农业生产与粮食仓储一体化管理.docx

农业生产与粮食仓储
一体化管理

目录
一项目背景 9
二研究目的 10
三研究意义 11
3.1案例设想 11
3.2GIS在系统中应用的意义 11
3.3物联网在粮食生产中的意义 11
3.4大数据和云计算应用的意义 12
四农业生产管理子系统 13
4.1概述 13
4.2系统建立意义 13
4.3国内外同类技术 14
4.4先进性及解决的关键问题 14
4.5应用推广前景 15
4.6系统总体架构 16
4.7系统网络拓扑 16
4.8系统功能介绍 17
4.8.1系统组成 17
4.8.2数据采集系统 17
五粮食仓储管理子系统 21
5.1粮食仓储总论 21
5.2智能仓储 21
5.2.1传感器的定义及作用 22
5.2.2几种在粮食仓储中常用的传感器： 22
5.3粮食的构造 24
5.4粮仓的分类 24
5.5粮食的流散特性 26
5.5.1散落性 26
5.5.2自动分级 27
5.6粮食仓储的影响因素 29
5.6.1温度因素对粮食仓储的影响 29
5.6.2 湿度因素对粮食仓储的影响 30
5.6.3 虫害因素对粮食仓储的影响 30
5.6.4气密性因素对粮食仓储的影响 31
六发展现状 32
6.1粮食生产方面 32
6.1.1智能化培育控制。 32
6.1.2农产品质量安全 32
6.1.3信息监测 32
6.2仓储方面 32
6.2.1储藏技术应用基础性研究的新进展 32
6.2.2粮食整理技术的新进展 33
6.3农业专家系统的发展 33
七涉及概念与采用技术 35
7.1地理信息系统 35
7.2物联网 35
7.2.1定义 35
7.2.2关键技术 35
7.2.3“物”的涵义 35
7.2.4技术及架构 36
7.3大数据 36
7.3.1定义 36
7.3.2农业大数据的特征 36
7.3.3大数据关键技术 37
7.3.4基于大数据的数据挖掘和分析功能 38
7.4云计算 40
7.4.1定义 40
7.4.2特点： 40
7.5专家系统 41
7.5.1定义 41
7.5.2构造 41
7.6智能决策支持系统 42
7.6.1定义 42
7.6.2系统结构 42
7.6.3农业专家系统的概念 43
7.6.4农业专家系统应用领域 43
八系统功能 44
8.1农业生产与粮食仓储一体化管理总体架构图 44
8.2农业生产子系统 45
8.2.1基于GIS的农田划定 45
8.2.2基于物联网的农业资源动态监测 45
8.2.3生产用地的管理监测 46
8.2.4生产过程跟踪和监控 46
8.2.5农产品收获和质量检测 47
8.2仓储监测系统 48
8.2.1智慧仓储 48
8.2.2基于GIS的粮食调配 48
8.2.3仓储监测 49
8.2.3.1粮食储藏专家系统介绍 50
8.3数据库系统 51
8.4大数据分析子系统 51
九前景展望 52
参考文献： 54

一项目背景
现代科技的飞速发展，智能科技的概念也应运而生，随着人们对生活品质的要求逐渐提高，传统的农业配置已经远远不能满足人们的需求，因此，基于物联网的智能农业控制正慢慢地走进人们的生活中来。这种新型的智能农业控制系统是在已有的基础上，把快捷，安全的农业工作很好的融进人性化的高科技管理模式，不仅可以实现设备和设备之间的控制，还可以实现人为的远程控制，通讯功能，其最终目标是实现设备，安防设备以及通信设备通过无线网络连接到智能控制系统中，由控制系统对农业设备和安防等设备进行异地监视和控制，为人们营造出更美好的生活环境。基于物联网和智能农业相结合，实现对农业生产环境中的光线，温度,湿度等因素的实时监测，并通过通信模块和管理系统作出相应的控制，以提升环境的安全性、舒适性、便利性。
我国是一个农业大国，是世界上最大的产粮国家，平均粮食产量稳定在4.6亿吨左右，其中粮食作物产值占农业产值的70%。随着农业生产的不断发展，粮食、油料及油脂储备任务与日俱增，但粮食产后损失严重，仅粮食仓储环节中虫、霉及品质劣变、损耗，每年达数百万吨，据联合国粮农组织对20个国家的调查，世界平均每年的储粮损失占产量总数的10%——18%，不发达国家甚至高达30%，由此可见，搞好粮、油储藏，减少产后损失已是世界性引人关注的问题，因此粮食安全仓储与粮食生产放到同等的地位也许并不过分。“民以食为天”，粮食仓储受到政府和人民的重视力度越来越大，因为它关系到军需民食、食品、工业原料、备战、救灾等国民经济的各个方面。
