智慧农业物联网平台建设方案.docx

智慧农业物联网平台
建设方案

目录
第一章 概述 4
1.1 项目背景 4
1.1.1 发展现状 4
1.1.2 传统农业存在的问题 4
1.1.3 智慧农业的概念 4
1.2 项目建设原则 5
1.3 项目建设的目的 7
第二章 智慧农业系统设计方案 7
2.1 总体方案设计目标 7
2.2 智慧农业物联网系统组网图 9
2.2.1 智能温室组网说明 9
2.2.2 智能节水灌溉组网说明 10
2.2.3 组网方式 11
2.2.4 远程操作模式 11
第三章 智慧农业物联网平台介绍 11
3.1 平台软件 11
3.1.1 平台软件总体框架设计 11
3.1.2 平台软件功能 13
3.2 智慧农业物联网系统方案设计 20
3.2.1 智能控制系统 20
3.2.2 传感器与控制设备 21
3.3 智慧农业控制系统优势 22
第四章 项目管理 23
4.1 实施计划 23
4.2 实施步骤 23
4.2.1 前期准备 24
4.2.2 设备采购 24
4.2.3 安装测试 24
4.2.4 项目验收 24
4.3 系统测试 25
第五章 用户培训 27
5.1 培训概述 27
5.2 培训原则 27
5.3 培训目的 27
5.4 培训方式 27
5.5 培训地点 28

第一章 概述
1.1 项目背景
1.1.1 发展现实状况

1.1.2 传统农业存在问题
Ø 生产者规模小，产品不标准，管理方法不统一；
Ø 劳动力短缺，传统农业管理模式难认为继；
Ø 对病虫害防治不了解，农药施用时机、施用量没有科学依据；
Ø 对气温、光照、土壤含水量等指标没有科学监测和分析，不能准确把握作物浇灌时机和浇灌量；
Ø 不能及时掌握气候改变信息，灾害抵抗能力差，损失难以承受
缺乏农业科研技术人员专业指导，缺乏完善有效种植技术。
1.1.3 智慧农业概念
智慧农业就是将物联网技术利用到传统农业中去，利用传感器和软件经过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具备“智慧”。除了精准感知、控制与决议管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包含农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面内容。
智慧农业是农业生产高级阶段，是集新兴互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依靠布署在农业生产现场各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境智能感知、智能预警、智能决议、智能分析、教授在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决议。
“智慧农业”是云计算、传感网、3S等多个信息技术在农业中综合、全方面应用，实现更完备信息化基础支撑、更透彻农业信息感知、更集中数据资源、更广泛互联互通、更深入智能控制、更贴心公众服务。“智慧农业”与当代生物技术、种植技术等高新技术融合于一体，对建设世界水平农业具备主要意义。
1.2 项目建设标准
智慧农业物联网平台建设遵照以下几项标准：
易用性标准
人性化为设计第一标准，贴近用户需求，简单实用是该系统方案设计基础，设计开发产品，能够让用户在经过简单培训后能快速使用，同时要在节水浇灌日常管理中发挥巨大作用，产生实际意义。
可靠性标准
可靠性设计是系统设计主要组成部分，贯通于系统功效设计各个步骤。确保整个系统能够稳定可靠运行，用户能够长久使用。
