农业物联网共性关键技术研究与应用示范86

申报编号：科技攻关类项目推荐书所属领域：农村信息化所属方向：农业物联网项目名称：农业物联网共性关键技术研究与应用示范推荐单位或专家：合肥市科技局项目申报单位：安徽朗坤技术发展有限公司项目技术负责人：吴仲城联系电话：[phone]传真：[phone]电子邮箱：[e-mail]二Ο年月日项目信息表项目名称农业物联网共性关键技术研究与应用示范推荐主体单位：合肥市科技局专家1单位联系方式类别□院士□863专家□973科学家□支撑计划专家组专家□“千人计划”□长江学者□国家杰出青年基金专家2单位联系方式类别□院士□863专家□973科学家□支撑计划专家组专家□“千人计划”□长江学者□国家杰出青年基金专家3单位联系方式类别□院士□863专家□973科学家□支撑计划专家组专家□“千人计划”□长江学者□国家杰出青年基金项目申报单位名称安徽朗坤技术发展有限公司主管部门单位所在地安徽省（市、区）组织机构代码73732478-X通讯地址邮编单位类别□事业型研究单位□大专院校□转制为企业的科研院所□国有企业□集体所有制企业□其他项目技术负责人姓名吴仲城性别■男□女出生年月1968年4月证件类型身份证证件号码340104196804281511所在单位中国科学院合肥物质科学研究院学位■博士□硕士□学士□其他职称■高级□中级□初级□其他联系电话(手机)[e-mail]主要参加单位（名称、单位性质、组织机构代码）中国科学院合肥物质科学研究院、安徽农业大学起始时间2010年11月终止时间2012年12月主要研究内容(300字以内)本项目以有机农产品的生产、加工、流通、销售为对象构建农业物联网应用示范，提出农业物联网基础体系结构，制定农业物联网传感器接口规范，建立具有广泛互操作能力的农业物联网传感器数据模型、描述协议和交互机制；针对农产品在生产、加工、流通、销售等各个环节中的信息获取，开发符合标准的智能模块化传感节点及其应用开发平台；研究农业物联网应用层标准与规范，为农业物联网的跨平台服务提供支撑；建立智能农业物联网示范工程。预期成果（150字以内）提出农业物联网体系结构；制定农业物联网感知层传感器接口规范；设计农业物联网传感数据模型、描述协议和交互机制；研制标准化智能传感器节点，并配备应用开发平台；制定农业物联网应用层标准与规范；建设智能农业物联网关键技术应用示范工程。预期知识产权获得国外发明专利项，国内发明专利3-5项，其他8-10项。预期技术标准制定□国际标准□√国家标准□√行业标准□企业标准原创性技术□取得原创性成果2项（成果鉴定）产品装备□新产品2项；□新品种个；□新装备1套；经费预算1000万元，其中省财政拨150万元。一、项目目标与任务1．项目目标与任务需求分析（1）项目目标建立农业物联网标准体系及研制关键技术标准：在传感器网络国家标准工作基础上，建立农业物联网标准体系；制定农业物联网关键技术的标准草案，包括农业物联网感知层传感器接口规范、传感数据描述规范、节点中间件规范，以及应用层相关标准和规范。研制标准化智能传感器节点：依据国家传感器接口标准草案，研制符合标准的智能传感器节点，解决农业物联网感知层信息接入的首要问题，为实现农业物联网所需要的广泛互操作打好基础。实现农业物联网共性关键技术示范应用：围绕智能农业，基于农业物联网关键技术的标准化工作，为政府决策部门、农业企业、农业种养殖户等提供农产品质量安全监测及追溯系统等典型示范应用，从而推动农业物联网大规模应用。重点解决物联网在农产品质量安全应用中涉及的监测信息体系、典型农用传感器标准化接口、农产品质量安全监测传感系统等传感网络共性关键技术，通过构建有机农产品质量安全监测信息数据采集系统，集成计算机和网络成熟技术，建设面向社会综合服务的农产品质量安全监测与可信追溯系统平台，实现农业物联网技术在农产品质量安全中的应用示范。（2）任务需求分析应用方面：农业物联网标准化需求：农业物联网是一个结合传感器、协同感知、协同信息处理、无线通信与网络、综合信息服务等多种技术的综合信息系统，涉及作物生境信息（土壤、水质、大气等）、生长信息、流通以及品质等监测，尚缺乏完善的农业物联网标准体系。