糧田物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)-運籌軟件

研實踐產(chǎn)學(xué)研一體化系統(tǒng)

科研實踐產(chǎn)學(xué)研一體化系統(tǒng)（云平臺）：產(chǎn)學(xué)研信息數(shù)字化、可視化、一體化呈現(xiàn)，以地圖技術(shù)、數(shù)據(jù)采集等農(nóng)業(yè)信息技術(shù)為支撐，將教學(xué)與實踐互動子系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化種植子系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源子系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，以及糧田物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用子系統(tǒng)、智慧大棚管理子系統(tǒng)、智能水肥一體化子系統(tǒng)，并包括病蟲害監(jiān)測預(yù)警、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境實時監(jiān)測等功能。同時建設(shè)視頻監(jiān)控及大屏展示等數(shù)據(jù)信息進行整合，實現(xiàn)教學(xué)、科研、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等場景，為教學(xué)、生產(chǎn)提供便捷的手段和數(shù)據(jù)依據(jù)，系統(tǒng)包含PC端和APP端。

教學(xué)和科研實踐互動子系統(tǒng)：根據(jù)農(nóng)作物不同生長階段的需要，學(xué)生可以選擇針對性的老師進行在線提問、上傳圖片等，提問或上傳圖片后，老師會在線上針對學(xué)生的疑問進行回復(fù)，在線指導(dǎo)。

標(biāo)準(zhǔn)化種植子系統(tǒng)：按照當(dāng)?shù)厮?、梨、枇杷等農(nóng)作物的種植標(biāo)準(zhǔn)或生產(chǎn)月歷，開發(fā)應(yīng)用農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)化種植系統(tǒng)，根據(jù)農(nóng)作物的生長特性和生長環(huán)境影響因素和影響因子，打造農(nóng)作物的最佳生長環(huán)境的知識圖譜，通過機器學(xué)習(xí)，把農(nóng)業(yè)人的種植經(jīng)驗，轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，讓系統(tǒng)AI智能算法，代替人的大腦，指導(dǎo)種植生產(chǎn)、農(nóng)事作業(yè)，建立農(nóng)作物的生長模型，為農(nóng)作物的推廣應(yīng)用、生產(chǎn)指導(dǎo)、教學(xué)研究，提供標(biāo)準(zhǔn)化的種植模型。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源子系統(tǒng)：實現(xiàn)“從農(nóng)田到消費者”的全程可追溯信息化管理系統(tǒng)，通過對園區(qū)出產(chǎn)作物建立“一物一碼”，將每批產(chǎn)品信息、產(chǎn)地信息、種植、采收、質(zhì)檢等記錄信息生成唯一可追溯的條碼信息，讓消費者通過智能手機掃描二維碼、條形碼等查詢方式，清晰的了解作物從種植生產(chǎn)到流通全過程可溯源的記錄信息。系統(tǒng)包括生產(chǎn)過程檔案、溯源碼管理、溯源碼查詢、檢測管理等。其中檢測管理包括檢測產(chǎn)品管理、檢測報告管理、檢測數(shù)據(jù)管理等。系統(tǒng)包含PC端和APP端；主要配置二維碼打印機、二維碼打印紙等。

農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)：在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)框架下，利于衛(wèi)星和無人機，以遙感技術(shù)為支撐，以地塊和像元為單元，實現(xiàn)作物長勢監(jiān)測、作物產(chǎn)量預(yù)測、作物品質(zhì)預(yù)測、作物成熟度信息的快速、準(zhǔn)確獲取，為作物播種、施肥與收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動安排提供決策支持，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

手機APP：是科研實踐中心系統(tǒng)平臺的移動端應(yīng)用，是基于AI（人工智能）的農(nóng)產(chǎn)品智能化、數(shù)字化等應(yīng)用。手機APP可以監(jiān)測數(shù)據(jù)實時查看、預(yù)警信息實時推送、師生教學(xué)互動、溯源信息實時查詢，病蟲害數(shù)據(jù)庫、農(nóng)作物生長圖庫等功能，并提供了基于云+智能化設(shè)備+手機APP的整體解決方案。

3、糧田物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)

糧田物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，將所有智能化裝備和儀器采集的數(shù)據(jù)進行集成，為動態(tài)管理提供數(shù)據(jù)支撐和決策應(yīng)用。

3.1多功能氣象站：在田間建立小型氣象站，通過對降雨量、空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、二氧化碳濃度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、等氣象數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺。