时效性标准
数据实时采集，阀门、泵站实时控制，实时传输，实时响应，为 应用程序层各类业务操作提供强大支撑。
安全性
在系统管理模式上，采取多用户/多角色管理模式，系统登陆密码采取 MD5 进行加密，每个用户对应不一样系统权限，将维护管 理与常规应用分开，防止人为造成系统故障；最终，系统采取多级日志统计，对控制类、数据访问类、统计分析类操作进行不一样日志统计，方便在产生故障时明确责任和排查问题。
标准型标准
该项目采取智能浇灌综合管理系统所包括各项软件开发工 具及系统开发平台，均符合我国国家标准、信息产业部、水利部、农业部相关技术规范和要求。
1.3 项目建设目标
水肥一体化智能浇灌系统能够帮助生产者很方便实现自动水肥一体化管理。
实现智能化监测、控制浇灌中供水时间、施肥浓度以及供水量。 各类传感器可实时监测温室环境数据、浇灌状态等，可依照设定 土壤湿度上下限自动完成浇灌任务。依照环境数据自动开启天窗、风机、卷帘等电气设备。
经过水肥一体化系统建设，充分提升科学管理效率，达成节水、 节肥、省电目标，同时提供生产效率，降低劳动强度，降低人力成本。
第二章 智慧农业系统设计方案
智能农业物联网系统主要是由阀门、水表、水泵、自动反冲 洗过滤系统、智肥化施肥机/施肥罐、安全阀、电磁阀、风机、卷帘、气象站、田间管道系统等组成。该系统适合在已建成设施农业基地或符合建设微灌、滴灌、喷灌等要求地方应用，适适用于育苗、蔬菜、水果、大型浇灌等农业工作。
2.1 总体方案设计目标
自动化系统建设目标是农业浇灌等操作实现无人值守。在系统正常运行后，除去通常性巡查、巡检等工作外，浇灌全过程无需人工操作，这就要求全部浇灌需要操作步骤必须具备自动控制条件，比如水泵或阀门，而且相互之间具备稳定可靠通讯路径，以实现远距离遥控。同时还要求实时监测流量、压力、土壤墒情等运行数据，首先是获取自动控制目标参数、过程参数和安全保护数据等，以确保系统稳定运行；另首先是为更高层次管理系统提供数据基础，以实现信息化管理伎俩。
该项目水肥一体化系统设计主要包含：平台软件、智能温室控制系统、传感器与控制设备等三部分。每个系统经过数据和信息交互形成一个有机整体，最终达成智能控制和管理目标。
平台软件：对各类数据、信息、业务、应用进行统一管理和维护， 能够实时监测整个系统运行情况，包含手机 APP 及 PC 端软件。
温室控制器：控制风机、卷帘、阀门、天窗等电气设备。
传感器与实时控制设备：压力传感器、流量传感器、土壤墒情站、电动阀与水泵等。
2.2 智慧农业物联网系统组网图
2.2.1 智能温室组网说明
该组网图演示为小面积示范区，每个连栋温室为 1个浇灌区域，1个子系统，该子系统完成对温室内风机、卷帘、天窗、阀门、水泵等设备自动化控制，同时完成温室内空气温湿度、二氧化碳、光照强度、 土壤墒情等传感器数据采集工作，并把相关数据上传至控制中心， 实现全自动化管理。后续扩建将每个温室划划分为一个子系统，直 接接入到控制中心即可，可实现大面积智能温室水肥一体化管理。
2.2.2 智能节水浇灌组网说明

2.2.3 组网方式
温室控制器与控制中心采取 GPRS 无线传输及控制模式，温室控 制器与电气设备、传感器之间连接采取有线连接方式。
该种组网方式稳定可靠，能够实现远程控制，可随时随地查看温 室实时状态及实时数据。
2.2.4 远程操作模式
智慧农业操作模式分为三种。
1）全自动模式：依照设定阀值自动控制开关，无需人为控制和管理。
2）定时模式：可人为设置设备开启关闭时间，按照设定时间，自动完成相关操作。
3）手动模式：能够对每个设备进行手动开关。
