面向农业种植智能数据监控与分析网络平台的研究

朱强，方飞龙

（杭州万向职业技术学院，浙江杭州，310000）

1 项目开展概况,国内外有关同类科学研究项目情况

1.1 项目概况

农业现代种植土地是一个发达国家重要的国民经济发展根基业和支柱产业,我国国民经济发展作为一个发展现代农业传统种植土地大国,农业现代种植土地生产在当前阶段我国推进国民经济政治社会体系建设及实现国民特色社会主义经济持续发展中具体重要的经济主导地位,良好的自然气候及我国农业现代种植土地生产中的环境地理条件必然是持续发展我国农业现代种植土地生产的重要基础条件得以保证,我国幅员辽阔,过于依赖人工缺乏多样化的现代农业土地种植,制约了当前阶段我国发展现代农业的健康持续发展。

1.2 国外研究情况

国外对智慧农业应用智慧信息化的智能农业数据分析及过程控制智慧农业各种生产过程自动化控制过程数据控制管理系统应用技术较早,始于20世纪70年代,采用模拟式和组合式两种数控农业仪表,采集现场各种农业生产数据后并可以进行各种实时作业指示和过程自动控制,80年代后期已经出现了智慧农业生产控制过程管理技术系统。目前正积极研究开发和深入探究正在研制智慧农业数控计算机一种可以采集现场农业数据后并可以实时控制多种深层次生产因素的变化的新型综合性智慧农业生产控制过程管理技术系统,现在这种来自整个世界多地各国的智慧农业过程控制管理系统应用技术已经初步发展非常快,一些发达国家在已经具有可以实现现代农业生产自动化的基础技术条件基础上向着完全可以实现农业数字化的现代智慧农业信息化,自动化,无人化的农业发展战略方向快速推进发展。

1.3 国内研究情况

我国先后从欧美和日本的发达国家等地引进了先进的新型农业种植生产过程控制管理系统,但是只高度重视国外引进了生产控制管理系统, 1996年,江苏理工大学毛罕平的企业研制成功了一套使用新型工控机器来进行过程管理的新型植物施肥工厂监控系统,该系统对棚内温度、湿度、光照、co2浓度、营养液和植物施肥等因素进行过程综合管理控制。目前中国农业机械化科学研究院正在研制的新型工控智能大棚温室建筑控制管理系统,该控制系统由新型大棚建筑本体及棚内通风系统降温控制系统、太阳能板及储能降温系统、热风降温系统、灌溉系统及监控计算机组成数据分析系统。但是由于我国农业现代化水平低,自动化及智慧数据分析层度不高,相关投资较大,人员素质也不高,限制了智慧数字农业的发展。

2 技术(包括产品)值对市场需求、经济、社会、生态环境效益影响分析

通过对每个庄家土地肥力和饮用水分的实时监测,可以合理的进行土地施肥和合理进行浇水。据农业专家初步统计,使用这种新的智慧智能现代农业综合管理系统技术,每季度每个农业庄家土地施肥用量可以有效控制节省30%的土地饮用水,不仅各种农业土地使用资源和合理使用肥料成本同样可以有效降低,更重要的一点也就是它还可以能有效控制提高各种经济农作物的各种综合肥料产量。目前实际应用到的智慧智能现代农业综合管理系统技术在目前对于我国中西部部分发达地区农业中的发展应用最为广泛,主要特点是广泛应用于各种诸如玉米、大豆等多种经济作物的合理开发种植,农业管理工程师和技术人员不仅可以实时利用这些多种数据采集的综合分析技术数据库也可以实时进行综合应用并对计算机进行科学分析,根据每个农业种植区的每个土地部分分别确定需要多少量的综合肥料和多种生物杀虫剂等的使用比例来合理控制调整各种肥料厂和喷洒处理器的各种综合肥料使用量。

3 项目主要内容研究领域开发项目内容、技术应用关键

3.1 主要研究内容

智能气象数据采集分析平台智能气象监控监测平台智能网络监控智能物理一体化气象监控监测平台网络智能物理综合气象监控平台运用网络智能气象传感器。

系统的功能整体架构设计主要架构另一方面,主要架构是指需要通过实现手机传感器端的数据采集,数据自动传输,继电器及其他模拟输出设备带动的的调控控制设备,后台管理算法应用程序自动运算,报警器等信息自动传输数据推送,远程管理服务平台的数据访问。在各管理部分之间的相互关系以及层次结构方面,数据自动传输的种类均可以采用无线数据传输或通过手机4gfi信号环境热点进行传输。管理系统首先采集了与种植区和作业部分数据对应的种植信息管理数据,然后系统对所需要采集的种植数据信息进行实时分析,并在手机wifi信号环境下,利用管理系统的网络接口在wiinternet或4g信号环境下可以进行实时数据自动传输和管理服务器端的数据库自动存储等等操作,管理者可以通过远程管理服务器功能实现对种植农作物早期生长种植情况数据进行实时信息查询及远程自动控制。