无论是在热带国家还是在寒带国家，也不论发达国家或是不发达国家，全世界每个生产粮食的农民、粮商或政府都在将部分甚至全部粮食储藏起来，然后送到下一阶段的经营管理者那里。因此粮食储藏是将粮食从生产者运送给加工者，再将粮食加工产品从加工者运送给消费者的复杂供销流转过程中重复出现的一个中间环节，在整个流通领域中，包括粮食的收打、清理、干燥、装卸、储藏、加工、运输、销售的全过程，到处都会发生着量与质的变化。粮食仓储这门应用科学旨在关切和改进这一中间状态的品质控制问题，从而减少收获后的损失至最低限度。
在这个新工业革命兴起的时代，物联网、云计算、大数据等新概念的兴起造就了一大批的智能管理与分析系统，尤其是物联网在各个行业的全面应用使得生活发生了巨大的变化。物联网是通信网络的延伸，他能够使我们的社会更加自动化，减低生产成本和提高生产效率；能够更加及时的获取信息，借助通信网络，随时获取远端的信息；能够让我们的生活更加便利；能够让生产更加安全，及时发现安全隐患，便于实现安全的监管和监控；能够整体提高社会的信息化程度。总体来说，物联网将在提升信息传送效率、改善民生、提高生产率、降低管理成本等社会各方面发挥重要的作用。信息技术的快速发展，使信息应用范围得以不断延伸。

二研究目的
本文旨在建立一个融合粮食生产、仓储、物流全过程管理并对采集到的数据进行分析从而辅助决策的一体化系统。在粮食生产方面，物联网应用在了从生产到销售的各个环节，从生长信息监测、智能化培育控制到农产品质量安全监测都应用了物联网技术。系统将各个传感器采集到的信息汇集到一个监测平台上，管理人员可以通过管理系统显示的信息对生产过程监控和管理。仓储方面同样如此，在粮食仓储阶段，粮仓里同样布满了各种类别的传感器，实时监测空气温度、湿度等各项指标。而在物流调度方面，智能物流的概念也早已被提出并实施，各种识别设备都已经成功应用且产业趋于成熟。但是就目前的情况来看，各个系统都是独立的，数据并没有交互，只在系统内应用。现在是一个数据的时代，谷歌公司成为一个无法超越的存在，其多年来积累的大量数据是一笔宝贵的财富，是其短时间内领先的重要原因。站在一个更高的层面上，将多个系统的数据整合，基于大数据分析，挖掘出隐藏的信息，对未来某段时间的调配未雨绸缪，正是本项目研究的目的所在。

三研究意义
3.1案例设想
设想一个案例：在全国范围内，各个地区的土质是不同的，适合生长的作物也就不同。一大片相同土质土地的土壤肥力也是不均匀分布的，自然也会造成作物成熟阶段产品质量和数量的不均匀。如果提前将土质信息采集，基于GIS进行种植品种分析，可以得到各个地区最适合种植的作物品种。在作物生长过程中利用物联网技术进行监测，通过专家系统分析，可以估算出产量分布。根据粮食的作用（比如食用、酿酒、工业利用等），与工厂和粮仓位置叠加分析，可以得到粮食的最佳存储粮仓，当然也可以作为工厂选址的一项辅助参考。对已存在的粮仓的存粮信息和其位置信息分析，在应急调度中可以分析出最快、最合适的调度方案。
3.2GIS在系统中应用的意义
随着我国对粮食安全的重视，对土地资源如何有效持久利用的探索，对基本农田合理布局严格保护的政策引导，建立基于GIS的基本农田划定有着极其重要的研究意义。依据地理信息系统(GIS )的永久性基本农田划定，以第二次土地调查和农用地分等定级的工作技术成果为依托结合耕地保护的实际工作，运用先进的空间分析技术将各耕地地块的各项评价因素进行缓冲区分析、叠加分析、距离量算;并将空间矢量信息转换成栅格信息输出，对促进空间信息数据的融合和工作成果可视化具有积极意义。有助于实现永久性基本农田空间属性信息的快速查询和更新，以及其空间布局的动态变化的演变。为未来研究基本农田数量和质量上的动态平衡和具体的调控工作提供了有效的技术支撑。
农业地理信息系统以计算机技术为基础的，以遥感技术、地理信息技术、全球定位技术、人工智能技术和网络技术为支撑而建成的，集农业信息采集、发布、预告、决策为一体，建立农业数据库。以 Internet 为平台、以 GIS 和 Web 技术为手段，对农业生产、经营和管理的信息化起到一定的推动作用。它可指导农业生产，促进农业现代化，推动农业的高产丰收，为“三农”服务，为社会贡献。
3.3物联网在粮食生产中的意义
（1）降低生产能耗，提高生产效率。物联网技术在农业中的应用和推广，使粮食行业实现了精细化、远程化、虚拟化、自动化，对加强粮食生产的安全管理，促进现代高效农业发展具有至关重要的作用。利用物联网可以搜集、监测和分析农作物的相关信息，为粮食生产者、农业生产流通部门以及政府管理部门提供及时、有效、准确、可靠的数据，使其及时采取相应对策。如利用无线传感器网络和其他智能控制系统对农田、温室的生态环境进行监测，可以及时、精确地获得农作物的信息，帮助生产者及时发现问题，进而准确锁定发生问题的位置，并根据相关参数的变化适时调控基础设施，使作物处于良好的生长环境中，减少资源的浪费并降低污染。