第三章 智慧农业物联网平台介绍
3.1 平台软件
3.1.1 平台软件总体框架设计
平台软件是实现整个系统功效载体，是系统最终能否发挥效用关键所在，所以能够说管理软件好坏决定着项目标成败。节水浇灌实时监测与自动化控制综合管理系统软件为三层结构，见下列图：

数据层
数据层主要完成各类数据采集和存放，如土壤墒情数据、气 象数据、植物生长数据及各类传感器数据等。
该层为底层，主要完成各类数据自动采集、存放和处理，各类 控制指令发送，各类测控设备配置和管理等。由开发人员或专业 技术人员进行配置和维护，不需要通常操作人员掌握。
应用层
该层为关键层，最主要内容就是浇灌计划制订和执行。可依照自动采集气象、墒情等数据，结合人工输入作物不一样生长阶段 需水信息、以往浇灌经验值等数据，制订出科学合理浇灌计划。
浇灌计划形成后，即由该层自动控制程序负责执行，按照计划时间点自动发出对应控制指令，操作泵、阀等设备。在浇灌计划执 行过程中，依照自动监测气象、墒情等改变情况做出预警，并生 成优化和调整方案，人工确定后继续执行。比如：降雨停灌、降雨不足调整浇灌时间或强度、墒情超限停灌等等。
适时调整和优化浇灌计划，并提醒后台管理人员，是否按照新优化方案执行浇灌计划。
界面层
界面层为软件设计最上层，设计目标为科学、美观、易用、易维护。该层可提供丰富数据分析，实时显示灌区浇灌情况、土壤墒情参数以及整个灌区网络拓扑图，可结合 FLASH 等工具多采取 图形界面，能够自动生成各类数据图表。
3.1.2 平台软件功效
应用软件必须是基于 B/S 与 C/S 结构格调界面，要采取全图形化设计，支持触摸屏控制，达成操作员会上网浏览网页就会使用应用软 件要求应用软件采取上节所述标准三层结构，底层用 C++编程，界面脚本采取JAVA语言，数据库采取 MYSQL。应用功效模块包含上述功效结构图中全部内容，内嵌集成必要数学分析模型。

3.1.2.1 用户管理
对使用该系统用户分成不一样角色（如：管理员、操作员等），
对不一样角色授予对应权限，对详细用户进行注册时赋予对应 角色，从而得到对应使用权限。本系统登陆时需要经过身份验证， 只有正当用户才能进入该系统，并受对应权限控制。从而实现了系 统安全性管理。
权限管理：通常系统权限控制到菜单级别，权限管理按照菜单 功效对系统权限进行维护；
角色管理：维护系统操作所需各级角色；
角色权限分配：给每个角色，赋予对应功效权限。
3.1.2.2 设备管理
节水浇灌实时监测与自动化控制综合管理系统首先经过系统维护各类子功效对系统管理各类设备、通信通道、数据库对象等进 行维护。方便用户一目了然了解系统所管理各类对象。
智能温室控制器管理
智能温室控制系统是整个项目标关键设备，该功效对系统建设 首部控制器进行管理和维护。主要信息包含智能温室控制器编号、 智能温室控制器控制范围、通信信道、备注信息等。
通道管理
通道管理主要对首部控制器、气象监测设备、土壤墒情监测设备、 其余数据通信信道进行维护和管理。经过集中化管理，对数据接口进 行统一维护。
终端管理
终端管理能够按设备类别、所对应首部控制器等条件对全部 终端设备进行维护和管理。
数据备份还原
为了预防数据库瓦解、系统故障或其余人为原因造成数据库瘫痪或者数据丢失等问题，节水浇灌实时监测与自动化控制综合管理系统提供安全、稳定、便捷数据库备份与还原功效。具备系统管理权 限用户在登陆系统后能够定时或不定时对系统数据库进行备份；当 发生任何数据故障、数据灾难时用户无须面对专业数据库问题而只 需要一键点击，即可选择任意备份时段数据库进行还原。
故障管理
