农业高科技园区智能监控管理系统——(新).doc

农业高科技园区智能监控管理平台
1. 概述
1.1平台建设背景
随着信息技术与传感器技术的发展，示范园区信息化建设日益受到人们的重视。科技示范园信息化系统的建设不仅可以使得传统农业生产经营方式发生根本改变，还在很大程度上提高了园区的农业生产管理水平，同时也加速了现代农业的发展的步伐，可有效地推进了农业集约经营、品牌建设与科技创新。为了更大程度的发挥高科技示范园区的带头作用，科技示范园区信息化系统的建设势在必行。
目前，日本、美国、德国等发达国家已率先利用现代化的信息通讯手段，实施现代农业生产模式，建立了完善的农业信息体系，为其各自国家农业现代化的建设提供了强有力的技术支持。我国现代化园区建设尚处于起步阶段，建设的经验还不成熟，科技示范园区的建设主要存在以下问题：
（1）科技园区基础信息不能及时获取，管理手段具有滞后性的特点；
（2）科技示范园形成信息孤岛，给信息的共享带来很大难度；
（3）没有整体的信息化管理平台，浪费人力、财力；
（4）不能有效的达到科技示范、推广的作用；
针对农业高科技园区信息化的发展瓶颈，沈阳巍图科技结合多年从事农业信息化研究的经验，从实际出发研发了“农业高科技园区全面信息智能监控管理平台”，该平台以布设在田间的传感器网络为基础，结合农业专家知识库系统，可实现园区内环境信息、土壤信息、作物长势等信息的实时监测，同时可根据预定条件，实现园区内整体信息的调控。
1.2平台建设意义
该平台的建设可为农业科研、开发和成果转化提供前沿阵地和示范样板，向全省乃至全国集中展示优良品种、高效种植、工厂化生产等现代农业高新技术，加快农村产业调整，形成具有地方特色的设施农业、观光农业、生态农业、外向型农业，创出自己的品牌，拿出“拳头”产品，进而大幅度提高农业经济效益。平台建设的意义在于：
（1）通过系统的建设，研究与示范持续农业增产增收的科学技术，提高农业综合生产能力；
（2）通过系统的建设，研究示范农产品转化增值，推进农业产业化，实现农业持续高效；
（3）通过系统的建设，更好地实现立体农业、设施农业、观光农业、节水农业等高科技农业，提高农业科技含量；
（4）通过系统的建设，使效益农业与观光农业有机结合起来，实现农业效益与园区文明建设的“双赢”。
2. 平台建设
为了充分发挥科技示范园区的功能特性，更好的推动当地农业现代化的建设，XX农科院决定建立一套农业高科技园区智能监控平台。
2.1平台建设要求
为了达到科研、示范、推广的目的，该平台的建设应该满足以下要求：
1、 气象信息监测：该平台应实现园区内气象环境信息的监测，监测的信息包括空气湿度、空气温度、风速、风向、雨量、蒸发、土壤温度、土壤湿度、光照等九个要素。
2、 作物长势监测：可实现园区内作物长势的实时监测、数据存储、远程上传等，可对作物的发病情况进行实时记录。
3、 果树单株精准灌溉：可实现4棵果树的单株精准灌溉控制，需实现远程控制及本地控制两种方式，可实时监测果树生长的土壤环境。
4、 水产养殖信息监测：可实现鱼塘内鱼类生长各个因子的监测，包括：水位、水温、生化需氧量（COD）、化学需氧量（BOD）、溶解氧含量、水质PH、含盐量；
5、 畜牧养殖信息监测：可实现养殖设施内动物生长各因子的监测，包括：空气温度、空气湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度、光照强度等参数等；
6、 展示平台建设：为了更好的实现园区管理，为方案决策的制定提供便利，平台建设应包括3X4M电视墙，用于信息的实时展示、预警发布、会议商讨等；
2.2平台整体建构
为达到平台建设的要求，巍图科技从园区实际情况出发、结合多年从事设施农业研究的经验，建立了”高科技园区智能监控管理平台”，该平台主要包括气象信息监测模块、作物长势监测模块、果树单株精准灌溉模块、水产养殖信息监测模块、畜牧养殖信息监测模块。平台建设的整体框架图如下：
高科技园区智能监控平台

