一年1000亿的产值,重写中国现代农业的新格局靠什么?

导 语:

随着社会的快速发展和国家政策对农业的大力支持,加之物联网技术的日渐成熟,物联网在传统农业领域的应用越来越广泛。农业是物联网技术的重点应用领域之一,也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。

农业农村部发布的《全国农业可持续发展规划(2015-2030)》中提到,到2020年,农业科技进步贡献率达到60%以上,主要农作物耕种收综合机械化水平达到68%以上,而这些都需要物联网技术的支持

近几年,物联网技术已被应用到农业的诸多领域,包括农业环境监测、温室大棚生产控制、节水灌溉、气象监测、产品安全与溯源、设备智能诊断管理等方方面面。

农业物联网,即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的物联网。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。

图片:东方IC

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。

近年来,互联网技术在农业领域得以广泛应用,农业生产管理人员可以便捷地获得各种市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信息等,综合管理生产过程。温室内部传感器、环境调控设备数量多、分布广,且温室地理位置偏远,面积广,现场环境恶劣,现场管理难度大、成本高,因此,从温室环境信息实时、远程监测和多因子自动控制的角度出发,借助互联网技术实现温室环境远程监测和干预调控,有助于提高农业生产的科技水平,推动农业现代化发展。

图片:东方IC

中国农业大学信息与电气工程学院杜尚丰教授团队研发的温室环境远程监控系统结构简单、操作便捷,监控过程中节点地址、测控周期、环境参数设定值等信息均可修改调整,系统维护成本低,通用性较强。

成果优势:

1.具有先进的智能控制算法,基于模型的优化控制,部分蔬菜可实现全自动管理化管理;

2.降低能耗,节约生产能耗50%;

3.采用嵌入式技术研发具有自主知识产权的环境调控设备价格低廉,非常适合普及,适合农民用户;

4.具有自主知识产权的温度、湿度、二氧化碳一体化传感器;

5.在何时何地,何以使用手机APP远程可以浏览温室环境和远程控制。

成果简介:

系统主要分为三层:温室现场测控层、服务器层和用户应用层,由温室现场测控层实现温室内外环境信息的感知;服务器层实现数据处理和综合分析,并调控现场设备改变环境;用户应用层实现信息远程获取和控制过程干预。

温室现场测控层和服务器层之间采用分布式拓扑结构,以服务器层为测控核心,利用RS485总线或无线通信模块等方式实现数据通讯,负责指令下发、数据分析、处理和存储,温室现场测控层信息采集、状态测控等子节点接收指令后完成各环境信息采集、设备状态采集和控制功能。

服务器层与用户应用层之间采用C/S和B/S混合架构,通过Internet网络实现通信。B/S即浏览器-服务器结构,由浏览器访问存储于服服务器层的动态网页获取相关信息; C/S即客户端-服务器结构,需在移动设备中安装Android应用程序才可访问服务器。

温室环境远程监控系统工作示意图

系统构成

1、温室现场测控层

环境监测模块: 由视频监控模块、温室内环境信息采集节点和温室外气象站组成,可采集温室内外环境信息、获取视频图像信息。

环境调控模块: 由数字量输入板、数字量输出板和环境调控设备组成,可采集、输出16路开关量,实现环境调控设备的开关状态监测和控制。

信息采集结点示意图

2、服务器层

以ARM系列嵌入式开发板为硬件平台,通过配套软件实现各层之间的数据通讯。

串口通信模块软件: 服务器层与温室现场测控层之间的数据通信软件, 实现包含温室内外环境监测、温室环境自动或手动控制等功能;

信息存储模块软件: 存储系统配置信息、环境信息和测控过程信息;

服务器守护模块软件: 服务器层与用户应用层之间的通信软件,实现远程客户端数据查询和信息修改请求的响应。

3、用户应用层

系统为用户提供多种类型的远程监控管理平台。

浏览器: 访问系统中提供的动态网页。

Android移动设备: 安装Android应用程序实现服务器访问。

监控终端示意图

系统可利用无线通信模块综合管理温室现场信息采集节点及状态测控节点,构成分布式系统结构,便于系统升级维护。

系统核心功能如下:

服务器层:环境信息、设备开关状态采集;温室环境自动调控;

用户应用层:温室环境手动调控;温室现场视频图像获取;温室现场节点地址配置和摄像头登录信息设置;温室环境自动调控参数查询与修改(环境设定值、测控周期、控制方法);系统测控模式切换。

技术参数:

系统供电:服务器层供电5V直流电源;温室现场信息采集节点供电24V直流电源。

通讯方式:温室现场与服务器层—RS485/无线通信模块,服务器层与用户应用层—互联网通信。

测控周期: ≥1min。

控制方法:滞环控制,PID控制,模糊控制,鲁棒控制,预测控制;

温度检测范围:-10℃~+60℃;检测精度: ±0.5℃;

湿度检测范围: 5~95%。

CO2浓度检测范围: 0~2000ppm;检测精度: ±30ppm;

光照检测范围: 0~200000Lux。

成本投入:测控系统核心硬件平台及软件共2万元左右,整套系统因配置不同价格在5-10万左右。

北京国际都市农业科技园

农业物联网未来发展趋势

物联网不是科技狂想,而是又一场科技革命。物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃,这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全,由此形成基于这些功能的新兴产业。据业内人士估计,中国物联网产业链能创造1000亿元左右的产值,它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点。

未来的农业生产中,农业物联网系统的应用将更加广泛,农民看到了运用先进技术带来的效益,将主动选择适合自己农业生产的智能化系统,以提高农产品产量,增加收益。数据处理系统更加精准化、智能化在未来的农业数据处理中,随着云计算技术的不断成熟,农业数据更加精准、安全、智能。农业数据处理系统会主动分析出最适合当地种植的品种,及各种品种的优劣势,以供农民选择。

洋河农业嘉年华

未来要在全球化背景下谋划农业发展,必须加快通过对农业信息的分析、预测和发布,增强国际市场话语权,在维护我国农业核心利益的同时,继续为世界粮食安全作出新贡献。

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,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。

成果所属单位:中国农业大学

专家简介

杜尚丰,中国农业大学信息与电气工程学院,教授,主要研究方向:复杂系统建模与控制,温室生产自动化技术,无线传感器网络理论,GPS应用技术,机器视觉定位,机器人控制技术;发表期刊论文70余篇,出版专著3篇,申请国家专利11项。

部分摘自《中外农业概览》

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20181110A1LJEP00?refer=cp_1026
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