当首部控制器或各类终端设备在运行过程中出现故障时，系统会 依照设定报警参数进行报警提醒，主要包含系统中监测到一些设备报警以及模拟量越限报警，对于不主要报警信息能够经过声光方 式在监控室显示，对于主要报警信息能够经过手机短信方式在报警 第一时间发送到相关人员。
3.1.2.3 浇灌计划
浇灌计划主要经过作物种植管理、轮灌组管理、新建轮灌组、轮灌计划管理、新建轮灌计划、智能控制管理等功效，达成初步决议 支持功效，实现智能化浇灌；
该功效是本系统关键功效，包含制订、优化并执行浇灌计划， 并对各项指标进行统计分析。
浇灌计划制订
周期浇灌模式：周期浇灌模式即定时浇灌模式，选择将要进行浇灌温室大棚： 选择温室阀门，输入开始时间、结束时间及时长，可完成温室内每个 阀门定时开始及关闭，实现周期定时浇灌。
自动浇灌模式：选择将要进行浇灌温室大棚：设置土壤墒情阈值，点击确定，依次类推，完成全部阀门与土壤墒情阈值设定，即可实现全灌区 自动化浇灌控制。
上述浇灌计划自动下发给智能温室控制系统并存放，每到土壤墒情参数达成设定阈值，系统自动打开阀门进行浇灌。
手动浇灌模式： 选择将要进行浇灌温室大棚：手动开启及关闭温室阀门，该浇灌计划自动下发至各智能温室控制器，系统实现手动浇灌。
计划优化调整
假如浇灌期间检测到降雨（如安装雨量计），在降水量超出设定 限值后系统会参考墒情信息自动调整，减去降水量后重新安排计划 并下发并覆盖上次计划。
计划执行监控
整个系统运行情况、各浇灌单元相关数据以及故障报警信息都能够随时监控。
计划数据管理
系统对于已经执行过浇灌计划数据，会保留到数据库中，随时能够对历史浇灌计划数据进行查询。
模型参数设置
编制浇灌计划用到模型，需要输入所需参数数据，然后依照模型分析计算出对应结果。
日志管理
日志管理包含登录日志和操作日志两部分。登录日志主要是操作员每次登陆系统统计；操作日志详细统计了操作员每一项动作。 有了日志统计，能够清楚看到每个操作员对系统各项操作轨迹， 需要时能够进行各种查询。管理员能够对过期、无用系统日志进 行清理和批量删除。
3.1.2.4 实时监控
中控室经过远程监控系统采集各现场监控站泵房内各个阀门与 水泵控制信号，实现水泵和阀门远程控制，同时还采集相关模拟量数据，如蓄水池水位、管道流量、过滤器前后水压、电机电流、 电压、墒情、气象等数据。
在设备监控界面上直观显示相关电磁阀位置、状态、是否启用 轮灌，正在浇灌组别，浇灌连续时间、当前系统时间显示等信息。 该界面能够对电磁阀状态统一实时查询；轮灌开启、界面锁定；电磁阀单独开启关闭、状态查询。界面锁定以后（安全模式），整个 界面上操作人员不能有任何操作动作（不能控制设备，只能浏览查询 信息），只有经过密码实现解锁才能进行控制操作。
灵活控制方式
自动控制：系统依照自动生成浇灌计划在指定时间自动打开灌水控制终端进行浇灌，在指定时间自动关闭阀门结束浇灌。
定制浇灌模式：在经验数据库还没有建立起来时，也能够直接定 制浇灌计划，在屏幕上直接设置任何一个浇灌系统任何一个轮灌小 区何时开始浇灌，灌多长时间等，系统会依照浇灌设计中轮灌组分 配，自动进行调整合并后下发执行。
即时控制模式：可不经过浇灌计划，在认为需要灌水时直接遥控 打开或关闭某个轮灌区或水泵。
3.1.2.5 数据统计
数据统计功效
查询统计主要经过降雨量柱状图、土壤墒情曲线、气象信息数据 查询、阀门实时信息查询、阀门历史信息查询等功效，同时对各类历史进行科学统计、分析，融合大数据、互联网及物联网等相关技术， 对数据进行充分挖掘，形成农作物标准种植信息库，从而达成提升能效、增产增收目标。
（1）环境信息数据实时统计及展示
