托普云农设施农作物远程专家诊断系统

托普云农设施农作物远程专家诊断系统

一、方案概述

设施农业是近年来发展起来的对栽培技术、管理水平与设施水平要求较高的一种高投入、高产出的农业生产方式。设施农业的发展为提高农民收入、振兴地方经济和改善人们生活水平提供了支撑,受到国家和地方政府的大力关注。随着设施农业的发展，也出现了各种各样的新问题，如设施农业中出现了病虫害，农民如何科学的从事设施农业生产，如何更好的为农民与专家建立起桥梁等问题。随着物联网技术的发展,物联网技术在设施农业生产过程中逐渐得到了广泛的应用,我公司提出了设施农业智能专家系统解决方案来解决设施农业所遇到的这些问题。

托普云农设施农作物远程专家诊断系统利用现代通信技术和物联网技术，对农业设施内影响农作物生长发育的温度、湿度、光照等关键因子进行定量化的实时监控，同时和系统中农作物最适生长模型和病虫害发生模型进行比较，一方面系统可以直接将这些关键数据通过手机或手持终端发送给农户、技术员、农业专家等，为指导农业生产提供详细实时的一手数据；另一方面系统通过对数据的运算和分析，可以对农作物生产和病虫害的发生等发出告警和专家指导，方便农户提前采取措施，降低农业生产风险和成本，提高农产品的品质和附加值。

二、方案架构

每种农植物都有自己的生长周期，而在其成长周期，影响农植物生产的几个关键因素主要包括：水、空气、光照和温度等，通过对每项因素的解析，发现跟农植物密切相关的主要因素包括：空气的温湿度、土壤温度、光照等而随着信息化技术的快速发展，这些因素完全可以通过信息化调节来进行干预和调控，引导农植物的高效成长。

设施农作物远程专家诊断系统通过对影响农植物诸多因素的分析，采用一套适于各种农植物生长的动态模型库；农户通过远程专家诊断系统可以清楚了解该植物的成长周期、适宜的环境等，并通过实时监测植物成长过程中的关键因数，形成了属地特色的农植物生长模型库，当农植物生长过程的一些关键因素脱离标准模型时，系统即时给与告警，通知农户调节、指导农户生产。

三、方案主要内容

远程专家诊断系统从构架到开发，均采用‘无线化’模块设计，包括：前端数据采集、中间数据传输和终端数据浏览。技术实现上分四层：用于支撑业务应用系统运行的感知层设备、传输层网络、设施农业物联网云服务管理平台以及市、区县两级监控中心和各类应用终端。应用为政府主管部门构建市、区县二级控制应用中心，农业生产管理服务分三个级别体系，市农业主管机构、企业（基地、合作社）和农户，每层分别可以支持管理员、专家和种植者角色。服务内容包括温室农作物种植阶段生长环境要素的监测、智能化分析、病虫害预警、监测报警、专家指导等服务。

感知层：该层的主要任务是将设施农业生产涉及到的各种物理量通过各种手段，实时并自动的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。感知层的主要任务是对各种信息进行标记，并通过传感等手段，对这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其转化为可供处理的数字化信息。

传输层：该层的主要任务是将感知层采集到的农业信息，通过各种网络技术进行汇总，将设施农业信息整合到一起，发送给应用层。传输层是设施农业智能专家系统的神经中枢，负责信息的传递。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心等。

平台层：该层的主要任务是通过云计算技术平台的技术，对于收集来的设施农业数据进行数据挖掘、统计分析，记录设施农业的各种数据并借助农作物生长、病虫害、专家指导等模型库，通过数据分析建立预言系统来预测未来一段时期内农作物的生长情况，通过云计算技术平台的挖掘分析来引导农民选择设施农业的农产品进行有选择的种植。

应用层：该层的主要任务是将信息汇总并应用，应用层主要包括专家诊断咨询系统，病虫害防治与报警系统，温室监测、显示与报警系统，农作物成熟度分析系统，农技指导系统等。

主要功能如下：

设施环境监测和告警：设施环境监测是使用无线传感器实时采集蔬菜设施环境数据信息及视频图像信息，并对不适合农作物生长的环境条件自动告警。

病虫害预警：监测影响设施内病虫害发生的关键因子，建立设施农业病虫害发生模型，实现对病虫害预测预报，并进行有针对性的防治指导。

植物成熟状况预报：根据农作物生长积温模型预测植物各个生长期、发育成熟度和可收获日期。

远程生产指导系统：根据农作物生长模型库，对大棚实时环境监测数据对比分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限系统自动告警。将不同作物栽培种植流程规范化，不同的生长期系统自动发出农业规范操作信息、专家指导信息。

综合管理活动：通过植物生长适宜时间累积，病虫害适宜时间累积，及生产活动跟踪状况，对整个设施操作管理进行综合评价，通过综合指数加权和计算并进行排名，并形成区域设施状况综合报告。

实操管理：系统是为专家提供一个可以提高农户种植方法的工具；包括: 常见农植物种植方法下载、种植过程注意事项、各阶段病虫害的防治等，并通过短信或站内消息提示农户生产过程中的主意事项。