3.2智能數(shù)據(jù)采集器：對種植園區(qū)內(nèi)的七層土壤的溫濕度、EC值、PH值、葉面濕度、葉面濕度等情況進行實時監(jiān)測，并采集數(shù)據(jù)實時上傳到智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺。實現(xiàn)對7層土壤的溫度、濕度、EC等參數(shù)，以及環(huán)境的溫度、濕度、光照、大氣壓等參數(shù)的快速檢測，并根據(jù)土壤的這些參數(shù)，借助于大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進行綜合建模分析，實現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)種植

3.3微型氣象儀：對7層土壤參數(shù)（溫度、濕度、EC等）、環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、大氣壓、光照等）進行動態(tài)監(jiān)測、智能預(yù)測的傳感器智能終端，依托智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺的數(shù)據(jù)模型對作物活動根系耗水需肥規(guī)律、氣象環(huán)境生態(tài)等信息進行人工智能處理，實現(xiàn)精準(zhǔn)的科學(xué)施肥與灌溉，提高農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量，高效利用水肥資源

3.4便攜式土壤檢測儀：直接插入土中，秒級響應(yīng)，通過GPRS或NB-IOT傳輸至智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺，獲取土壤土質(zhì)綜合檢測報告。通過此設(shè)備，可實現(xiàn)對土壤的濕度、EC值等參數(shù)，以及環(huán)境的溫度、濕度、光照等參數(shù)的快速檢測，并根據(jù)土壤的這些參數(shù)，借助于大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進行綜合建模分析，從而給出土壤土質(zhì)的綜合評級，適用于移動式園區(qū)土壤環(huán)境檢測。

3.5植物體營養(yǎng)檢測：通過檢測植物葉子中葉綠素、N含量來幫助種植戶了解作物的營養(yǎng)狀況，通過檢測作物整個生長周期的營養(yǎng)狀況，合理配肥施肥，達(dá)到作物最佳生長曲線。實時收集到的生長數(shù)據(jù)，在智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺中形成周期性報告，并通過平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、AI建模、場景化管理能服務(wù)功能，為教學(xué)實踐提供科學(xué)、直觀、全周期的配肥施肥決策支持。

3.6無損光譜檢測：智能光譜無損檢測儀可無損快速檢測農(nóng)產(chǎn)品的糖分等成分,在果樹生長過程中，對果實進行無損監(jiān)測，實時了解果實的生長狀態(tài)和營養(yǎng)成分，及時科學(xué)的補充肥料和養(yǎng)分

3.7遠(yuǎn)程蟲情監(jiān)測系統(tǒng)：系統(tǒng)集害蟲誘捕和拍照、環(huán)境信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析于一體，實現(xiàn)了害蟲的誘集、分類統(tǒng)計、實時報傳、遠(yuǎn)程檢測、蟲害預(yù)警和防治指導(dǎo)的自動化、智能化。主要配置設(shè)備包括蟲情測報燈和殺蟲燈。害蟲蟲類、數(shù)量、大小、生長周期等數(shù)據(jù)信息可以圖表和折線圖的形式匯總展示分析。

3.8植保無人機系統(tǒng)：配備植保無人機1架，搭載植保專用飛控系統(tǒng)，避障輔助操作系統(tǒng)，整機模塊化設(shè)計，藥箱重量16公升以上。實現(xiàn)植保的自動化。

3.9視頻監(jiān)控?zé)o人機系統(tǒng)：通過視頻無人機系統(tǒng)，監(jiān)控糧田作物生長情況、病蟲害情況，可實時將信息傳送到平臺。

3.10糧田進出水管理系統(tǒng)：通過水肥藥一體化系統(tǒng)，水位傳感器自動感應(yīng)糧田水位，并將數(shù)據(jù)傳送至產(chǎn)學(xué)研一體化平臺，根據(jù)稻田種植模型的參數(shù)，聯(lián)動糧田進、出水電磁閥系統(tǒng)，可實時手動、遠(yuǎn)程、自動進行糧田水量的監(jiān)測與灌溉、排出作業(yè)，打造糧田最佳的用水系統(tǒng)。

4、智慧大棚控制系統(tǒng)

智能大棚控制系統(tǒng)是專注于大棚生產(chǎn)的一套智能化管理控制系統(tǒng)，對大棚的氣候、能源、水環(huán)境實現(xiàn)自動化管理。該系統(tǒng)集傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、圖像采集處理技術(shù)于一體。系統(tǒng)包括了軟件平臺和物聯(lián)網(wǎng)智能硬件。

系統(tǒng)實時監(jiān)測大棚空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照、二氧化碳情況等環(huán)境參量，精準(zhǔn)控制種植區(qū)內(nèi)外的環(huán)境狀況，還可根據(jù)收集上來的數(shù)據(jù)的分析處理對大棚的風(fēng)機、加濕器、補光系統(tǒng)、水泵等自動化設(shè)備進行控制，以達(dá)到植物的最佳生長環(huán)境或人為設(shè)定環(huán)境，同時對攝像系統(tǒng)拍下的影像圖片與現(xiàn)場動態(tài)畫面。最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、集約化、高效化和無人化。