（2）提升农产品附加值，促进农业生产转型升级物联网技术在农业中的推广应用将会为我国农业科技化发展提供一个全新的平台，也将推动我国农业的改造升级。通过建设农业环境自动监测系统，完成多种环境参数的采集和环境控制，能为粮食生产全过程提供智能化服务，并有效提高农业集约化生产的程度，进而提升农产品的附加值和市场竞争力。物联网技术能实现农产品生产的规模化与精细化的协调，有利于增强农业的生态功能。对于规模化农产品可以进行精细化培育，精细化培育又能够规模化展开，在提高产量的同时又保持了多样性，实现了农业的生态功能。利用物联网在不同的地域建设新的生产、加工和仓储基地，推进了农业的产业化。应用智能系统实时远程监控和管理多种类、大规模农产品生产，让农田实现了超市型连锁的模式。这样的一个一体化管理系统，从粮食生产之前开始，利用各项技术虚拟出最后仓储后的情况，对于大范围宏观上的调控有一个先知先觉的作用。国家正处于一个高速发展期，各个行业都在努力利用资源、创造资源。针对于粮食行业来说，利用系统提前对生产后的各项措施提前规划安排，可以为社会提供更高效安全的粮食管理，创造更多的价值。
3.4大数据和云计算应用的意义
农业是大数据理念、技术和方法在农业的实践。农业大数据涉及到耕地、播种、施肥、杀虫、收割、存储、育种等各环节，是跨行业、跨专业、跨业务的数据分析与挖掘，以及数据可视化。国内第一个农业大数据的研究和应用推广机构"农业大数据产业技术创新战略联盟"于2013年6月18日在山东农业大学正式成立，标志着国内大数据技术在农业领域的应用又有了实质性突破。
大数据之“大”，并不在于其表面的“大容量”，而在于其潜在的“大价值”。当今社会，数据已经成为和自然资源、人力资源一样重要的战略资源。如何利用数据资源发掘知识、提升效益、促进创新，使其为国家治理、企业决策乃至个人生活服务，是大数据技术的追求目标。现在一些国家已经把更多地占有数据，科学地分析提炼数据，视为争夺今后发展制高点的重要机遇。

四农业生产管理子系统
4.1概述
.智能农业生产是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO 浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或智能手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。现场采集的数据，为农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。前端设备支持多种传感器接口，同时支持音频、视频功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据。
4.2系统建立意义
作为粮食大国，我国农业总产量中科技进步的贡献率由 1972—1980 年的 27％提升到 1981—1985 年的 30％～40％， 2010 年农业科技进步贡献率达到 52%。在知识经济迅猛发展的今天，科学技术作为第一生产力在中国农业现代化建设中将发挥越来越大的作用。
现阶段我国农业发展正处于从传统向现代化大农业过渡的进程当中，急需用现代物质条件进行装备，用现代科学技术进行改造，用现代经营形式去推进，用现代发展理念引领。因此，物联网作为新一代信息科学技术的重要组成部分，它的快速发展，将会为我国农业发展与世界同步提供一个国际领先的全新的平台，也必将为传统产业改造升级起到巨大的推动作用。
鉴于我国农业物联网建设正处于起步阶段，结合在农业和农村信息化领域已经有了的初步应用，如智能化培育控制、农产品质量安全、远程监测和遥感系统等。如何将这些初步的成果进一步融合、规范化、系统化。是我们现阶段建设农业物联网平台的目标和方向。使农产品生产不同的阶段，都可以用物联网技术来提高工作效率。在种植和培育阶段，应用物联网技术分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物；在农产品的收获阶段，应用物联网技术可以实现一个廉价的信息采集，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。
由此可见，物联网科技的发展也必将深刻影响智能农业的未来。农机企业要抓住物联网建设的重大历史机遇，在“感知中国”的宏伟战略目标的推动下，全方位的推进农业物联网系统建设，积极探索物联网与现代农业应用的结合点，加快我国农业物联网的前进步伐。
