大数据智慧农业决策信息

基于大数据决策的智慧农业自动控制系统◆基于大数据决策的智慧农业自动控制系统•智慧农业感知层分布式传感器网络数据采集系统•智慧农业数据处理层嵌入式的控制器•智慧农业的网络层无线传输系统•基于大数据的智慧农业决策系统•智慧农业的各种智能终端智慧灌溉系统信息流程图智慧农业自动控制系统组成部分◆感知系统（传感器若干局域网）◆数据处理系统（嵌入式ARM11）（处理协议）◆分布式数据管理平台（包括决策数据库信息系统）◆无线传输系统（GPRSZIGBEEMESH（五跳）网络）◆MIS+互联网+组态网软件+PLC+APP◆智慧农业智能控制终端（灌溉补光除湿加温内遮阳外遮阳）◆智慧农业灌溉分类（喷灌滴管渗灌）•风向、风速传感器（建立户外的气象站）•气温、雨雪天气显示、空气的PM指数•光照传感器•压力传感器•二氧化碳传感器•土壤温湿度传感器•大气温湿度传感器•土壤化学元素的含量（NPK微量元素PH值）•水泵控制器开关（潜水泵变频离心泵等）传感器网络数据采集系统(可组成若干局域网)智慧农业传感器数据采集类型雨量传感器风向传感器室外温湿度传感器二氧化碳传感器风速传感器土壤温湿度传感器土壤盐分传感器•将传感器采集的数据按照一定的协议进行打包处理，通过RS485接口传输到上位机服务器，即MIS管理系统；◆MIS管理系统•将传输到上位机的信息按照一定的协议进行解析处理；•构建与解析字段名一致的数据库表单，建立数据库文档；•对数据库数据借助于Bayesian统计推断模型进行处理，得到智慧农业参数的上限和下限阈值；（求助于农业专家）•对数据库进行添加、删除、查询、搜索、更新、合并以及拆分等操作，并建立决策和信息管理系统；◆网页显示系统以及网页+组态网控制系统（西安邮电大学的创新点）该网页能分别显示数据库实时信息，土壤温湿度、光照信息、大气温湿度、气压、风向、风速以空气的PM指数，实时的视频监控信息，而且能看到24小时之内个参数的最大值，最小值与平均值。网址地址：221.7.27.86:8083嵌入式数据处理系统智慧农业网页显示系统&组态王+PLC控制系统网页智慧农业的登录界面视频监控界面组态网软件+PLC网页界面的显示内容•办公自动化（OA）（审批流程、办公流程、信息发布、权限的设置）•智慧农业各参数的实时数据信息显示以及历史查询•动态视频的实时监控与历史视频的查询（病虫害）•蔬菜植物以及果树的追溯系统•组态网软件将组态网软件与网页进行链接，实现互联网对智慧农业的电气设备的自动控制组态网软件的界面基于组态网软件的数据库测试图程序智慧农业无线传输系统输◆无线传输系统ZIGBEE手机控制系统（SIM）TD-SCDMAGPRS+WiFi信息管理系统将处理的指令借助于无线传输系统广播到基于PLC的电气设备控制中心，从而对电磁阀、内遮阳、外遮阳、鼓风机、补光灯、水泵以及营养液的自动控制。◆电气控制系统借助于西门子的PLC，实现对电气设备的自动控制以及手动控制。◆智慧农业网络版的自动控制系统•对温室大棚内的内的环境因子进行多点多参数的采集，采用无线的方式进行数据的采集可以解决上述问题。本设计采用ZigBee的无线通信技术避免上述问题。ZigBee技术就是一种短距离、低复杂度、低功耗、与低传输速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域。大棚区域ZigBee短距离无线通信技术MESH网络的拓扑图大棚大棚基站大棚大棚大棚大棚大棚移动摄像头传感器网络嵌入式云网络数据中心及用户执行机构RTU资源共享执行器控制数据存储管理WEB服务器•无线Mesh网络是一种与传统的无线网络完全不同的网络，它由若干个具有路由功能的基站和若干个含网关功能的基站组成。在该Mesh网络中，每个基站作为Mesh路由器，不但可以提供终端接入的功能，而且充当中继站的功能，将相邻的节点的数据转发到网关，即使网络中一个节点掉电或者消失，都不会影响整个网络之间的通信。