水产养殖监测模块
作物长势监测模块
畜牧养殖监测模块
展示平台建设
果树精准灌溉模块
气象信息监测模块

2.3平台建设
各功能模块具体功能及建设如下：
2.3.1 气象信息监测模块
用于实现该风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、太阳辐射、蒸发等常规气象要素。为了实现该功能，平台建设需建立智能气象站一台，该气象站的应具备以下特点如下：
1.测量精度高，无须人工参与；
2.数据采集密度可设置，从1秒~365天可随意设置；
3.通讯方式灵活，用微机下载监测数据；
4.节能设计，支持太阳能板供电，适于野外作业；
5.可扩展无线网络通讯功能，配无线通讯器通过GPRS网可实现远距离或异地遥测数据。
为此，该平台建设中我们选用巍图科技生产的WITU-WS(1)气象站，其主要的配置清单如下：
项目
配件名称
数量
单位
备注
气象站传感器系列
土壤水分传感器
1
个
土壤体积含水量
土壤温度传感器
1
个
土壤温度
空气温湿度传感器
1
个
空气温湿度
风向传感器
1
个

风向传感器
1
个

光照传感器
1
个

蒸发传感器
1
个
液面蒸发
雨量传感器
1
个
持续降雨量
数据采集控制器
DMG-1采集控制模块
1
个
采集控制模块
无线传输系统
无线传输模块
1
个
数据的无线传输
无线传输软件系统
1
套

数据线
——
——

太阳能供电系统
太阳能板（带支架）
1
个
供电系统
控制器
1
个
电瓶
2
块
气象站支架
支架及固定设备
1
个

避雷装置
1
个

2.3.2作物长势监测模块
用于观测栽培对象即实验植株实时状况及局部病虫害发生、发展的情况。为了实现该功能，平台建设过程中在需在园区内布设10台视频摄像头，通过无线方式，接入监控平台，系统架构图如下：

主要使用的设备有：
项目
配件名称
数量
单位
备注
监控部分
视频摄像头
10
台
带云台可变焦
传输部分
无线网桥
10
对
数据的无线传输
配件
安装支架
10
套

电源线
若干
米

2.3.3 水产养殖监测模块
该功能模块基于公共网络、以高精度的传感器及执行设备为基础，遵循分布式架构、集中管理的原则，实现了鱼塘养殖中环境因子（水位、水温、生化需氧量（COD）、化学需氧量（BOD）、溶解氧含量、水质PH、含盐量）的实时监测，具有建设成本低、扩展性好、维护方便等优点。

畜产养殖只要使用的硬件设施如下：
项目
配件名称
数量
单位
备注
传感器部分
空气温湿度传感器
1
个
空气温湿度
光照传感器
1
个

水位传感器
1
个

水温传感器
1
个

PH传感器
1
个

电导率传感器
1
个

BOD传感器
1
个

COD传感器
1
个

数据采集控制器
数据采集控制模块
2
个
DMG-1
数据存储传输模块
1
个
MSG-2
无线传输系统
无线传输模块
1
个
数据的无线传输
无线传输软件系统
1
套
数据线
——
——

安装配件
支架及固定设备
1
个

避雷装置
1
个

2.3.4畜牧养殖监测模块
该系统的建设以公共网络及高精度传感器为基础，可实现规划化养殖设施内空气温度、空气湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的实时监测，为应对措施和执行命令的下达提供了数据基础。

