第一章 概述

（一）前言

      在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物的生長與自然界的多種因素息息相關(guān)，其中包括大氣溫度、大氣濕度、土壤的溫度濕度、光照強(qiáng)度條件、二氧化碳濃度、水分及其他養(yǎng)分等等。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作業(yè)過程中，對這些影響農(nóng)作物生長的參數(shù)進(jìn)行管理，主要依靠人的感知能力，存在著極大的不準(zhǔn)確性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也就成為一種粗放式管理，達(dá)不到精細(xì)化管理的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，伴隨著城鎮(zhèn)化改革的進(jìn)行，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，越來越多的勞動(dòng)力被解放出來，勞動(dòng)力成本不斷增加，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)無法進(jìn)一步的發(fā)展，也逐漸滯后于社會(huì)的發(fā)展。因此，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的要求在不斷提高，將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)將得到廣泛推廣，智慧農(nóng)業(yè)隨之產(chǎn)生。

（二）、智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、政策方面

      以建設(shè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)為著力點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收為目標(biāo)，以提高增效為核心，以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平和增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力為主線，大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、科技農(nóng)業(yè)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)全面發(fā)展，努力實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的新跨越。

2、技術(shù)方面

      隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。目前，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、無線傳感器監(jiān)測等技術(shù)日趨成熟，并逐步應(yīng)用到了智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)中，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理效率、提升了農(nóng)產(chǎn)品的附加值、加快了智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)步伐。

3、應(yīng)用方面

      目前，利用基于云計(jì)算核心的GPRS模塊，采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，通過云計(jì)算中心或短信進(jìn)行簡單設(shè)置后即可將任何設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)睫r(nóng)業(yè)云管控平臺，并可通過農(nóng)業(yè)云管控平臺下發(fā)控制指令，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問題的位置，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化，并可遠(yuǎn)程控制。

      溫室大棚在不適宜植物生長的季節(jié)，能提供生育期和增加產(chǎn)量，多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因此對種植作物生長環(huán)境的要求要精確的多。大多數(shù)農(nóng)戶加溫、澆水、通風(fēng)等，全憑感覺。人感覺冷了就加溫，感覺干了就澆水，感覺悶了就通風(fēng)，沒有科學(xué)依據(jù)。農(nóng)業(yè)進(jìn)入信息化時(shí)代后，對溫室內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度及光照等農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的采集也越來越重視。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入溫室大棚中來，實(shí)現(xiàn)溫室種植的高效和精準(zhǔn)化管理。

（三）需求分析

      本方案研發(fā)的基于云計(jì)算核心的物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)將所有控制終端連接到云計(jì)算服務(wù)器，云計(jì)算中心服務(wù)器采用多端口、多進(jìn)程、多線程復(fù)合通訊技術(shù)，能夠支持極大量的終端同時(shí)連接，并且能夠做到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與控制。另一方面，可以通過控制中心對不同的終端設(shè)備進(jìn)行協(xié)議設(shè)置，云計(jì)算服務(wù)器會(huì)將協(xié)議透傳給終端設(shè)備。

      1、項(xiàng)目建設(shè)是民生所向。目前我國糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)“十一連增”，農(nóng)民增收實(shí)現(xiàn)“十一連快”。然而在糧食連年豐收的背后，我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的壓力明顯加大，通過推進(jìn)農(nóng)業(yè)智能化建設(shè)，加快農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，從依靠拼資源消耗、拼農(nóng)資投入、拼生態(tài)環(huán)境的粗放經(jīng)營，盡快轉(zhuǎn)到注重提高質(zhì)量和效益的集約經(jīng)營上來。將推動(dòng)“物的新農(nóng)村”和“人的新農(nóng)村”建設(shè)齊頭并進(jìn)。農(nóng)業(yè)已成四化“短板”，推進(jìn)農(nóng)業(yè)智能化刻不容緩。

      2、項(xiàng)目建設(shè)是行業(yè)發(fā)展趨勢。智慧農(nóng)業(yè)已成為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前沿性農(nóng)業(yè)科學(xué)研究熱點(diǎn)之一。智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用會(huì)給我國農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來新的機(jī)遇,為我國推廣、應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)起著示范和推動(dòng)作用 。

