，边缘波状，于茎的两侧互生。雄花花序穗状顶生。雌花花穗腋生，成熟后成谷穗，玉米具粗大中轴，小穗成对纵列后发育成两排籽粒。谷穗外被多层变态叶，称作包皮。籽粒可食。因其具有丰富的营养、甜、鲜、脆、嫩的特色，口感好甜度高，纤维少而深受各阶层消费者青睐。但由于甜玉米的糖分含量高，易受感染病虫害，因此，常在喇叭期通过喇叭口向灌施农药，以预防病虫，提高产量。生产5-1甜玉米上，常在喇叭口套袋，以防止串粉，保证基因的纯正。生长环境：甜玉米喜温，种子发芽的最适温度为25～30℃。拔节期日均18℃以上。从抽穗到开花日均26～27℃。灌浆和成熟需保持在20～24℃；低于小麦产业链的发展是一个集小麦生产业、制粉业、食品加工业、市场营销业于一体的系统工程，任一环节的滞后都将严重制约整个产业的发展。小麦产业的发展壮大是建立在不断提高附加值的基础之上的，如果没有较强的不断创造附加值的能力，小麦产业的发展就无从谈起。从长远看，小麦产业链中的原料小麦生产业、制粉加工业、食品加工业等各产业间是一种共生共荣、高度依存的关系，只有确立起系统发展的理念，加强各产业链节间的紧密协作，小麦产业才能健康发展，这是小麦产业今后发展的必然趋势。因此，优质小麦的规模化发展，是发展小麦产业链根本保证。优质小麦规模化发展，可以整体提高小麦的产量和质量，为下游加工企业提供优质的原材料，延长小麦产业链条。以莲化味精为例，假设我公司与莲花味精建立合作伙伴关系。公司向莲化味精提供优质的小麦，通过莲花味精加工出许多工业企业的原材料，同时其生产出来的废液可以加工成有机肥料，重新返回土地，实现生态循环。5-2小麦产业链示意图3.6.2监测系统主要有以下几点需求：（一）植物监测仪器不能对植物体及其生态环境造成破坏。因此，监测仪器必须体积足够小，尽量采用隐蔽形式部署；（二）对于濒危植物的监测可以脱离传统监测系统的传感器硬件设计和节点部署以及传感网络组织形式；（三）传感器节点及其系统设计需要满足濒危植物监测数据特性。监测数据包括气象数据、土壤数据、图像数据采集，并需要具备对于与植物监测相关的突发事件监测和处理功能。（四）监测系统各节点之间互不干扰，监测的数据应能排除外界偶然因素的影响。上一级端点应能及时发现下一级的故障情况并向上反映，并具备处理突发状况的备用设备。监测传感器节点设计架构如下图所示：5-3监测传感器节点设计架构图3.7利用数学原理对植物生长环境进行预测基于物联网技术的监测系统只是对珙桐现阶段的生存环境作出判断，给科研人员提供相关数据，来保证植物目前的生存环境是否适合植物的生长，但并没有给出濒危植物在未来一段时间的分布趋势。我们所需要的是在植物生长过程中对其进行全方位的保护，因此需要将记录的数据进行计算得知现有环境在一段时间是否符合植物的生长需求以及在未来的时间里植物的长势及分布情况。这里借助数学上的分类回归树（CART）算法对已记录数据进行据算进以分析濒危植物的生长趋势。CART(ClassificationAndRegressionTree)算法采用一种二分递归分割的技术，将当前的样本集分为两个子样本集，使得生成的决策树的每个非叶子节点都有两个分支。该模型广泛用于模拟分析物种分布的生态位模型和分析气候变化对物种分布影响的方法，采用该模型模拟分析气候变化对濒危植物分布的影响，可以利用所有监测到的数据，并作出合理准确的分析。例如最小节点数选择10，节点偏差选择0.010.由于CART模型模拟计算的物种分布信息是以概率的形式反映的，概率值越高表示物种越适宜分布，可以以分布概率>0.50作为物种一般适宜的标准。CART是一种优良的决策树算法，其采用基于最小距离的基尼指数估计函数。这是因为基尼指数可以单独考虑子数据集中类属性的分布情况，用来决定由该子数据集生成的决策树的拓展形状。CART创建简单二叉树结构对新事例进行分类，这样可以有效地处理缺失数据，尤其对于分类与预测时更好。并且CART方法中有贝叶斯分类的特征，使用者可以提供主观的分类先验概率作为选择分类的权重，则CART在获得最终选择树前使用交叉检验来评估候选数的误分类率，能够较为准确的处理和分析出植物未来的分布趋势，对植物的集中保护很有帮助。第四章风险评测4.1不可规避因素应对法由于本方案的大多数器材均安防布置在室外，容易遭受雷电、雨水、人为损毁等不可规避的因素所以针对本方案，特制定了相关应对方法：1.雷电对金属设备的损害应对以监控设备为列：1)视频监控系统的组成一般由以下三部分Ⅰ.前端部分：主要由摄像机、镜头、云台、防护罩、支架、解码器等组成。Ⅱ.传输部分;使用电缆、电线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。Ⅲ.终端部分：主要由画面分割器、监视器、控制设备、录像存储设备等组成。2)视频监控系统遭受雷击损害的主要原因Ⅰ.直击雷：雷电直接击在露天的摄像机上造成设备损坏或雷电直接击在架空线缆上造成线缆损毁。这种雷击方式造成的破坏最严重，但出现机率比较小。Ⅱ.感应雷：又称二次雷，它分为电磁感应和静电感应。当附近区域有雷击闪落时，在雷击落实通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势，这种现象叫电磁感应;当有带电的雷云出现时，在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的电荷，这种现象叫静电感应。感应雷造成的设备损坏没有直击雷造成的破坏大，但出现的机率十分高，约占现代雷击事故的80%