主要使用的硬件设施如下：
项目
配件名称
数量
单位
备注
传感器部分
空气温湿度传感器
1
个

二氧化碳传感器
1
个

氨气传感器
1
个

光照传感器
1
个

数据采集控制器
数据采集控制模块
1
个
DMG-1
数据存储传输模块
1
个
MSG-2
无线传输系统
无线传输模块
1
个
数据的无线传输
无线传输软件系统
1
套
数据线
——
——

太阳能供电系统
太阳能板（带支架）
1
个
供电系统
控制器
1
个
电瓶
2
块
配件
支架及固定设备
1
个

避雷装置
1
个

2.3.5 果园智能化精准管理模块
系统通过对单株果树的精准管理，从而实现整个果园的智能化精准管理，实现果园效益的最大化。

图10　果园智能化精准管理系统结构图
该模块可实现以下功能
Ø 控制功能：软件可按控制逻辑图完成各项控制中工作。
Ø 监视功能：在正常的系统运转中，能监测各个控制部件的工作状态，并显示在屏幕上。
Ø 手控功能：当监测系统出故障不能发出正常指令时，操作人员可通过主控计算机手工控制各控制部件的工作状态。
Ø 统计功能：能统计出每棵果树的用水用肥量及过程曲线。
Ø 参数设定：对果树生长所需要的含水量上下限、土壤电导率上限、主管道电导率、主管道pH值等参数进行设定。如果可能，则对整个果树生育周期中的城需肥指标、年周期中的需水指标、年周期需肥指标等进行设定。
该系统的使用，可以为果树提供一个理想的土壤环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善土壤质地、减少病虫害、增加作物产量，提高作物品质等作用。
主要使用设备如下：
项目
配件名称
数量
单位
备注
灌溉装灌
土壤水分传感器
4
个

PH传感器
4
个

单株灌溉控制器
4
套

数据采集控制器
485HUB
1
个

数据存储传输模块
1
个
MSG-2
无线传输系统
无线传输模块
1
个
数据的无线传输
无线传输软件系统
1
套
数据线
——
——

供电系统
开关电源
1
个
供电系统
配套设施
电磁阀
4
个

避雷装置
1
个

2.4平台建设总体预算
平台建设的总体预算如下：

序号
功能模块
项目
配件名称
数量
单位
单价
1
气象监测
气象站
智能气象站
1
套
35000
2
作物
长势
监测
模块
监控部分
视频摄像头
10
台
2300
3
传输部分
无线网桥
10
对

4
配件
安装支架
10
套
1050
5
电源线
若干
米

6
水产
养殖
监测
模块
传感器部分
空气温湿度传感器
1
个
1265
7
光照传感器
1
个
1400
8
水位传感器
1
个
1200
9
水温传感器
1
个
350
10
PH传感器
1
个
650
11
电导率传感器
1
个
900
12
BOD传感器
1
个
2400
13
溶解氧传感器
1
个
2200
14
数据采集控制器
数据采集控制模块
2
个
2530
15
数据存储传输模块
1
个
6000
16
无线传输系统
无线传输模块
1
个
1320
17
供电系统
太阳能供电系统
1
套
2000
17
安装配件
支架及固定设备
1
个
1850
18
避雷装置
1
个
19
畜牧
养殖
信息
监测
模块
传感器部分
空气温湿度传感器
1
个
1265
20
二氧化碳传感器
1
个
2600
21
氨气传感器
1
个
1860
22
光照传感器
1
个
1400
23
数据采集控制器
数据采集控制模块
1
个
2530
24

数据存储传输模块
1
个
6000
25
无线传输系统
无线传输模块
1
个
1320
26
供电系统
太阳能供电系统
1
套
2000
27
配件
支架及固定设备
1
个
1850
28
避雷装置
1
个
29
果树
精准
灌溉
模块
灌溉装灌
土壤水分传感器
4
个
1430
30
PH传感器
4
个
650
31
单株灌溉控制器
4
套
2000
32
数据采集控制器
485HUB
1
个
380
33
数据存储传输模块
1
个
6000
34
无线传输系统
无线传输模块
1
个
1320
35
供电系统
开关电源
1
个
180
36
配套设施
电磁阀
4
个
350
37
展示平台
软件系统
智能监控平台
1
套
50000
38
电视墙
3X4m
1
套