单独查看每个土壤墒情站墒情过程线，可叠加共同输出墒情过程线并可打印。
（2）历史统计
经过控制程序界面，可查询对应历史统计，包含各泵阀开启、 关闭时间，浇灌时长、周期等，以及温室各类环境数据及土壤墒情数据。
数据分析功效
统计分析模块功效设计应以满足浇灌计划、供水分析、方案评价、信息公布等业务需求为目标，统计分析模块主要功效包含：浇灌计划统计、水量统计分析、环境信息统计、历史信息统计等功效模块等。
3.2 智慧农业物联网系统方案设计
3.2.1 智能控制系统
智能温室控制器（首部控制器）本身为智能终端并可独立运行。具备对水源和首部全自动控制功效，向下能与传感器组网，实现浇灌、温湿度、风机、卷帘等设备控制，向上也能与控制中心及手机客户端组网，最终实现大面积连片集中管理。
该控制系统应能监测水泵工况、水池水位、管道压力、供水流量和电量等参数，并可控制引渠进水闸门、水泵、过滤器冲洗以及施肥阀等。还应具备欠压、缺相、相序、管路失压等完整故障监测保护和报警功效。

3.2.2 传感器与控制设备
3.2.2.1 土壤墒情工作站
每个墒情监测站布置 1 只土壤水分传感器，埋深 40cm，监测作 物根系生长土层土壤水分。
本项目中土壤墒情工作站工作模式为应答式，在控制中心或手机 客户端查询指令后按要求返回对应监测值；
墒情站通常情况下无需设置和维护，具备自动采集和当地存放功 能，采集不一样深度土层墒情数据后依照预设工作模式传回中控室。
3.2.2.2 环境数据采集工作站
依照温室面积，每个连栋温室安装套空气温湿度传感器，1 套光照强度传感器，1 套二氧化碳传感器。 采集数据实时上传，除自动化管理电气设备以外，还具备温度、湿度告警等功效，经过短信或声光报警方式通知温室责任人及时处理问题。环境数据采集每 5分钟采集一次数据。
3.2.2.3 电动阀阀门系统
因综合考虑使用连续性需求和建设投资，不设旁路及检修阀，所以阀门必须具备手动开启功效，在出现机械或电路故障时能够完成浇灌操作。
3.2.2.4 肥料选择
智能微灌系统滴灌管出水口很小，非常轻易被各种微小杂质堵塞，影响到微灌施肥效果。为此肥料选择注意以下几个方面：
1、必须是全溶性肥料，溶于水后无沉淀；
2、肥料相溶性要好，搭配使用不会相互作用生成沉淀物；
3、施磷肥时尽可能经过基肥施入土壤；
4、用微量元素时，应选取螯合态微肥，不然与大量元素肥混合使 用时易产生沉淀物。
3.3 智慧农业控制系统优势
行业领先：模块化设计，统一硬件平台，全部对外接口均进行 EMC 设计。系统设计借鉴电信级和汽车级先进设计理念，行业领先智能浇灌处理方案。
实时监控：系统支持自动报警、告警分析和设备诊疗功效，准确定位和诊疗故障节点，可实时监控整个系统运行情况。
先进管理：平台采取无线基站管理模式，整个系统功效愈加丰富，容错能力更强，系统运行愈加稳定、可靠、易用。该平台成功处理了现在市 场上同类产品存在一些缺点，大大提升设备使用率和系统工作效 率，充分降低了人力及系统维护成本。
分布式结构：可与上层管理软件对接，向下也可实现灵活组网，接口种类丰富，可同时接入10多个设备，具备强大灵活性与可扩展性，满足几乎全部节水浇灌场景需求。
第四章 项目管理
4.1 实施计划
双方配合良好情况下自协议约定工作日内完成应用上线。
为确保项目标顺利实施，双方建立定时工程联络会制度，以及时协调、处理各个阶段出现关于问题，详细细节由双方约定。
详细实施范围和计划需与甲方及乙方企业项目进行详细讨论。以下实施计划仅供参考。
4.2 实施步骤
本项目实施步骤以下：项目实施前期准备、需求调研、设备采购及到货验收、系统安装调试、用户现场培训、项目验收、用户培训。