技术性能要点：

1、实时、准确的监测能力。

2、为管理者提供大量有针对性的管理功能，帮助用户利用管理手段改善生产质量和效率。

3、监测影响设施内病虫害发生的关键因子（空气温度、空气湿度、光照、土壤温度、土壤水份、二氧化碳含量等），建立设施农业病虫害发生模型，利用智能算法，实现对病虫害预测预报，并进行有针对性的防治指导。

4、特有强大的智能化模型分析和数据处理能力，帮助用户改善病虫害应对和管理能力。

5、可以根据用户要求，定制客户要求的特殊精度的监测和控制方案

6、传感器安装不需要任何连线，使得安装极为方便，环境适应能力强。

四、其他

方案关键技术点：

1、设施环境集成无线传感器:主要根据农植物生长过程中息息相关的环境因素，包含空气温、湿度，土壤温、湿度，光照，CO2浓度等，实现上述采集设备的高度集成,并将采集数据通过传输终端远程传输至设施农业监测管理平台.

2、基于ZigBee及Wi-Fi技术的传感网:同时支持ZigBee/Wi-Fi实现近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯,实现了采集终端与数据传输终端间的数据交换高效无线组网.

3、基于M2M的智能通讯终端:以机器智能交互为核心的、网络化的应用与服务(M2M),提供对终端进行管理和监控，实现多个分散的采集点传感器的组网和通讯，并将这些数据远程传输到用户指定的任何地点，任何服务器或其他载体。平台接收远程管理平台的命令，并下发到到分散的控制终端,对本地的其他控制终端和检测传感器进行通信调度，日常维护和管理。平台为机器对机器通信提供智能管道，能够控制终端合理使用网络，监控终端流量和分布预警，提供辅助快速

定位故障，提供方便的终端远程维护操作工具。

4、基于云服务的设施农业远程专家服务管理平台：以云计算技术为基础，搭建物联网云服务平台，为蔬菜生产履历/病虫害防治与预警/成熟度预测/农作物智能化模型等物联网应用提供统一的服务交付平台，提供海量的计算和存储资源，提供统一的数据存储格式和数据处理及分析手段.

5、借助于病虫害模型数据库，能够对各种农作物发生病虫害的时间、范围以及规模进行预测，并且对已经发生了病虫害的农作物进行报警，同时对已发生病虫害的农作物提供相对应的解决方案。

五、托普云农物联网在农林“四情”监测中的应用

托普云农农林“四情”（墒情、苗情、虫情、灾情）监测预警系统以先进的无线传感器、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，由相关硬件组成。各级用户通过Web、PC与移动客户端可以访问数据与系统管理功能，对每个监测点的病虫状况、作物生长情况、灾害情况、空气湿度等各种作物生长过程中重要的参数进行实时监测、管理。系统对作物实时远程监测与诊断，提供智能化、自动化管理决策，是农业技术人员管理农业生产的“千里眼”和“听诊器”。

六、农林“四情监测”系统架构图

七、农林“四情”监测系统组成部分：

1．墒情监测系统

无线墒情监测系统主要负责采集农林种植生产环境信息，包括：土壤水分/盐分、土壤温湿度、空气温/湿度、降雨量、风速/风向等诸多环境信息，上传至服务器并控制相关设备。墒情信息可以实时直观展现在行政区划地图上，方便管理人员通过列表、图表的方式查看详细墒情信息，也可以定时将采集到的各种数据通过无线网络发送到监测平台或者管理人员的手机上，方便指导农业生产并有效形成气象灾害预警,以便相关部门及时采取措施，降低灾害损失。

2．苗情监测系统

田间作物无线苗情监测系统，可定时采集作物、植物生长发育状态和各类生物在自然状态下的动态、病虫害活动的图片（包括日光图片和夜间的红外图片），进行田间物侯的远程连续定位摄像，并将采集的图片自动上传到远程物联网监控服务平台，实现植保监测人员的远程物候观测。图像采集效果图如下：

3．虫情监测系统

系统通过搭建在田间的智能虫情监测设备，可以无公害诱捕杀虫，绿色环保，利用无线网路，定时采集现场图像，自动上传到远端的物联网平台，工作人员可随时远程了解田间虫情情况与变化，制定防治措施。

4．灾情监测系统

用户通过视频系统可以清晰直观的实时远程查看种植区作物的生长及病虫害情况，并对突发性异常事件的过程进行及时监视和记忆，用以提供及时高效的指挥和调度。

5、信息管理平台

本平台具有分管层级、分权限查看和管理系统的功能。各省市县相关单位（农业局、林业局、植物保护检疫局等）通过该信息管理平台可全面视察职能辖区内的“四情”发生状况，并可远程实时查看现场监控图片，及时做好灾前预防、灾中控制、灾后治理等工作。保障生产安全、防灾减灾，提高农民经济收益、维护环境生态平衡。

八、系统特点：

功能亮点1：实现“四情”监测数据统一监管

功能亮点2：实现信息统一管理发布

功能亮点3：实现灾情预警与短信通知

功能亮点4：图形预警与灾情渲染

九、应用范围：

农业、林业、土肥、植保、森防、经作、园林等政府监管部门；

农技推广，林技推广部门；

农业科技示范区、农场等大型农业生产加工企业。