智能农业物联网应用(中国电信)

中国电信北京研究院2011年4月中国电信智能农业物联网应用介绍2市场环境分析目录平台开发进展和合作建议应用案例介绍智能农业系统介绍3农业的地位与发展趋势农业作为第一产业，是国民经济的基础我国农业发展需要从传统农业向现代农业转变•《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》提出“推进现代农业建设”的战略•胡锦涛总书记在2010年两院院士大会上指出，要大力发展现代农业科学技术，推进农业信息化、数字化、精准化•《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》提出要加快发展现代农业，推进农业科技创新，促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化4物联网与现代农业的结合点传统农业人们获取农田信息的方式有限，主要是通过人工测量，过程耗时耗力，而且不实时农业生产主要依靠人力、牲畜、机械，规模化生产能力低，而且缺乏统一的标准和流程物联网通过使用传感器网络(物联网)可以快速、实时、精确获取农田环境数据传感器网络采集的信息被传送到后台处理中心，分析后可以进行精准、大规模、自动化管理与控制物联网促进农业信息化，将智能化、自动化、精准化、规模化提升到更高的水平，成为现代化大农业的重要支撑。5现有农业物联网主要应用场景温室大棚环境信息采集和控制•实时测量空气、土壤的湿度、湿度等环境参数，并进行自动化调节，从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。动植物生物信息监测•对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、环境、生理状况等进行观测•监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。节水灌溉系统•利用传感器感应土壤的水分，控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。农产品安全溯源应用•利用RFID和二维码等技术对农产品进行标识和管理，监控和记录所有产品流通环节，为政府执法人员、企业以及消费者提供溯源粮食储存、冷链运输等等6现有传感网信息监控组网模式7“近程”和“远程”的概念是相对的，一般近程指在农业生产现场局域范围内应用，而远程则是通过电信运营商的公共通信网（互联网或移动网）进行数据传输和实现控制。传统监控技术的特点与局限性：（1）从监测现场到使用者之间，需要专用线路连接，对远离社区和偏僻的现场进行监测，不仅投入大，有时甚至在技术上难以实现；（2）难以实现移动办公和远程监控，现代管理人员经常外出，需要随时跟踪信息变化;跨地区，甚至跨国际间资料共享，已是现代信息社会必然的发展趋势；（3）难以形成网络化监测，数据采集覆盖面小,代表性差。近程和远程监控技术的比较8农业是国民经济和和谐社会的基础、多年中央一号文件的对象我国农业的发展已经从手工农业逐步向机械农业过渡，并逐步实现了农业的产业化信息技术的应用将为现代农业、智能农业的发展注入新的活力智能化、网络化、数字化成为新一轮农业基础设施建设的主要特色物联网“十二五”规划锁定十大重点领域，其中包含精细农牧业市场环境总述目前社会上的农业行业信息化产品较为零散、薄弱，中国电信作为运营商，在统领相关应用，打造集成平台，推进农业信息化方面具有先天优势。9市场环境分析目录平台开发进展和合作建议应用案例介绍智能农业系统介绍10中国电信的积极探索—黑龙江智能大棚佳木斯建三江农场是中国最大的粮食产地，是国家级的现代化大农业核心示范区。目前，该农场大部分大棚的工业化水平仍较低，希望能够借用物联网技术，将农业智能化提高到一个更好的层面，实现农业的智能化监控。2010年3月开始，中国电信在黑龙江佳木斯建三江前进、胜利、七星等多个农场建立了农业物联网项目基地，进行“智能农业大棚”应用试点。