小计

191520
39
其他
安装调试费

8000

合计

199520
注：红色部分未计入总价
3. 系统创新性
1、视角上的创新
本系统站在一个全局管理者的角度对整个农业园区进行管理，范围包括园区内的各个区域。生产管理者可以凭借本系统更科学、有效地完成园区管理工作。
2、管理模式的创新
一个农业园区的管理模式、目标，以及与市场经济的结合程度是其能否成功运营与发展的关键。
我国的农业园区从土地审批、园区规划建设到招商引资都由政府出面，园区管理中普遍存在分工不明确，责任分级不能到个人等缺点。
引入本系统，可以在权限、职责设置上，直接把任务、生产区域、作业范围等直接下发到个人，并可以通过历史信息查询，明确得出个人操作信息，从而在源头上解决了园区管理责任问题。
同时系统结合农业专家知识库系统，通过对有效环境相关信息的监测，通过软件的分析，直接得出适合各种作物、畜舍、鱼塘等的科学操作方案。从而使每一位农业园区管理人员，都成为实际管理中的农业专家。
通过本系统出产的畜产品、高档农作物，都可以通过建立个体识别系统，从而在食品安全、产品追踪溯源领域得到广大客户的认可，在绿色农业、观光农业领域有新的发展和突破。
3、技术上的创新
（1）作物精灌溉控制技术模式
作物需水量与需水规律一直是世界上现代节水农业研究的重点，近年来，国内着重研究了不同节水灌溉条件下主要大田作物的需水指标和需水量估算模型，并结合DEM和GIS 技术，分析了作物需水的时空尺度特征，取得了一些成果。在作物需水规律基础上，需要设计一种合理的灌溉制度才能满足作物不同生育阶段对水分的需求。20 世纪60 年代美国等发达国家提出了农业经济用水问题，并提出了节水灌溉的概念，以探询水量与产量的关系并给出规划模型，设计不同供水条件下农作物的最优灌溉制度。当一个灌区内种植多种作物时，如何在一定水资源条件下，合理安排作物的种植结构，将有限的水资源分配到各作物之间，使全灌区获得最大效益，也是目前作物节水灌溉制度研究的重大课题之一。本项目根据作物生长的实际情况，制定了定时灌溉、定量灌溉、智能灌溉和ET0灌溉模式，属于国内领先国际先进水平。
（2）智能监控技术
该技术基于公共网络、以高精度的传感器及执行设备为基础，遵循分布式架构、集中管理的原则，实现了环境因子的实时监测和远程智能调控，具有建设成本低、扩展性好、维护方便等优点；
（3）果树智能控制技术
本套技术可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构；
4、理念上的创新
（1）鼓励产学研结合
首先，本系统中使用的各种监测设备，在性能指标上，完全可以满足研究部门的用户需求；
其次，本系统积累的各种历史信息，包括气象环境信息、作物生长操作信息、畜牧养殖信息等，非常适合研究单位进行科学试验和总结；
再次，本系统是一个开放的系统，可以根据科技的发展，随时进行系统的升级和完善。
所以，本系统从理念上鼓励产学研结合，从而提升客户使用理念，鼓励创新。
（2）搭建公共服务平台
本系统实现了农产品的追踪溯源，从而在食品安全领域提供了示范和支持，为相关国家部门、其他相关企业提供了参考，搭建出一个食品安全的公共服务平台。
该系统的建设立足于国内实际，引用国内外最先进的技术，势必为农业科技示范园区技术示范、推广提供了展示平台，同时为管理人员提供了管理平台，大大提供了科技示范园区的运营效率。
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