智能农业控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与农业生产有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让工作更加舒适、安全、有效。与普通农业生产相比，智能农业可以提供方便快捷的生产环境其网络化功能可以提供遥控温湿度采集,防盗报警,电话远程控制,可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。与普通农业相比，智能农业不仅提供舒适宜人且高品位的生活空间，实现更智能的农业安防系统 ;物联网中的无线传感器应用对智能防灾，灯光控制，以及联网都提供了一种很好的解决办法。而且使用 GPRS 通信模块，可以将农业生产中的突发事件信息告知户主，并且进行智能报警。这样就极大降低了意外灾难的损失。使生活更加舒适、便利和安全。因智能农业控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。
4.3国内外同类技术
充分利用物联网信息管理技术发展现代化农业已成为当今各个发达国家农业发展的热点之一。以欧美为代表的世界发达国家，在农业信息化网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，全方位推进农业物联网的发展步伐，利用“5S”技术（GPS、RS、GIS、ES、DSS）环境监测系统、气象与病虫害监测预警系统等，对农作物生产进行精细化管理和调控，有力地出尽了农业整体水平的提高。
上个世纪 90 年代，在我国随着互联网技术的成熟和普及后，计算机物联网开始进入农业领域，从事农业人员甚至普通农民，既可以随时随地及时快捷的获得各项科技信息、管理信息、市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信息等等。物联网和计算机信息技术的结合，正在改变农业高度分散、生产规模小、时空变异大、量化与规模化程度差、稳定性和可控程度低等行业弱点。随着物联网在农业领域的应用和普及，目前初步形成可应用于各类农业环境监测和诊断的网络化技术和产品，已经在设施农业、农田作物、野外台站、工厂化养殖等领域示范应用。如果不断扩大应用范围。进一步完善相关技术，即可形成农业环境监控物联网。应用该研究成果可针对大规模农业园区、设施农业和野外农田，离散部署无线传感器节点，组建无线传感器网络，对作物生长环境、农业气象要素，如空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等进行动态实时采集，并通过 GPRS／ CDMM3G 移动通信网络实时传输至远程中心服务器，中心服务器接收存储数据，结合对应的诊断知识模型对数据解析处理，以达到分布式监测，集中式管理。真正的使“运筹帷幄决胜千里”的农业管理调控理念梦想成真。
4.4先进性及解决的关键问题
通过采用传感器、视频监控、建立农业监测与设施信息库、状态库、调度服务库及智能分析平台等手段提高投入资源的附加值、减少资源损耗，提升农业生产竞争力。
(1)在现代化温室栽培领域，物联网技术精确地呵护着果蔬和作物的秧苗。在这个过程中，温度传感器、湿度传感器、PH 值传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2 传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH 值、光照强度、土壤养分、CO2 浓度等物理量参数，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，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境，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。
(2)在节水灌溉方面，无线传感网自动灌溉系统利用传感器感应土壤的水分，并在设定条件下与接收器通信，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，构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。可在温室、庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化，促进节水农业的快速和健康发展。