11试点示范系统组成系统通过在农业大棚现场布置光照、温度等无线传感器和摄像头、控制器，实现管理者在任何可上网的地方通过中国电信的3G手机或者PC机实时掌控和管理大棚现场环境用户可实时查看大棚内的光照、温湿度等数据；观看数据分布彩虹图（如温度场）；通过网络摄像头观察现场情况；在测量数据超过正常范围时可以自动告警；可远程控制浇灌、卷帘等设备12前端传感采集设备构成（七星农场）系统共包含19个数据传感器和2个视频采集摄像头，19个传感器涉及温度、湿度、土壤含水量、光照四个环境参数：土壤含水量传感器部署3个采集点，每个点包含浅层土壤（土下2cm）土壤含水量传感器一个，深层土壤（土下5cm）土壤含水量传感器一个温度传感器部署3个采集点每个点包含浅层土壤温度探测器一个（土下2cm），地表温度探测器一个，空气温度传感器一个湿度传感器部署2个采集点每个点一个传感器光照传感器部署2个采集点每个点一个传感器136月12日中央领导李长春现场视察并提出殷切希望：请中央电视台进行现场专访，希望该项目能尽快在全国推广应用。7月13日中央台新闻联播，7月16日焦点访谈再次报道9月6日中央政治局常委贺国强莅临黑龙江农业物联网应用基地视察，并亲自操控智能温室大棚。领导关怀领导关怀和社会关注14领导关怀与社会关注黑龙江省委书记吉炳轩:”黑龙江电信农业物联网应用基地建设已初见成效，要以此为标杆，立即组织省内其他农业市、县相关单位到这里观摩学习，迅速将智能农业物联网应用基地项目成果复制、推广，以加快黑龙江农业信息化的产业升级步伐。”农业部张桃林副部长强调指出，“信息化与农业生产的紧密结合，对农业促进国民经济社会平稳较快发展至关重要，今后的农业生产，要充分发挥科技支撑作用，不断提高农业科技创新能力，切实加快传统农业向现代农业发展步伐”。15试点项目应用成效经过试用，据试点客户专家介绍，该系统具有良好的科技贡献作用：①农场管理人员可以随时随地了解农业现场环境并可远程控制农业生产现场，提高了生产效率和信息化管理水平，节省了人力投入；②对种植过程进行全程管控，并实现精确化管理，可有效提升壮秧率5-10%，进而提高农产品的产出率；③把分散在各地的生产场地集中管理，使农垦的工业化水平在更大范围内得以复制和提升，有力地促进了国家现代化大农业和小城镇化战略的实施；16十七届三中全会明确将现代的设施农业和规模农业作为重点扶持对象国家对于信息化支撑行业增产增效着力支持湖南获批“两型社会”综合配套改革试点，对于节能减排的推行至关重要；农业节能增效是其中的核心要义之一湖南农业字上世纪80年代以来一直发展以杂交水稻为核心的现代农业科研，近年来更加大对设施农业科技的投入力度中国电信湖南公司支撑地方政府推动十大信息化工程，农业信息化的推动首当其冲2009年在湖南省农业厅下属的湖南省优质果茶良种繁育场进行试点示范应用中国电信积极探索-湖南智能温室17与大棚内的设备联动，实现风机、遮阳网、水帘等远程控制大棚划分成5个区，达到了30个传感器的部署规模,实时传递温、湿度，光照，视频等生产数据IPv6/v4网络IPv6摄像头光照传感土壤湿度传感温、湿度传感用户可利用固定和无线接入IPv6公网，通过网页方式随时查看数据告警，并实现远程控制部署情况现场部署示意图18通过传感器、控制器并借助下一代互联网和信息服务系统，实现精细农业智能感知与控制IPv6网络执行器Zigbee(2.4GHz)视频SIPSIP无线控制器采集上位机下一代互联网传送信息应用服务系统SIP自动感知，并联原有控制系统，增加智能控制更大地址空间、更安全、并可以永远在线公共服务平台，可从任何地点基于任何Web终端进行访问控制Zigbee(2.4GHz)试点系统构成19应用于农业智能温室监控支持IPv4/IPv6双栈协议固网、移动网、无线传感网融合应用主要功能视频查看植物生长态势实时采集大棚内外温湿度、光照、CO2浓度、灌溉水量等关键数据远程控制天窗、边窗、遮阳网、水帘、风机、加温器、喷灌及施肥等外部执行设备查询和播放录像社会影响国内首个基于IPv6的物联网应用荣获2009中国农村信息最佳解决方案奖项试点系统功能和应用成效20市场环境分析目录平台开发进展和合作建议应用案例介绍智能农业系统介绍21智能农业信息化平台面对各地不断涌现的智能农业信息化需求，集团积极组织北京研究院研究和开发了一套智能农业信息化平台，该平台具备如下特点：规范性：首次规范了各类传感器和控制器的数据帧格式，并制定了技术规范，便于实现在规模部署时的多传感网厂家选择和竞争，降低设备采购成本，目前已经完成对接的有4家传感网厂商共性平台：智能农业信息化平台的设计不仅仅针对智能大棚应用，而是面向贯穿农业各环节的多应用进行设计的，可以形成农业行业共性服务平台，并以SaaS服务模式打造大农业、大平台的服务理念。