感知龙虾-智慧盱眙物联网系统

PAGE“感知龙虾，智慧盱眙”物联网综合系统方案中科怡海高新技术发展股份公司2011年12月PAGE2目录1项目意义和需求 12项目目标 23建设原则 24总体方案 44.1系统总体架构 44.2智能感知监测点构建 44.2.1功能与性能 44.2.2框架结构 54.2.3技术实现 54.3通信网络 94.4智能管理应用系统设计 104.4.1功能与性能 104.4.2框架结构 134.4.3技术实现 155实施内容及计划 165.1建设内容总结 165.2实施计划 176项目概算 181项目意义和需求龙虾产业是盱眙的特色产业盱眙已形成了以龙虾养殖业、餐饮业、食品加工业、化工业、进出口业的特色产业链，龙虾产业已成为盱眙经济发展的支柱产业和全县农渔民增收致富的重要产业。该县自1999年开始，就率先在全国开展龙虾人工养殖试验研究，经过十余年的示范推广，2008年龙虾混套生态养殖面积已达15.6万亩，面积增幅比例、增长率居全省第一。年产龙虾16万吨，其中高效养殖5.1万亩，年产龙虾10万吨，亩效益平均2200元以上，占全县高效渔业总面积的78.4%，成为高效农业发展的新的主导产业，创产值20亿元。盱眙龙虾的市场名气，还引来更多客商投资。2008年，全县共引进各类农业项目92个，实现农业增加值21.9亿元。

盱眙龙虾产业链条，在从一产延伸到二产、三产中拓展增值。目前，全县已发展龙虾加工龙头企业7家，年加工龙虾产品能力达8000多吨。该县多家龙虾甲壳素企业生产的产品，附加值数倍于出卖原料产品。发展以“十三香”龙虾为特色菜肴的大小餐馆近千家，其中龙虾烹饪名店近百家。开发龙虾系列烹饪加工产品达30个，在全国发展会员单位和龙虾加盟店达900余家，遍布全国二十余个省市，而打着“盱眙龙虾”旗号的餐馆则不计其数。龙虾养殖业是整个龙虾产业链的基础和根本，而目前随着科技的发展以及工业污染、农业面源污染以及水系生态平衡逐渐恶化，对于龙虾的产量与品质都产生了巨大的影响。所以建设一套湖泊、河塘的监控系统可以有效的监测水系的情况，提高灾害的预警水平有着迫切的需要。目前信息化水平已经普及，而且随着2009年国家提出物联网的概念，使用各类传感器对于生态环境的监测已经有了相当规模的模型。利用物联网技术，形成一套龙虾养殖的环境数据监测、网络快速传输、后台有效管理、信息及时传送的机制，然后再利用这些数据进行分析，结合一定的预案对各种设备对水体进行改善的综合管理系统。而且还可以由系统自动帮助龙虾养殖环境的控制，提高灾害的预报水平，提升应对能力，给养殖户带来巨大的经济利益。2项目目标利用物联网技术完成龙虾养殖物联网综合平台的建设，实现对龙虾养殖水系水质的实时在线监测、监视和预警；提高灾害预警能力和效率。将监测的水质参数与龙虾的生长、疾病的繁殖相结合，分析水环境对龙虾养殖业的影响，保障龙虾养殖行业的正常生产，提升水产养殖产品的品质与产量。具体建设任务：（1）建设龙虾养殖水系环境监测系统；（2）建立一套有效的数据传输机制，保证数据有效传输；（3）建立一套视频监控系统；（4）建立一套数据接收系统（5）建立一套物联网管理系统，实现实时数据显示，历史数据查询，数据分析及感知设备校验系统。3建设原则（1）统一性原则本项目由多个子系统组成，按照统一性原则把各部分的信息整合在一个应用平台，实现信息统一应用和共享。（2）先进性和成熟性原则按照“先进实用、高效可靠”的原则，采用现有成熟技术和产品，充分利用现有公用通讯网络，使系统具有先进性和较长生命周期。（3）兼容性原则应充分考虑与其他系统兼容性，实现各子系统的高度兼容，确保信息共享。（4）稳定可靠原则系统以无故障运行为目标，从系统结构、技术措施和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统具有良好的稳定性、安全性和扩展性。（5）标准化原则系统采用国家标准和水利行业标准，保证系统的开放性、兼容性和经济性。