(3)在农田、果园等大规模生产方面，借助物联网技术把农业小环境的温度、湿度、光照、降雨量等，土壤的有机质含量、温湿度、重金属含量、PH 值等，以及植物生长特征等信息进行实时获取传输并利用，对于科学施肥、灌溉作业来说具有非常重要的意义。
(4)在果蔬和粮食的储藏中，温度传感器发挥着巨大的作用，制冷机根据冷库内温度传感器的实时参数值，实施自动控制并且保持该温度的相对稳定。气调库相比于冷藏库将成为更先进的贮藏保鲜方法，除了温度之外，气调库内的相对湿度 (RH)、O2 浓度、CO2 浓度、乙烯(C2H4)浓度等均有相应的控制指标。控制系统采集气调库内各种物理量参数，通过各种仪器仪表适时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证有一个适宜的贮藏保鲜环境。
(5)在生鲜农产品流通方面，需要对储运环境的温度和农产品的水分进行控制，环境温度过高可能会发生大批农产品的腐烂，水分不足品质会受到影响，在这个环节如果借助物联网的帮助，将能大大提高农产品运输的品质。
(6)在作物的生长过程中还可以利用形状传感器、颜色传感器、重量传感器等来监测物的外形、颜色、大小等,用来确定物的成熟程度，以便适时采摘和收获；可以利用二氧化碳传感器进行植物生长的人工环境的监控，以促进光合作用的进行。
(7)在动物饲养中也有传感器应用，如有可用来测定畜、禽肉鲜度的传感器。它可以高精度地测定出鸡、鱼、肉等食品变质时发出的臭味成分二甲基胺(DMA)的浓度，利用这种传感器可以准确地掌握肉类的鲜度，防止腐败变质。也有用来检测鸡蛋质量的传感器。
4.5应用推广前景
物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。在传统农业中，浇水、施肥、打药，农民全凭经验、靠感觉。如今，在现代化农业中，看到的却是另一番景象：瓜果蔬菜该不该浇水？施肥、打药，怎样保持精确的浓度？温度、湿度、光照、二氧化碳浓度，如何实行按需供给？一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都有信息化智能监控系统实时定量“精确”把关，农民只需按个开关，做个选择，或是完全听“指令”，就能种好菜、养好花。
此前我国出台的多项利好政策也大大的促进了农业农村信息化的发展，成为农业物联网发展的强大后盾。现如今，我国很多农村的通讯网络基础条件已经成熟，物联网技术的应用会为之带来巨大的经济和社会效益。近年来，随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽。在监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤 pH 值等方面，物联网技术正在发挥出越来越大的作用，从而实现科学监测，科学种植，帮助农民抗灾、减灾，提高农业综合效益，促进了现代农业的转型升级。
在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集信息，可以帮助农民及时发现问题，并且准确地捕捉发生问题的位置。这样一来，农业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，促进了农业发展方式的转变。
4.6系统总体架构
系统采用物联网安全保障体系与物联网标准与规范体系两大体系贯穿系统多个层面的架构模式，即接入层、中间层、共享层、支撑层、应用层、展现层，共六个层面。ZigBee 协议栈定义了四层，分别是物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层。物理层和媒体访问控制层由 IEEE802.15.4-2003 定义，上层的网络层和应用层由 Zigbee 联盟定义。应用层分别包括 ZDO（Zigbee 设备对象），APS（应用支持子层）和 AF（应用框架）组成。Zigbee 协议栈每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供服务，各层之间的接口通过所定义的逻辑链路来提供服务。
4.7系统网络拓扑
系统在网络方面采取了多种制式。在远程通讯可根据现场情况选择 3G 或 GSM 无线网络，近距离传输采取 ZigBee 模式，保证了网络系统的稳定运行。在整个系统的建设期间，网络系统设计和硬件选型是十分关键的，它涉及到系统的运行效率和稳定性，是系统实施成功的首要条件。