      3、項(xiàng)目建設(shè)為國家農(nóng)業(yè)科技規(guī)劃及相關(guān)政策重點(diǎn)支持發(fā)展領(lǐng)域。我國政府部門高度重視我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，先后出臺了一系列政策，全力支持“十二五”期間我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并且明確規(guī)定，積極調(diào)整支出結(jié)構(gòu)，不斷加大投入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，主要包括環(huán)境、動(dòng)植物信息檢測，溫室農(nóng)業(yè)大棚信息檢測和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)控，精農(nóng)業(yè)中的節(jié)水灌溉等應(yīng)用模式。

（四）方案的目的

      星云天啟發(fā)揮在3G網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、全球眼技術(shù)等方面的優(yōu)勢，積極響應(yīng)國家號召，參與智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)。提供了從科學(xué)育種、農(nóng)作物精細(xì)管理、農(nóng)作物遠(yuǎn)程控制到食品溯源、農(nóng)機(jī)定位等智慧農(nóng)業(yè)的一系列解決方案。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)能夠加速提升農(nóng)業(yè)科技水平，進(jìn)一步增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品競爭力,實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)，保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

第二章 公司簡介

（一）關(guān)于我們

      星云天啟 (Wiscloud)成立于2007年，擁有一流的研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，始終堅(jiān)持自主創(chuàng)新，公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式操作系統(tǒng)，Wiscloud nebula protocol（星網(wǎng)自動(dòng)組網(wǎng)協(xié)議），WisOS云計(jì)算操作系統(tǒng)，為用戶提供全球領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、游戲等軟硬件產(chǎn)品及平臺服務(wù)，主要產(chǎn)品有：

      物聯(lián)網(wǎng)&云計(jì)算

      基于云計(jì)算核心的工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備及云計(jì)算控制平臺；

      基于云計(jì)算核心的自動(dòng)化節(jié)能控制設(shè)備及云計(jì)算控制平臺；

      基于云計(jì)算核心的iWiscloud智慧家居控制中心；

      全球領(lǐng)先的無線環(huán)境及空氣質(zhì)量傳感器；

      具有自動(dòng)電流及故障檢測功能的無線自組網(wǎng)觸摸開關(guān)；

      全球領(lǐng)先的無插件多人實(shí)時(shí)網(wǎng)頁/手機(jī)游戲平臺。

      “云”是公司產(chǎn)品的“代言人”，所有產(chǎn)品都是基于云計(jì)算核心。

      公司網(wǎng)址：http://www.igsgs.com/

（二）硬件基礎(chǔ)

      星云天啟擁有功能完備的大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計(jì)，電信、聯(lián)通、移動(dòng)千兆光纖接入，目前存儲能力已達(dá)PB級以上；CDN負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更快更穩(wěn)定的傳輸；異地替換方案，保證了數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障時(shí)，異地的數(shù)據(jù)中心會(huì)立刻將工作進(jìn)行替換，確保我們穩(wěn)定的服務(wù)；多臺在線式大功率智能UPS可提供48小時(shí)以上的后備供電設(shè)備發(fā)電機(jī)；同時(shí)數(shù)據(jù)中心有幾十臺小型機(jī)、大量高端服務(wù)器、大型磁盤陣列等設(shè)備。強(qiáng)大的硬件設(shè)施使我們擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，災(zāi)難應(yīng)對和恢復(fù)力，能為用戶提供高速、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務(wù)。

第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

      本方案設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的；設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。其具有以下原則：

1、先進(jìn)性與適應(yīng)性

      系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平；同時(shí)，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用簡便易行，容易掌握，適合中國國情和本項(xiàng)目的特點(diǎn)。該系統(tǒng)集國際眾多先進(jìn)技術(shù)與一身，體現(xiàn)了當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展水平，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。同時(shí)系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)。其功能和配置以能給用戶提供舒適。安全、方便、快捷為準(zhǔn)則，其操作應(yīng)簡便易學(xué)。

2、經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性

      充分考慮用戶實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，根據(jù)用戶現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計(jì)選用功能和適合現(xiàn)場情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)最佳的性能價(jià)格比，以便節(jié)約工程投資，同時(shí)保證系統(tǒng)功能實(shí)施的需求，經(jīng)濟(jì)適用。

3、可靠性與安全性

      系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)具有一整套完成的系統(tǒng)管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

4、開放性

      以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對象設(shè)計(jì)，同時(shí)還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢，可以消防、防盜、聚光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

5、可擴(kuò)充性

      系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴(kuò)充和升級的可能。并根據(jù)今后該項(xiàng)目工程的實(shí)際要求擴(kuò)展功能，同時(shí)，本方案在設(shè)計(jì)中留有冗余，以滿足今后的發(fā)展要求。