另外，它提供了与现有通信网络之间集成的灵活性和机动性，每个基站同时集成2G/3G/WLAN/4G无线接入技术，以提供语音和高速数据业务，而且可以在骨干网络中灵活部署各种宽带无线技术。通过采用无线Mesh网络，使得整个系统的效率可以得到显著的提高。基于MESH网络的智慧农业控制系统MESH自组织网络拓扑图有线网关无线Mesh骨干网无线城域网（WiMAX）或蜂窝网络无线个域网（WPAN）无线局域网（WLAN）Internet骨干网网络拓扑结构图◆基于大数据决策的智慧农业自动控制系统•感知系统分布式传感器网络数据采集系统•基于BayesianStatisticsInference机器学习以及ADMM算法的大数据决策系统+专家的建议•根据决策系统得到数据深挖掘信息：（1）农业+花卉种植的面积施肥的种类以及配料比例（2）苗木+休闲娱乐（3）林业+牧场（4）果业+创意体验设计（5）大田+创意景观设置（6）生态走廊+田园=美丽乡村（7）河流水资源+自动化施肥大数据处理决策方法•考虑本地区的K各分部的混合，设感知层提供的数据的概率密度函数为•其中以上数据感知层得到的数据即各种指标的含量•添加缺损参数，对该地区农业状况进行信息进行深度的挖掘•基于添加数据的决策信息nixpxfjikjji,,1,,,1,,,2exp2,,221-jjjjipxx00,11jkjjpp◆基于大数据决策步骤方法•感知层的大数据分析（学习建模）•基于BayesianStatisticsInference多元统计学模型数据处理•计算变点问题各指标的相关性分析（集中农业专家林业专家）（1）主成分分析（2）主成分的统计推断（3）正交因子模型•判别分析聚类分析•建立线性模型（多组重复测量数据无交互效应）•建立线性模型（多组重复测量数据有交互效应）大数据决策信息分类•该地区宏观农业布局规划•该地区作物种植类别的合理优化•该地区的施肥优化决策建议•该地区施肥设施的优化配置•该地区水资源施肥设施施肥种类的配给协调方案•该地施肥水资源农业果业畜牧业以及养殖业合理配给方案•该地区生态风险的评估•该地区经济效益提升建议即结合生态文明效益社会效益进行以智慧生态农业为中心的绿色产业链的培育，即构建生态农业旅游观光休憩与一体的和谐生态文明城市•基于大数据决策的智慧农业软件系统微创公司智慧农业展示整体平面布局图内容框架智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业环境监测系统智慧农业图像视频采集系统智慧农业大棚基础建设方案智慧农业综合展示系统智慧农业大棚灌溉系统组成示意图智慧农业土壤温湿度检测与喷灌、滴灌在大棚生产中，我们将滴灌系统与自行走式喷灌、微喷灌三种方案相结合的方案，通过土壤温湿度传感器监测到土壤墒情，当土壤湿度低于临界值时，阀门打开，自动灌溉；当土壤湿度达到饱和值时，灌溉设备自动关断。•低温季节采用滴灌系统进行灌溉，•高温干燥季节结合自行走式喷灌系统、微喷灌进行降温加湿、调节温室气候。相比传统大水满贯的方式，节约用水用电量达60%以上，节能降耗。自动滴灌、喷灌系统可实现如下功能：远程电脑、手机自动控制开关；高温喷灌、低温滴灌模式自动切换；定时自动灌溉模式；手动人工灌溉模式；水肥施肥；定点、定量自动灌溉；用水量自动控制；智慧阳光大棚的应用背景分析大棚自行走式喷灌大棚滴灌阀门自动控制大棚微喷灌目录智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业环境监测系统智慧农业图像视频采集系统智慧农业大棚基础建设方案智慧农业综合展示方案智慧农业环境监测站功能在阳光大棚内需要部署的传感器数据采集站包括：大棚室外气象站，采集室外的气象环境；大棚室内环境监测，监测大棚内温湿度、CO2浓度等；土壤环境传感器，监测植物土壤环境。我们采用移动式传感器监测站，来监测大棚内外的环境数据，包括下面的八种传感器土壤环境传感器组大棚环境监测站目录智慧农业棚喷灌、滴灌系统智慧农业环境监测系统智慧农业图像视频采集系统智慧农业大棚基础建设方案智慧农业综合展示方案智慧农业环境监测结果展示电子屏幕环境参数显示屏应用软件后台WEB界面智慧农业图像视频监测功能视频监控界面叶面病虫害抓拍图片通过监控设备实时的查看大棚内的状况，部署设备包括：移动病虫害监测站；视频监控系统。