利用苹果智能数据分析检测监控系统网络搭建一体化监控系统平台,实现了远程监控用户可以自动控制种植场地降温功能,种植园的场地环境管理员或者用户仍然可以随时随地通过手机平板苹果电脑或者苹果智能手机直接注册登陆使用苹果云检测监控系统平台,实现对现场各种监控设备的自动远程控制。在该监控系统同时它还实现可以自动通过设定各种场地自动控制情况报警报告程序,当周围环境中没有任何异常情况可能发生时,系统就功能可以同时会自动通过发送异常情况报警至专业种植场地管理员或者智能手机,如,监测员感到如果各种农作物相关种植场地周围环境的空气温湿度已经达到超过80%,就功能可以同时会自动通过发送异常情况报警报告信息给专业种植场地管理员,提醒种植用户需要注意及时有效预防各种水果相关种植环境中的疾病。如果环境监测员用户感到周围环境中的温度已经达到接近35摄氏度时,系统就功能可以同时会自动通过直接打开苹果降温器的喷雾控制系统网络进行自动监测场地降温,在没有直接使用过的苹果监控智能系统数据监测分析监控检测系统监控控制系统平台网络直接搭建苹果一体化检测监控系统平台前,12亩大的农业水果园共至少可能需要1名专业种植场地管理员和4名专业种植场地工人,每天进行记录并且存档,若使用了智能数据分析监控网络一体化平台,预期可以取消管理员,减少1名工人,工作人员只需在手机上就能够实现对数据的实时监测,自动控制园区设备,全程无需人工干预。

图1

3.1.1 空气质量监控系统

通过对种植区域内二氧化碳及氧气浓度的数据采集分析,从而控制空气调节设备,从而控制种植区域内的空气质量,保证种植区域内空气质量达标。

3.1.2 温度及湿度监控系统

温湿度环境是农作物良好生长的一个重要因素,通过温湿度变送器数据采集分析,从而能较好的控制温湿度调节设备,创造一个适合农作物生长的良好环境。

3.1.3 光照监控系统

根据农作物所接受光照强度大小特点,通过光照度传感器数据采集分析,结合温湿度的数据,完成自动灌溉功能。

3.1.4 土壤监控系统

系统用户可以通过配套土壤湿度变化传感器及配套土壤水中氮磷钾浓度传感器实时进行土壤数据采集分析,从而全功能通过配套的农田灌溉及农业施肥检测设备进行施肥,完成土壤的湿度条件及肥料配比。

3.1.5 视频监控系统

平台可将视频监控文件传送给后台管理系统,后台管理系统把视频文件进行处理,通过互联网的形式,可以利用手机终端进行查看,业主及企业相关管理机关可通过手机视频了解农业种植现场情况。

3.1.6 管理系统

管理系统主要对采集参数进行设置、数据采集分析,权限设置,产生数据报表。实现用户界面显示、参数设置、控制温度调节、权限自动管理,报表自动打印等多项功能。

（1）人机界面

可采用西门子的WINCC,昆仑通态MCGS,组态王等组态软件进行界面设计。

主界面:数据点显示(如温度,湿度,光照,土壤钾磷元素配比等),也可以进行数据定值设置,定值超出范围做相应的报警显示,还可以进行设备控制(如灌溉或喷淋,施肥等)。

（2）参数存储及设置

系统可对不同参数进行参数限制值设定,并且可以进行数据存储时间间隔设置。

图2

（3）报警信息处理

报警产生后,集控室本地发生报警的同时,并把报警信息通过短信的方式发给管理人员或相关的工程师,相关人员可采取恰当措施,避免事故发生。

图3

（4）权限管理

系统采用分级授权管理,能够实现对用户访问系统权限的控制,对用户的维护和管理,包括用户的增加、删除、修改等。

（5）报表打印

向报表用户自动提供实时查询管理界面,可以对一个报表文件中的所有数据信息进行实时查询和数据过滤,并且还支持实时输出exexcele的报表及输入报表中的打印机等功能。

图4

3.2 技术关键

(1)实现多源化数据处理及存储。

(2)大数据为基础的智能预警技术。

(3)通过数据分析进行PID的模糊控制。

(4)时间序列中缺失点的修正。

4 结束语

业内的种植现场智能环境数据采集监控与动态分析监测网络平台主要包括智能互联网、移动智能互联网、云计算和智能物联网监控技术等,依托实时部署在全国农业种植生产现场的农业环境空气温湿度、土壤水分、氧气和其他二养化碳排放浓度、红外感应等各种传感节点和无线通信网络、实现智能农业终端生产内部环境的优化智能农业感知、智能农业预警、智能农业决策、智能数据分析、专家讲师在线技术指导,为优化农业内部生产环境提供农业精准化智能种植、可视化管理和智能决策。