1. 物理层物理层由半双工的无线收发器及其接口组成，主要作用是激活和关闭射频收发器；检测信道的能量；显示收到数据包的链路质量；空闲信道评估；选择信道频率；数据的接受和发送。
2. 媒体访问控制层媒体访问控制（MAC）层建立了一条节点和与其相邻的节点之间可靠的数据传输链路，共享传输媒体，提高通信效率。在协调器的 MAC 层，可以产生网络信标，同步网络信标；支持 ZigBee 设备的关联和取消关联；支持设备加密；在信道访问方面，采用 CSMA/CA 信道退避算法，减少了碰撞概率；确保时隙分配（GTS）；支持信标使能和非信标使能两种数据传输模式，为两个对等的 MAC 实体提供可靠连接。
3. 网络层网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。此外，还包括设备的路由发现和路由维护和转交。并且，网络层完成对一跳(one—hop) 邻居设备的发现和相关结点信息的存储。一个 ZigBee 协调器创建一个新网络，为新加入的设备分配短地址等。并且，网络层还提供一些必要的函数，确保 ZigBee 的 MAC 层正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口。网络层要求能够很好地完成在 IEEE 802．15．4 标准中 MAC 子层所定义的功能，同时，又要为应用层提供适当的服务接口。为了与应用层进行更好的通信，网络层中定义了两种服务实体来实现必要的功能。这两个服务实体是数据服务实体(NLDE)和管理服务实体(NLME)。网络层的 NLDE 通过数据服务实体服务访问点 (NLDE—SAP)来提供数据传输服务，NLME 通过管理服务实体服务访问点(NLME— SAP)来提供管理服务。NLME 可以利用 NLDE 来激活它的管理工作，它还具有对网络层信息数据库(NIB)进行维护的功能。在这个图中直观地给出了网络层所提供的实体和服务接口等。 NLDE 提供的数据服务允许在处于同一应用网络中的两个或多个设备之间传输应用协议数据单元(APDU)。 NLDE 提供的服务有：产生网络协议数据单元(NPDU) 和选择通信路由。选择通信路由，在通信中，NLDE 要发送一个 NPDU 到一个合适的设备，这个设备可能是通信的终点也可能只是通信链路中的一个点。NLME 需提供一个管理服务以允许一个应用来与协议栈操作进行交互。NLME 需要提供以下服务：①配置一个新的设备(configuring a new device)。具有充分配置所需操作栈的能力。配置选项包括：ZigBee 协调器的开始操作，加入一个现有的网络等。
4. 应用层应用层包括三部分：应用支持子层（APS）、ZigBee 设备对象（ZDO）和应用框架（AF）。应用支持子层的任务是提取网络层的信息并将信息发送到运行在节点上的不同应用端点。应用支持子层维护了一个绑定表，可以定义、增加或移除组信息；完成 64 位长地址（IEEE 地址）与 16 位短地址（网络地址）一对一映射；实现传输数据的分割与重组；应用支持子层连接网络层和应用层，是它们之间的接口。这个接口由两个服务实体提供：APS 数据实体（APSDE）和 APS 管理实体（APSME）。APS 数据实体为网络中的节点提供数据传输服务，它会拆分和重组大于最大荷载量的数据包。APS 管理实体提供安全服务，节点绑定，建立和移除组地址，负责 64 位 IEEE 地址与 16 位网络地址的地址映射[4]。 ZigBee 设备对象负责设备的所有管理工作，包括设定该设备在网络中的角色（协调器、路由器或终端设备），发现网络中的设备，确定这些设备能提供的功能，发起或响应绑定请求，完成设备之间建立安全的关联等。用户在开发 ZigBee 产品时，需要在 ZigBee 协议栈的 AF 上附加应用端点，调用 ZDO 功能以发现网络上的其他设备和服务，管理绑定、安全和其他网络设置。ZDO 是一个特殊的应用对象，它驻留在每一个 ZigBee 节点上，其端点编号固定为 0。 AF 应用框架是应用层与 APS 层的接口。它负责发送和接收数据，并为接收到的数据寻找相应的目的端点。
4.8系统功能介绍
4.8.1系统组成
由数据采集系统、视频监控系统、无线传输系统、远程控制系统、数据处理系统和专家系统组成。
4.8.2数据采集系统
数据采集管理系统主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量等传感器采集的数据以及视频监控数据的采集和管理。可为用户在电脑与手机终端上实时、直观的展示采集到的数据。用户可以在平台上查看自己的数据，包括实时数据采集、历史数据管理，以及为用户提供自定义打印报表、提供各种汇总统计图形、对数据库备份等服务，从而方便的得到数据信息，辅助决策。