减少了人工田间劳作的强度，有效的实现了远程的管理。无线病虫害移动监测站病虫害移动监测站主要功能①全方位拍照功能(数码200万像素)：•远程查看果树树叶病虫害图像•远程查看果树树干病虫害图像•远程查看果园诱虫板捕获图像•远程查看果园近距离其他图像②Wi-Fi无线数据远传功能CPEAP通过CPE无线数据终端将相机、传感器等的数据定时的发送到Wi-Fi无线AP基站。基站通过光纤网络将数据传送到数据服务器上处理。③移动基站式数据采集太阳能供电，无线远程通信，可方便移动的小基站式果园果树数据综合采集站，外观精简，使用可靠。④低功耗，高稳定性相机和传感器等都采用低功耗选型，配合休眠模式（即休眠模式的低功耗设计，工作时主动唤醒基站）。无线病虫害移动监测站病虫害移动监测站主要功能①全方位拍照功能(数码200万像素)：•远程查看果树树叶病虫害图像•远程查看果树树干病虫害图像•远程查看果园诱虫板捕获图像•远程查看果园近距离其他图像②Wi-Fi无线数据远传功能CPEAP通过CPE无线数据终端将相机、传感器等的数据定时的发送到Wi-Fi无线AP基站。基站通过光纤网络将数据传送到数据服务器上处理。③移动基站式数据采集太阳能供电，无线远程通信，可方便移动的小基站式果园果树数据综合采集站，外观精简，使用可靠。④低功耗，高稳定性相机和传感器等都采用低功耗选型，配合休眠模式（即休眠模式的低功耗设计，工作时主动唤醒基站）。智慧农业系统平台展示功能智能阳光大棚综合软件平台在体系结构上支持C/S结构（客户/服务器模式）和B/S结构（浏览器/服务器模式）。我们提供的展示手段包括：使用PC远程WEB端访问使用Andriod智能手机在线操作现场大屏幕LCD液晶电视展示监控画面；现场大屏幕LED显示屏显示传感器参数；LED灯状态显示各种设备工作状况展板、标牌等展示说明多平台支持系统真正降低了农业对水资源、电能等的过度消耗，节水节电达70%以上，减少了化肥过量使用对土壤造成的污染，实现了远程农业环境监测和设备控制，达到了绿色、低耗能、智能化的农业作业目标。阳光大棚方案及功能双层阳光板温室大棚PC材质具有特殊防滴雾、防紫外线功能具有采光好、保暖、轻便、强度高、防结露、抗冲击、阻燃、经济耐用等诸多优点，使用寿命长，外形美观漂亮，保温效果好，冬季可节省加热能耗。可定制尺寸和外观，为展示提供理想场所阳光板温室与配套设备如加热系统（热风机加热或水暖加热）、遮阳幕系统、CO2补充系统、补光系统及喷灌、滴灌和施肥系统、计算机综合控制系统、通风、通信系统等结合，能为用户提供理想种植环境。智慧农业远程视频监控及病虫害监控界面远程视频监控画面采用触摸屏Andriod手机客户端界面远程病虫害抓拍图片目录智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业环境监测系统智慧农业图像视频采集系统智慧农业大棚基础建设方案智慧农业综合展示方案土壤温湿度监测界面智能阳光大棚WEB应用平台软件界面温湿度监测界面视频监测实时画面自动滴灌喷灌控制界面系统配置界面专家决策系统界面智慧农业展示界面通过LCD液晶电视显示监控画面、远程控制等，实现动态高清显示通过LED双基色显示屏显示大棚内的环境参数等信息通过手机远程访问用户界面智慧农业展示界面智慧农业大数据的分析（基于优化的ADMM算法）基于云计算的网络控制拓扑图•农业数据具有容量大、关联性强、复杂多变等特点。包含种植、养殖、农业科技、农业装备、气象、土地、水利、农资、病虫害防治、生态环境、市场、食品安全、农产品加工等诸多环节。生物作为农业生产过程主体的特质，导致农业自身的区域化、多样化、差异化以及动态性、复杂性，农业生产时刻面临着不断产生的大量的结构化和非结构化数据的获取、挖掘、存贮、处理与应用的问题。大数据技术能从庞大