4总体方案4.1系统总体架构系统部署与组成为了监测养殖场水体情况，在池塘水面建立现场监测站。水面现场监测站的实际部署位置设计根据盱眙龙虾养殖场的现场环境设置。根据水体监测的分布，设置实际的水面现场监测站的位置。从系统部署的角度看，盱眙龙虾养殖环境监测物联网系统主要可分三个部分，分别是水质监测点、养殖场环境监控站和中心机房建设组成。4.2智能感知监测点构建根据龙虾养殖场的环境，采用立杆式水质监测站，实时监测水质参数，提高水质预警的实时性，为保障水质安全提供技术服务。4.2.1功能与性能系统主要包括立杆装置、水质监测设备、视频监控设备、数据采集传输设备、供电设备等组成。监测水温、溶解氧、pH、浊度、氨氮等参数，监测的数据通过无线方式实时传送到中心站。（1）自动采集在线自动采集水温、溶解氧、pH、浊度、氨氮等参数；监测频次和工作方式可以远程设置；本地存储1个月以上的监测数据。（2）数据传输立杆式水质监测站采用定时自报或召测工作方式；自动采集的水质信息通过无线方式传送到中心站；立杆式水质监测站能接收中心站发出的远程控制指令。（3）现场服务实时视频监控，可360°监控龙虾养殖场周围及池塘环境，当设备故障、异常、监测数据超限等情况发生时，进行自动报警，同时将报警信息发送中心站。4.2.2框架结构立杆式水质监测站的基本结构见图立杆式水质监测站结构示意图4.2.3技术实现立杆式水质监测站主要由多参数水质分析仪、视频监控设备、数据采集仪、通信设备、供电设备及辅助设备等构成。多参数水质分析仪（1）多参数水质分析仪构成多参数水质分析仪构成如表5-9所示。多参数水质分析仪包含主机、温度传感器、电导率传感器、pH传感器、溶解氧传感器、自清洗浊度传感器、蓝绿藻传感器、氨离子传感器组成。多参数水质分析仪构成表序号设备名称规格型号单位数量1多参数水质分析仪包括主机、温度、pH、溶解氧、浊度和氨离子等传感器套1（2）多参数水质分析仪技术要求多参数水质分析仪可用于地表水、地下水、水源水、污水口、饮用水、海洋等不同水体在线监测溶解氧、pH、温度、浊度、氨离子等参数。主机参数：1）最大深度：225米；2）操作温度：-5到50℃；3）12V直流电池供电；4）计算机接口：RS232、SDI-12、RS485；5）内存：可存储大于100,000条测量值。温度：热敏电阻法1）范围：-5到50℃；2）精度：±0.10℃；3）分辨率：0.01℃；4）方法：热敏电阻法。溶解氧：荧光法溶解氧1）范围：0到50mg/L；2）精度：≤20mg/L时为±0.2mg/L>20mg/L时为±0.6mg/L；3）分辨率：0.01mg/L；4）方法:GB11913-89（电化学探头法）。pH：玻璃电极法1）范围：0到14个单位；2）精度：±0.2个单位；3）分辨率：0.01个单位；4）方法：玻璃电极法、参比电极可填充。浊度：符合ISO7027的光学法，带有自清洗刷1）范围：0到3000NTU；2）精度：100NTU以内为±1%，100到400NTU为±3%，400到3000NTU为±5%；3）分辨率：400NTU以内为0.1，400到3000NTU为1.0；4）方法：光学法、耐磨擦的石英表面。氨离子:1）范围：0到100mg/L-N；2）精度：大于读数的±5%或±2mg/L-N（常规）；3）分辨率：0.01mg/L-N；4）方法：离子选择电极。实时视频监控功能与性能在立杆式水质检测站上方图像监视站，实时监视监测站附近情况，主要实现以下功能要求：（1）实时视频传输按照预先设定的视频格式及相关配置要求实时传输监控视频（2）远程控制中心站根据需要对图像监视站进行远程控制，发送远程控制指令，如修改采集时间和间隔，控制现场图像监控终端实时采集图像并传输。（3）日夜转换能自动进行日夜转换，白天采集彩色图片，夜晚采集黑白图片。（4）高清晰图像具有宽动态、低照度、解析度、强光抑制功能，保证图片具有高清晰质量，满足水质监视的要求。主要设备：摄像机监视点位于野外，难以避免背光情况；监视的对象是水面水质分布情况，要求图像资料分辨率高；拍摄水面时会存在反光的现象，且需全天候工作，所以现场监视摄像机需具有高分辨率、低照度、宽动态范围、强光抑制等功能。摄像机主要技术指标要求如下：1）制式：PAL；2）总/有效像素：≥470K；3）水平解析度：≥540TVL（彩色）；4）信噪比：≥50dB(AGCOff)；5）最低照度：彩色:小于0.5Lux，黑白:小于0.06Lux；6）视频输出信号：1Vp-pComposite(75Ω)；7）日夜转换：支持；8）宽动态：≥72dB；9）白平衡：自动/键控/手动；10）强光抑制：有；11）电源：DC12V/AC24V；12）功率：≤5W；13）工作温度/湿度：-10C～50C/20%RH~80%RH。工作方式根据现场条件，数据传输方式采用5.8G网桥无线通信方式，供电方式采用市电供电。水质监测参数可以通过定时发送的方式，即按照预先设定的时间间隔采集水质数据，并将采集的数据传输到中心站。也可以根据需要进行远程控制，在中心站发送远程控制指令，控制现场数据采集终端实时采集数据并传输。视频监控采用实时传输方式，以便工作人员实时参看水体及周边环境。4.3通信网络在本项目中，根据实地环境及监测点的位置与中心机房的关系，使用无线网桥通信。而中心机房接入互联网，发布应用系统，供养殖场及管理部门使用。产品描述：