(1)实时数据采集
实时采集的数据主要为各类传感器采集的数据和视屏监控采集的现场视频数据。温度包括空气温度、浅层土壤温度(土下 2 cm)、深层土壤温度(土下 5 cm)；湿度主要包括空气的湿度、浅层土壤含水量(土下 2 cm)、深层土壤含水量(土下 5 cm)。传感器采集数据的上传采用 ZigBee 无线传输模式，ZigBee 发送模块将传感器的采集数据传送到 zigBee 节点上。用户可以在农业物联网平台上或通过手机终端等查看现场的实时采集的数据，并且在界面上可显示实时采集数据的曲线图。系统监测参数多样化，可根据客户现场情况自由定制。
(2)历史数据管理
历史数据管理是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和空间分布状况，提供日报、月报等历史报表。用户可随时随地通过电脑和手机等终端查看现场采集的历史数据，并且支持条件查询历史数据，并生成曲线、饼图等。错误报警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。
(3)数据备份
该系统对采集的数据进行存储和信息处理。数据存储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。数据备份支持将备份的数据以电子表格的方式下载到用户本机。
3 视频监控系统
视频监控系统采用高精度摄像机对农田或大棚等进行视频监控，系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
(1)实时视频监测
对园区内的农田、果园、花卉等进行在线实时视频监控。用户随时随地通过3G 手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控。定时图像监测
(2)定时图像监测
对园区内的农田、果园、花卉等进行定时的图像监测，时间可由用户自行定制，平台提供可查询列表，方便用户随时查询不同时间段的图片信息。
4 智能预警系统
当采集数据超过系统预先设置的限制时，将开启系统报警功能，并发送短信告知相关管理人员，便于对农作物生产的管理。
(1)报警设置
当采集设备采集到的温度，湿度等基本参数超过预先设置的限制时，报警系统将提供数据报警，并且在报警的同时发送短信息给相关管理人员。告警数据的上下限数值均可在平台上由用户自行设定，系统也可以提供专家阈值设定建议，为用户提供参考。
(2)超限记录
系统会对历史告警信息进行存储，形成告警知识库，方便用户查询历史报警记录。
5 设备远程控制系统
设备远程控制系统主要由控制设备和相应的继电器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设备，包括喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。用户可通过电脑和手机终端对设备直接操控，完成日常工作。
(1)风机控制
用户从远程登入系统可根据条件查询风机，在选定风机后可观察风机的工作情况，给风机下达控制命令。风机控制有送风、停止、风速控制（可调节风机转速）、自动化（按照设备管理模块的设备参数进行自动调节）等功能，用户操作功能键可通过 GSM 或 NET 向下位机（PLC）发送命令，PLC 接收命令转成指令下发给自动化风机，从而实现远程操作风机的功能。
(2)灌溉控制
用户从远程登入系统可根据条件查询给水器，选定给水器后可观察给水器的工作情况，向给水器下达控制命令。灌溉控制有送水、停止、水流控制（可调节每秒出水量）、自动化（按照设备管理模块的设备参数进行自动调节）等功能，用户操作功能键可通过 GSM 或 NET 向下位机（PLC）发送命令，PLC 接收命令转成指令下发给自动化给水器，从而实现远程操作给水器的功能。
(3)卷帘控制
用户从远程登入系统可根据条件查询卷帘，选定卷帘后可观察它的工作情况，给卷帘下达控制命令。卷帘控制有展开、关闭、角度控制（可调节展开大小）、自动化（按照设备管理模块的设备参数进行自动调节）等功能，用户操作功能键可通过 GSM 或 NET 向下位机（PLC）发送命令，PLC 接收命令转成指令下发给卷帘，从而实现远程操作卷帘的功能。
6 设备管理系统
设备管理系统可以对网关、采集节点、控制节点、设备参数等设备信息进行综合管理。可提供直观的页面，方便用户对设备信息进行查找和管理。