目前国家传感网络标准正在制定中，但由于农业信息获取特殊性，涉及传感器种类繁多、机理复杂，是典型多源、异构数据，缺乏技术标准的指导，在产品设计、系统集成时无统一标准可循，严重制约了技术应用和产业的迅速发展。农业物联网共性关键技术应用示范需求：国家在农业信息化相关计划的支持下，前期在数字农业领域有一定的积累，农业传感网络在部分领域有示范应用，但现有已经实现的传感器网络中往往多采用私有协议。对于农业来说，为了实现农业物联网大规模应用，标准化将对于实现网络所需要的互连互通起到至关重要的作用，对于巩固现有技术、产业成果，规范、推动产业有序健康发展有重要意义。需要通过统筹安排，产学研联合攻关，在国家传感器网络标准化工作基础上，针对农业物联网感知层相关技术进行全面梳理，形成可行的技术标准体系，切入关键技术问题，实现“关键技术标准化应用示范产业化商用化”的渐进发展道路。我国是农业生产大国，农业是国民经济的根本。随着我国经济和社会的持续高速发展，在基本解决食物供应安全（foodsecurity）问题的同时，食物的卫生安全（foodsafety）问题越来越引起全社会的关注，尤其是我国作为WTO的成员，与世界各国间的贸易往来日益增加，食品安全已没有国界，世界任一地区的食品问题会波及全球，从而对我国食品安全带来巨大影响。农产品质量安全涉及生产、加工、流通等多个环节，加上工业排放污染及化肥、农药等过量使用，农业面源污染问题突出，农业生态环境恶化严重影响我国农产品的质量安全，并且农业生产过程还受到自然、地理等灾害的影响。因此，针对农产品生产、加工、流通各环节，建立有效的农作物生长环境、气象灾害和农产品质量安全的集成监测网络，实现农产品质量安全状况分析和预警，对制定及时、有效的农产品安全监控手段，防范农产品质量安全风险具有重要的意义。关键技术方面：农业物联网的产业化和规模应用关键是解决感知层信息获取的无缝接入、网络内部和网络之间的广泛互操作问题。具体来说，农业物联网感知层涉及智能农业信息获取无线传感网络接入和信息传输、无线传感网络与移动网络无缝接入、无线传感器网络与互联网络无缝接入、标准化协同感知传感节点和信息汇聚节点研制等问题。具体涉及以下几方面：传感技术：目前的农业生产、加工、流通信息采集技术尚不成熟，山区、大田生产以及各种自然灾害预警的关键传感器缺乏，成为数字农业信息快速获取的技术瓶颈。现有的很多传感器，如在果蔬和粮食的储藏中使用的温度传感器，用于环境监测的土壤水分传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、生物传感器、CO2传感器等，在温室环境下可以获得较好的使用效果，但将其用于区域性生产和流通环节时，则面临不少的问题。例如，传感器接口标准、组网方式、数据传输及数据处理等环节目前尚缺乏统一的标准和规范，这给实现全方位实时监测功能带来了很多困难。数据采集与传输：在农作物生长环境监测方面，传统的方法是由工作人员定期到田间采集大田作物生长环境的土壤墒情、生长环境等信息，通过人工录入并带回实验室化验分析后对农作物生长环境进行评估。该方式完成全域性农作物生长环境的监测与评估周期长，缺乏实时性，无法对农作物生产环境状况及潜在灾害做出及时预警。数据管理与应用系统集成：农业物联网技术是实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。感知是关键，而感知的前提是利用各式各样的智能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。基于传感器网络特有的低成本、高覆盖和可扩展性强的技术特征，农业物联网技术可以协助实现环境监测和气象灾害预警，进一步促进农业产量的提高和管理成本的降低，可以带来巨大的社会效益与经济效益。