5.8GHz802.11a/b/g高带宽（54Mbps）室外型远距离无线AP/无线网桥和BridgeRouter设备。它的发射功率高，接收灵敏度高。大功率可提高通信距离与AP的覆盖范围。

它的距离可达到1到3KM。并且有信号强度指示灯，可显示接收与发射信号质量。该产品还提供POE供电方式，方便安装与使用。无线安全方面,它能通过64/128-bitWEP加密数据，或者WPA/WPA2.还可以同时使用MAC地址过滤及用户隔离,可使接入无线AP的用户相互隔离。

具体功能：

◆54M高速无线连接

◆符合IEEE802.11a/b/g无线标准,支持5.8GHz和2.4GHz频段

◆发射功率输出最高达800mW

◆支持支持AP/客户端/路由桥工作模式

◆输出功率和传输距离可调(ACK)

◆支持WEP/WPA/WPA2/802.1x加密及认证方式

◆支持用户隔离(AP模式)，803.1d生成树协议，防止环路

◆支持MAC地址过滤，点对点(P2P)、点对多点(P2MP)无线连接和WDS分布系统

◆支持PPPoE拨号(路由桥模式)

◆支持SNMP远程管理，WEB页方式配置及固件升级(HTTP)

◆支持无线多媒体增强QoS(WMM)