目前该平台已经完成研发，可以有力支持集团提出的产品型行业应用的试验3G物联网应用：研究和开发了针对Andriod、WindowsMobile、Brew三套操作系统的手机客户端，可以有效拉动天翼手机的推广。同时在农业现场接入前端，支持采用3G无线接入，同时促进3G无线宽带的销售22智能农业信息化服务平台互联网移动网固定网感知边缘网关控制器传感器采控器采控器感知数据中心感知适配网关感知边缘网关告警管理远程控制专家系统全球眼标识管理中心ISAG现场监控系统虚拟感知边缘网关个性化呈现门户行业共性服务平台通信服务+信息运营融合固定和移动互联网能力规范化底层传感器和控制器接口，支撑分级分域组网智能大棚智能灌溉智能仓储智能农业系统构成23系统主要功能（1）1.数据采集：农业现场温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据通过有线或无线网络传递给数据处理系统进行智能分析和处理；2.视频监控用户随时随地通过3G手机或电脑可以观看到农业现场的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控；3.数据存储系统可对历史数据进行存储，形成知识库，以备随时进行处理和查询；4.数据分析系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和空间分布状况（场图），提供日报、月报等历史报表；24系统主要功能（2）5.远程控制用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端均可实现对农业现场各种设备进行远程控制开关；6.错误报警系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的；7.统一认证系统实现统一认证、集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理等功能；8.手机监控3G手机上可以实现与电脑终端同样功能，实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节农业现场的喷淋、卷帘、风机等各种设备25智能大棚规模部署网络拓扑智能大棚规模规模部署时充分考虑降低设备投资，在网络组网方面采取了多种制式，远程通讯可采用3G无线网络，近距离传输采取无线ZigBee模式和有线RS485模式相结合，保证网络系统的稳定运行。3G无线路由器3G以太网Internet服务器温湿度光照ZigBee前置机温湿度土壤含水光照ZigBee前置机土壤含水边缘网关微喷设备卷帘设备ZigBeeAUXCONSOLE0/0TX/RX10/100POWERSTATUS802.11aPIM1PIM2WLANb/g12SSG200/10/4LINK0/20/3中央节点ZigBee中央节点可支持20个大棚大棚1大棚2大棚3大棚4大棚11大棚12大棚13大棚14大棚5大棚6大棚7大棚8大棚15大棚16大棚17大棚18大棚9大棚19大棚10大棚20控制器采集器采集器采控器可以多大棚共用边缘网关采控器26业务平台—主界面27业务平台界面—远程控制28手机客户端-实时状态和远程控制29管理员门户：分级管理，规模化运营采用运营管理员、电信管理员、单位管理员三级管理架构。明确管理职责，方便业务开展。30智能农业信息化系统特色是一种基于融合传感网、物联网、互联网环境的智能农业解决方案，是电信服务的新模式。–实现传感器无线接入（Zigbee）；–实现与全球眼、短信等多种电信能力的无缝集成；–实现视频展示、传感器数据可视化展示和远程控制；–实现基于3G的手机客户端应用；–实现集中管理控制，包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管