(1)网关管理
管理网关的基本信息，包括网关基本信息的增加、删除、修改、按条件查询的功能。
(2)采集节点管理
管理采集节点的基本信息，包括采集节点基本信息的增加、删除、修改、按条件查询的功能。
(3)控制节点管理
管理控制节点的基本信息，包括控制节点基本信息的增加、删除、修改、按条件查询的功能。
(4)设备参数管理
管理设备参数的基本信息，包括设备参数基本信息的增加、删除、修改、按条件查询的功能。
8专家服务系统
专家服务系统提供专业的农业病虫害管理、农机农具管理等一系列可定制功能。病虫害防治系统建立病虫害防治数据库，提供病虫害预防与智能推理诊断服务。
1 专家防治
专家防治系统是结合农业特点推出的一项农业物联网新技术服务。它将信息技术和农业技术相结合，解决农业病虫害的综合防治等问题。专家防治系统在基层用户需求的基础上，运用专家总结出来的经验作为分析判断的基础和原则，建立了高效、完善的蔬菜病虫害防治知识库。系统在为用户详细分析农产品知识特点的基础上，可以为用户提出适合该领域的知识分类及各种建议。系统主要由农产品管理、病害管理、蔬菜病害、无公害防治方案等几大模块构成，集成了多种常见农作物的病虫害防治技术、农资使用技术等。可实现多种农作物病虫害的文字、图片文件等多种媒体方式的信息存储、添加、删除、修改和查询。
(2)专家在线
系统提供专家在线服务，由农业专家对用户提出的问题进行实时交流，帮助用户解决农业问题，指导农机操作。服务内容主要包括平衡施肥、控制水分、病虫害综合防治、延长保鲜期等多方面内容。

五粮食仓储管理子系统
5.1粮食仓储总论
随着我国社会主义市场经济的不断发展，我国储粮科学技术研究事业发展较快，也取得了不少新成果、新技术，掌握了粮食在不同储藏条件下的演变规律和理论根据，不同生态环境中虫霉消长规律及防治方法；粮堆机械通风、低温及气调技术已形成多形式的选型、定型的工艺设计与设施；我国已制订出粮油储藏技术规范；粮食储藏的基础研究也取得了新进展，如不同温度、水分、气体成分对不同粮种在储藏期的变化、陈化机理及品质劣变指标的研究成果，从而提出了储藏保鲜可能性的限期。然而，同其它科学一样，粮食仓储研究也是无止境的，况且，我们在仓储科学领域里所做的努力还没有完全满足实际储藏工作的需要。现阶段，我国粮食仓储管理的信息化水平较低，粮食系统的信息集成分析能力有限，近些年来，随着信息技术的发展，越来越多的新的信息技术被应用到了粮食仓储方面，而物联网技术便是其中之一，综合这些因素，这就需要国家组建面向粮食行业的物联网，加大粮食仓储的信息化管理和智能化控制，提高我国粮食仓储的信息化水平。
本文将详细的介绍粮食仓储的过程，涉及影响粮食仓储的多个方面，如粮仓的温度、湿度、虫害、气密性以及防水防漏监测等，分别讲如何智能的控制这些因素，从而达到降低粮食仓储损失的目的。
粮食储藏过程是由群体籽粒（种子）组成的生态体系来体现的，它本身是活的有机体，内部不断进行着有生命的、生物化学的复杂变化，这种生命的、生理的、化学的现象必须加以定向控制，以保持它固有的品质，同时还受环境条件的、物理的、物理化学的因子制约（如粮食及所处环境的水分、温度、湿度及空气组成等）。故粮食仓储的过程是一种多学科的、采取自然调节或调控技术相配合的科学。所以，设计和运用现代化的科学技术进行粮食储藏是必须的，也是刻不容缓的。
随着信息技术的快速发展，信息化逐渐应用于各行各业，粮食仓储行业也开始信息化，智能化，物联网技术是近些年来信息化产业的诞生物，所以物联网技术应用于粮食仓储方面，也是一种智能仓储的表现，运用物联网技术，可以实时掌握粮食粮情数据，提高粮食仓储管理水平。利用传感器等信息感知设备实时监测粮仓内粮食的温度、湿度，并实现对这些条件的自动调节;利用压力传感器监测粮仓内粮食的总量变化，为合理控制库存创造条件。
本文按顺序依次介绍物联网技术在粮食仓储上的应用，粮食的组成，粮仓的分类，粮食的散落特性，影响粮食仓储的因素以及粮食仓储的发展趋势这几个大的模块来写，每个大的模块下又分别包含不同小的部分，从而将整个粮食仓储环节的智能化完整的展现出来。
5.2智能仓储
传感器是构成物联网系统的基础单元，是机器感知物质世界的“感知器官”，是物联网获取物质世界相关信息的主要来源点。具体的说，传感器就是一种能够实时感知识别物体当前信息的元器件。
5.2.1传感器的定义及作用
国家标准GB766_5-87对传感器描述的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”传感器是能够检测物体信息的一种检测装置，并能将检测到的信息按照