农业物联网技术将是实现农业集约、高产、优质、高效、生态、安全的重要支撑，同时也为农业生产方式转型、实现高端、高效的精准农业提供“智慧”支撑，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高植物疫情疫病的防控能力，确保农产品的质量和安全。为了实现农业物联网的产业化、规模化，针对上述提出的若干问题，需要解决以下关键技术：农业物联网传感器接口规范及相关互操作协议：需要通过建立智能农业物联网传感器接口规范，实现智能农业物联网传感器物理接口、数据接口、节点应用中间件、传感数据描述以及传感器节点互操作协议等方面的标准化，为农业物联网标准化设备的研制提供设计依据。标准化农业物联网传感器节点及其应用开发平台：农业信息获取领域涉及的传感器种类较多，接口形式多样，需要标准化的传感器节点将其接入到网络，以满足传感器网络在异构网络环境下的应用，形成混合拓扑结构下的传感器网络系统架构；针对标准化的农业物联网传感器节点的快速规模应用，需要快速的应用开发平台来支撑农业物联网应用系统的有效集成。农业物联网关键技术应用示范：需要通过典型示范工程进行对农业物联网感知层标准化技术进行验证和推广，为低成本的智能农业物联网建设提供技术基础，最终实现“无处不在”（任何时间、任何地点）的智能农业物联网的信息获取和信息控制。2．项目主要创新点及预期获得的发明专利等知识产权情况本项目主要创新点是围绕智能农业物联网典型应用，设计统一的传感数据模型、访问接口，以及传感数据描述协议，并提出农业物联网应用系统可重用设计方法；开发具有标准化接口的农业物联网传感器节点，提供面向标准化传感器节点的应用集成开发平台，方便各种农业物联网典型传感器自动配置和有效集成；在上述农业物联网标准关键技术基础上建立典型农业物联网应用示范，走出“关键技术标准化应用示范产业化商用化”的渐进发展道路。预期获得的主要创新点：（1）建立统一的农业物联网传感器数据描述协议，标准化接口的农业物联网传感器节点，统一的农业物联网感知层数据访问接口和节点应用中间件；（2）开发标准化传感器接口规范制订，解决农用传感器互换、即插即用以及传感器节点互操作问题，为物联网技术在农业领域大规模应用奠定基础；（3）研制固定式、移动式多目标参数智能传感器节点，开发传感器节点接应用开发平台，解决传感器节点和智能终端在异构网络接入问题；（4）面向消费者开发设计集成物理供应链与信息供应链的可信追溯系统，建立典型农业物联网应用示范工程。预期获得的发明专利和知识产权情况：通过委托专业机构查新和专利分析，预期可以提交标准、获得的发明专利和其他知识产权情况如下：（1）在农产品质量安全传感器接口和中间件标准化方面提出2-3项行业标准和国家标准；（2）在新型传感器网络、智能终端方面获得发明专利5项以上；（3）在嵌入式智能终端、接口中间件、应用程序接口及应用系统方面获得软件著作权8项以上；（4）发表高水平物联网技术研究与应用相关论文15篇以上；二、现有工作基础与优势1.项目主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础（1）主要研究技术内容的国内外发展现状物联网正越来越多地应用到农业领域，如智能化培育控制、农业生产环境信息监控、以及农副产品质量安全等，从上世纪90年代国内外相继建立起不同用途的农业物联网。欧洲、美国、以色列等国家都已建立了一定规模的农业物联网。在以色列、荷兰等国，设施农业(又称工厂化农业)已成为一种新兴的农业产业。设施农业是借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式，是农业摆脱自然制约的有效手段，是对常规农业的革命性发展，是高产、高效、优质和技术密集型的农业。英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园，物联网传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。德国的畜牧业采用了物联网技术，从牧草播种，饲料、添加剂、兽药、家禽猪牛饲养、活畜、机械设备、粪便清理、环境保护、肉蛋奶的加工包装冷藏保鲜整个过程都采用了全程监控，自动