◆支持PoE网线供电，兼容802.3af，IP65室外设计标准防水外壳

◆内置14dBi定向天线，通过硬件开关切换内置和外置天线

◆SMA天线接口，可以外接大增益天线4.4智能管理应用系统设计4.4.1功能与性能功能中心站应用系统主要负责各类监测数据的接收、处理和入库，并围绕各类监测数据进行相应的业务应用。中心站软件包括数据采集软件、水质数据接收软件，实时视频监控软件和物联网管理系统。数据采集软件数据采集软件完成对龙虾养殖水利监测参数的定时采集及实时传输。（二）水质数据接收软件水质数据接收软件是在对水质监测数据接收软件的基础上，进行扩展和完善。（1）监测数据接收完善数据接收模块，扩展消息队列，实现浮台水质监测站监测数据的实时接收。（2）数据校验完善数据校验模块，对接收的数据，设定每个监测指标数据的合理范围。（3）数据存储入库确定浮台水质监测站点的编码、经纬度等信息，完善数据存储模块，对新增数据按照已有的表结构进行存储。（4）日志管理完善日志管理程序，实现对新增数据的接收、校验、入库等日志进行管理和维护。（三）实时视频监控软件（1）视频实时查看对每台变焦摄像机的镜头进行变倍、聚焦控制，可对全方位云台的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下等方向进行控制和操作，可直接在画面上进行远方控制操作，实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深的调整，可以方便地实现对系统内的高速智能球型摄像机的控制，控制球机直接到预置的方向和观察角度（包括水平转动角度和垂直转动角度）。（2）考虑将来系统的扩展性，将系统预警与视频联动，进行预警抓拍、防入侵抓拍等。（四）物联网管理系统软件物联网管理系统软件主要完成监测数据的实时展示、预警，视频监控、历史数据查询、数据分析和感知设备自检控制等功能监测数据信息及预警实现采集数据的实时显示，并依据监测参数的警戒阀值进行报警，报警级别实现可配置，根据用户需求实现不同等级报警实时视频监控以嵌入网页的方式，将视频查看嵌入系统中，实现用户参看某个监测点监测信息的同时查看实时视频。（3）数据查询统计及分析实现基于监测站点的基本信息、水质信息、预警信息等的查询、统计等功能。1）数据查询实现各类监测站点实时监测数据和历史监测数据的查询功能，查询条件包括监测点名称、监测指标、时间范围等内容。2）数据统计及分析实现各类监测数据的统计、分析功能。统计条件包括时间范围、指标数值范围及特定值（最值、均值等）等。分析包括单站（多站）不同时段的指标变化情况、单站（多站）同一时段指标变化情况以及个参数与龙虾养殖及疾病爆发之间的关联性分析等。统计与分析结果以图表的方式显示，并可打印、输出。（4）系统设置实现系统各类参数的设置及权限管理功能。1）监测点信息设置实现站点站名、站码、类别、监测参数等信息的设置和维护。2）监测指标参数设置实现不同类别监测站点的监测指标设置功能。主要包括站点监测指标设置、监测指标上下限设置、是否超标预警等功能。3）用户及权限管理实现系统用户及用户权限管理。主要包括单位信息管理、用户管理、角色管理、权限设置等功能。性能系统的主要功能为数据接收和数据应用。主要性能要求如下：（1）及时性各类监测数据的接收显示分析及信息发布要及时可靠。（2）准确性采集、存储、应用等环节的数据精度应符合国家和行业的相关标准，解析结果和计算结果必须准确，成果数据应满足业务应用的需要。（3）可扩展性系统应具备较强的实时性、安全性、可靠性，并随着系统的覆盖范围扩大和功能的不断加强，应具有较高的可扩展性。（4）稳定性中心站的系统必须高可靠地运行，具有较强的容错能力。（5）易于操作和维护系统应满足不同层次人员使用和管理的需要。同时应便于系统管理人员进行维护。系统应具备一定的自维护能力。4.4.2框架结构中心站应用系统构成中心站应用系统由硬件设备和软件两部分组成。硬件设备主要包括路由器、应用服务器、显示设备及计算机终端，其中路由器、显示设备及计算机终端等设备可以利用现有设备；软件主要包括数据采集软件，水质数据接收软件，实时视频监控软件和物联网管理系统。中心站应用系统配置如下表。系统配置表序号设备名称单位数量1应用服务器套22数据采集软件套13水质数据接收软件套14实时视频监控软件套15物联网管理系统套1应用服务器主要技术参数：·CPU：Xeon55502.66Ghz8MB(L3cache)·内存：4GBDDR3·支持RAID5阵列·硬盘:146GB×3·冗余电源:Redundant675W·19寸，液晶显示器·三年免费原厂质保·中文Microsoftwindows2008操作系统总体构架中心站应用系统的拓扑关系如图所示：中心站系统总体架构划分为运行环境、数据采集、数据存储、应用支撑和业务应用五个层次，如图5.17所示。中心站应用系统总体架构水质数据采集软件、水质数据接收软件、实时视频监控软件位于总体架构的数据采集层，在运行环境层的支撑下，进行龙虾养殖场水质监测数据、图像监测数据、处理及存储入库。数据存储层主要负责各类监测、巡测数据的存储和管理。依据监测数据来源的不同，水质数据库主要用于存储立杆式水质监测站的监测数据。基于WEB信息应用软件位于总体架构的业务应用层，在应用支撑层的支持下，实现基于数据存储区域各类接收数据的业务应用。4.4.3技术实现软件应用架构：在应用架构中，软件划分为数据层、逻辑层和表现层三个层次架构，数据层包括数据采集存储层和数据处理层，逻辑层包括应用逻辑层和表现逻辑层，共形成五个层次结构。1）数据采集存储层主要负责数据的存储和基于数据层面的各类数据接口实现。采用数据对象及数据脚本实现。2）数据处理层主要负责数据的调用、校验、访问、转换等。采用数据库管理系统的相关工具和数据脚本实现。3）应用逻辑层主要负责各类应用集成、系统安全管理文件服务等。应用逻辑层采用Window