主要功能包括：

①環(huán)境信息自動采集：系統(tǒng)配備的環(huán)境參數(shù)傳感器能自動采集作物生長環(huán)境的參數(shù)信息并上傳，為數(shù)據(jù)分析和控制提供底層數(shù)據(jù)支撐。

②最優(yōu)策略智控：系統(tǒng)最終目的是將環(huán)境調(diào)至植物最佳生長狀態(tài)。最優(yōu)策略智能控制，目前采用了兩種控制模式，一種是根據(jù)管理員的經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)定，可根據(jù)環(huán)境參數(shù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)對比結(jié)果，自動選擇最優(yōu)路徑，進行智能化的控制，另一種可根據(jù)環(huán)境參數(shù)和內(nèi)置專家系統(tǒng)對比結(jié)果，將環(huán)境參數(shù)調(diào)制到植物最佳生長環(huán)境，節(jié)省大量的能源消耗。

③大棚集中管控：系統(tǒng)的設(shè)計采用先進的分布式系統(tǒng)設(shè)計原理即集中管理，分散控制。允許用戶將大棚內(nèi)所有的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，集中在一個中心控制室進行集中管控，洞察全局，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的效率和效果。

④遠(yuǎn)程云管理：系統(tǒng)為用戶提供了云管理的強大功能。用戶可通過移動終端或電腦遠(yuǎn)程查看農(nóng)業(yè)大棚的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，管理大棚設(shè)施設(shè)備，查看報表數(shù)據(jù)等。

⑤影像數(shù)據(jù)云查看：系統(tǒng)集成高清攝像頭對大棚設(shè)施設(shè)備以及植物生長狀態(tài)進行監(jiān)控，將監(jiān)控到的實時影像數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳到慧農(nóng)云遠(yuǎn)程管理平臺，用戶或消費者可通過云平臺遠(yuǎn)程查看大棚實時概況。

⑥數(shù)據(jù)云儲存與分析：系統(tǒng)將采集到的實時數(shù)據(jù)進行云儲存，用戶可登陸云平臺可以將環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)以曲線的形式進行保存和打印，同時也可以EXCEL的形式打印，方便用戶研究和查看。

智能大棚控制系統(tǒng)包含一體化室外氣象站、室內(nèi)傳感器、智能控制器、大棚管家（網(wǎng)關(guān)）、LED數(shù)據(jù)顯示屏、軟件控制系統(tǒng)。

4.1室內(nèi)溫度傳感器，空氣溫濕度、光照、大氣壓力、土壤溫濕度等六參數(shù)于一體的高新科技產(chǎn)品，配置二氧化碳傳感器，均采用無線數(shù)據(jù)傳輸和太陽能+鋰電池供電的獨特設(shè)計方式。低功耗是該傳感器持久耐用的關(guān)鍵，整套系統(tǒng)可由一個2W的太陽能電池板長期供電，在有足夠光照的環(huán)境中可保持10年不給內(nèi)部電池充電。如果在完全沒有光照的情況下可保持5個月到10個月才給電池充一次電，無需外接電源，解決了目前繁瑣的傳感器施工布線的煩惱。

4.2大棚管家，是一款專用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高質(zhì)量人機界面產(chǎn)品，該產(chǎn)品接口豐富，性能穩(wěn)定，操作方便，功能先進，產(chǎn)品為提升用戶操作的舒適性和體驗度，采用觸摸操作方式，軟硬件的優(yōu)化設(shè)計，使得產(chǎn)品在觸摸精度和準(zhǔn)度，還有畫面色彩上都符合需求。

4.3大棚智能控制器是控制系統(tǒng)的核心部件,負(fù)責(zé)系統(tǒng)智能控制的核心算法。與大棚管家連接配套使用，安裝于大棚專用配電柜中。包括智能補光控制系統(tǒng)，智能水簾控制系統(tǒng)，智能卷簾與通風(fēng)控制系統(tǒng)，二氧化碳控制系統(tǒng)等等。

當(dāng)單個集群智能控制器的輸出點不夠時，可使用控制器擴展模塊，進行輸入和輸出擴展。單個控制器最大輸入為36點，輸出為24點，每個擴展單元最多可擴展16個輸出點，輸出擴展后，最多可達(dá)256點。

5、智能水肥藥一體化系統(tǒng)