4.2.1 前期准备
前期准备包含：需求调研、需求确认、设备定单处理、设备生产、设备运输、用户前期环境准备、本集成项目实施相关文档编写。
4.2.2 设备采购
我方依照本项目协议中各种硬、软件产品进行采购。并将设备运抵安装现场。客户单位、我方双方代表共同对到货情况进行验收。
4.2.3 安装测试
我方项目执行小组依照设计方案、系统设计方案、应用平台设计方案和实施手册对本项目中系统设备、应用平台进行安装调试。在安装调试完成后，由客户单位、我方代表进行测试验收。
4.2.4 项目验收
在我方完成本集成项目工程联合调试后，将由客户单位与我方双方代表共同对本项目标联调结果进行测试，以确本项目是否能够进入正式运行阶段。
4.3 系统测试
系统测试目标是验证最终软件系统满足产品需求而且遵照系统设计，所以当产品需求和系统设计文档完成之后，系统测试小组就能够提前开始制订测试计划和设计测试用例，而无须等到“实现与测试”阶段结束。这么能够提升系统测试效率。

系统测试过程中发觉全部缺点必须用统一缺点管理工具来管理，开发人员应该及时消除缺点（改错）。
系统测试流程图
项目经理设法组建富有成效系统测试小组。系统测试小组组员主要起源于：
测试小组。
本项目标部分开发人员。
机构质量确保人员。
系统测试小组应该依照项目标特征确定测试内容，系统测试主要内容包含：
功效测试：即测试软件系统功效是否正确，其依据是需求文档，如《产品需求规格说明书》；因为正确性是软件最主要质量原因，所以功效测试必不可少。
健壮性测试：即测试软件系统在异常情况下能否正常运行能力；健壮性有两层含义：一是容错能力，二是恢复能力。
性能测试：即测试软件系统处理事务速度，一是为了检验性能是否符合需求，二是为了得到一些性能数据供人们参考（比如用于宣传）。
用户界面测试：重点是测试软件系统易用性和视觉效果等。
安全性（security）测试：是指测试软件系统预防非法入侵能力；“安全”是相对而言，通常地，假如黑客为非法入侵花费代价（考虑时间、费用、危险等原因）高于得到好处，那么这么系统能够认为是安全。
安装与反安装测试。
系统测试过程域产生主要文档有：
《系统测试计划》。
《系统测试用例》。
《系统测试汇报》。
《缺点管理汇报》。
第五章 用户培训
5.1 培训概述
用户培训是软件产品安装、布署、实施一个主要步骤，为了使用户愈加好地掌握和熟练应用该系统，针对此次项目标特点，对管理人员和相关技术人员制订了详细详细培训计划。
5.2 培训标准
以确保客户相关技术人员熟练使用该系统为标准，系统出现故障时能准确排查故障位置并有效处理故障，再以我们提供培训资料（培训纲领、用户使用手册、用户演示教程）为指导最终达成培训目标。
5.3 培训目标
针对系统开发内容进行部分关键技术讲解、并进行现场安装培训，项目实施人员对技术人员进行深入安装、 配置、调试实际操作培训，使受训人员能够抵达独立维护和操作能力。
5.4 培训方式
1) 现场培训
工程实施过程中，严格按照实施过程管理标准，充分确保培训效果，培训由直接参加此次项目组组员对相关技术人员（推荐两名及以上）进行工程现场培训，依照用户受训人员技术现实状况，并考虑到新系统复杂程度，我方安排培训方式以下：
2) 在贵方培训基地进行课堂教学。
3) 在贵方培训基地进行上机实际操作。
4) 在用户现场进行系统安装、初始化系统已经调整系统参数时，对用户进行指导。
5) 在培训课程结束后，用户可在任何时间经过电话、传真等方式向我方进行技术咨询，我方将有专员负责解答。
5.5 培训地点
（详细地点可在培训前再行约定）培训场地要求具备标准化设备和条件，如音响设备、投影仪和白板等。