教學(xué)實踐園區(qū)采用水肥藥一體化系統(tǒng)，應(yīng)用氣象及土壤墑情傳感器、植物營養(yǎng)監(jiān)測傳感器等，實時在線監(jiān)測灌區(qū)土壤及作物生長信息，并以此為依據(jù)結(jié)合時間條件，通過滴灌、噴灌系統(tǒng)，自動實現(xiàn)各灌區(qū)灌溉、施肥、施藥的定時定量控制；內(nèi)置自動反沖洗砂石過濾器進行水源一級凈化處理，可依據(jù)設(shè)置參數(shù)自動定期進行濾芯反沖洗清理，簡化設(shè)備維護；配備變頻設(shè)備實施管道恒壓供水控制，保證在系統(tǒng)供水能力范圍內(nèi)末端灌溉時的灌水流量平穩(wěn)充足；可配套肥液濃度和酸堿度傳感器，實時監(jiān)測施肥過程中的肥液指標(biāo)，并據(jù)此實施肥液濃度和酸堿度的精準(zhǔn)調(diào)控，或者直接通過比例控制肥液與清水的配比，確保提供養(yǎng)分充足而酸堿度合適的肥液；聯(lián)動病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)，配備適宜的農(nóng)藥，進行施藥。水肥藥調(diào)控裝置配套觸摸屏，可在裝置上直接調(diào)整控制參數(shù)也可以在系統(tǒng)平臺或APP上進行監(jiān)控。系統(tǒng)主要包括相關(guān)功能軟件模塊、灌溉中心首部裝置、管網(wǎng)布局和現(xiàn)場控制裝置。

5.1設(shè)備配備：根據(jù)實際灌溉需求，采用輪灌技術(shù)，科學(xué)設(shè)計泵房布局及配套設(shè)備，包括潛水泵、沙石過濾器、配肥機、灌溉供水設(shè)備及相應(yīng)的變頻柜和配電柜等，配備全自動化水肥一體機。

5.2田間灌溉管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)：在教學(xué)實踐園區(qū)地塊內(nèi)保留原大水漫灌方式的灌溉設(shè)施，供冬季使用；同時新增智能灌溉控制設(shè)備、管網(wǎng)、加裝電磁控制閥等實現(xiàn)水肥藥一體化灌溉智能精確控制，達(dá)到節(jié)水節(jié)肥的目的。

5.3糧田進出水管理系統(tǒng)：水位傳感器自動感應(yīng)糧田水位，并將數(shù)據(jù)傳送至產(chǎn)學(xué)研一體化平臺，通過水肥藥一體化系統(tǒng)，聯(lián)動糧田進、出水電磁閥系統(tǒng)，實時手動、遠(yuǎn)程、自動進行糧田水量的監(jiān)測與灌溉、排出作業(yè)。

6、視頻監(jiān)控及大屏展示系統(tǒng)

視頻監(jiān)控采取定點式24小時實時監(jiān)控，通過高清攝像頭，實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)的實時圖片抓拍，以及現(xiàn)場視頻直播，利用視頻圖像和防盜周界電子圍欄可對人員非法闖入進行預(yù)警，支持水稻、枇杷、梨等農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測、生長情況監(jiān)測等，與病蟲害、災(zāi)情等系統(tǒng)聯(lián)動結(jié)合，對突發(fā)或是預(yù)防情況進行預(yù)警。用戶只需要通過手機或者電腦就可以對水稻、枇杷、梨園情況進行遠(yuǎn)程查看。同時可進行視頻錄像，視頻回放。管理人員可以做到遠(yuǎn)程輕松監(jiān)控、管理作業(yè)生產(chǎn)。

控制及展示大屏部署科研實踐中心，打造5G+智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)學(xué)研一體化平臺，用于基地安防監(jiān)控、種植環(huán)境及預(yù)警信息、設(shè)備信息、視頻圖像、病蟲害信息、生產(chǎn)過程監(jiān)管、溯源數(shù)據(jù)、教學(xué)實踐互動信息等，為師生學(xué)習(xí)及掌握5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及AI等先進技術(shù)，實踐于大棚、果園、糧田的精細(xì)化、可視化、數(shù)字化管理，提高教學(xué)實戰(zhàn)水平，輸出前沿科技成果。主要包括顯示單元（顯示系統(tǒng)）、信息處理設(shè)備、連接安裝附件等部件，顯示單元選用55英寸，3*4 LED拼接屏，信息處理設(shè)備包括外置處理器、控制軟件等，信號源則包括本項目中的物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)器、視頻監(jiān)控平臺服務(wù)器和視頻監(jiān)控硬盤錄像機等，用以提供要顯示的監(jiān)控、視頻信號。

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