6、追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置

      在滿足用戶對功能、質(zhì)量、性能、價(jià)格和服務(wù)等各方面要求的前提下，追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置，以盡量降低系統(tǒng)造價(jià)。

7、保留足夠的擴(kuò)展容量

      該項(xiàng)目設(shè)置的控制容量保留一定的余地，以便在系統(tǒng)中改造新的控制點(diǎn)；系統(tǒng)中還保留與其他計(jì)算機(jī)或自動(dòng)化系統(tǒng)連接的接口；也盡量考慮未來科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用。

8、提高監(jiān)管力度與綜合管理水平

      本項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)備控制需要高效率、準(zhǔn)確及可靠。本系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對各子系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行綜合控制，時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握監(jiān)視及報(bào)警情況。閉路電視監(jiān)控大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員；另外，系統(tǒng)的綜合統(tǒng)籌管理可使設(shè)備按最優(yōu)組合運(yùn)行，在最佳情況下運(yùn)行，既可節(jié)能，又可大大減少設(shè)備損耗，減少設(shè)備維修費(fèi)用，從而提高監(jiān)管力度與綜合管理水平。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)

      智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)能夠?qū)⒍噙_(dá)幾十萬臺的控制終端同時(shí)連接到云計(jì)算中心，可以在同一平臺下對多個(gè)地區(qū)，多個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行集中控制，更能夠進(jìn)行大范圍綜合計(jì)算與綜合控制。

（三）系統(tǒng)特點(diǎn)

1、基于云計(jì)算核心

      Wiscloud 智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)基于云計(jì)算核心，分組控制與用戶不需要自建服務(wù)器，不需要固定IP，只要一臺能夠上網(wǎng)的電腦/平板/手機(jī)即可通過云計(jì)算平臺對多個(gè)地區(qū)的多個(gè)終端進(jìn)行控制，所有數(shù)據(jù)記錄在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)永不丟失，可以方便的進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢與分析。

2、最強(qiáng)的控制能力

      Wiscloud 智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)終端主機(jī)具有5個(gè)485及232通道以及12個(gè)專用擴(kuò)展通道，核心系統(tǒng)支持線程模式，可同時(shí)采集多個(gè)通道的數(shù)據(jù)，通過擴(kuò)展通道可以擴(kuò)展大量的采集模塊，通過云計(jì)算中心能夠?qū)γ總�(gè)擴(kuò)展模塊的控制通道進(jìn)行采集控制，單個(gè)終端主機(jī)可擴(kuò)展至多達(dá)4096個(gè)A/D通道，1792個(gè)IO，1024個(gè)RS485接口以及512個(gè)12位D/A通道，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展及控制能力。

3、無需任何編程

      Wiscloud 智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)終端機(jī)采用觸摸屏一體化設(shè)計(jì)，在施工部署時(shí)不需要任何的編程，具有完美的模糊控制理念及控制算法，可以將所有輸入輸出接口進(jìn)行任意組合控制，并且可以完全脫離云計(jì)算中心自動(dòng)運(yùn)行，也可以通過云計(jì)算中心進(jìn)行極端復(fù)雜的流程控制。

4、開放&開放 

      Wiscloud 智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)開放所有控制終端、控制模塊、云計(jì)算平臺接口，軟件企業(yè)可以用自己的軟件對智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，形成自己的軟/硬件自動(dòng)化控制產(chǎn)品，物聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)化控制企業(yè)可以將硬件接入到智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的云計(jì)算平臺中，通過云計(jì)算平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，實(shí)時(shí)控制，并可集合大量終端進(jìn)行綜合控制，并能夠?qū)v史數(shù)據(jù)保存到云計(jì)算中心。

（四）系統(tǒng)功能

      1、基于云計(jì)算平臺：擁有自己的云計(jì)算中心，無需自建機(jī)房和數(shù)據(jù)中心，可以在手機(jī)、平板等任意終端連接到云計(jì)算中心，進(jìn)行高效率的數(shù)據(jù)運(yùn)行及運(yùn)算能力，并可以在云端對所有設(shè)備進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)調(diào)用，隨時(shí)監(jiān)管，隨時(shí)控制。

      2、系統(tǒng)成本低：省去了PLC系統(tǒng)自拉光纖、自架服務(wù)器、購買UPS和蓄電池等額外的財(cái)力消耗，同時(shí)也省下了后期昂貴的系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。

      3、控制能力強(qiáng)大：單機(jī)可承載1萬以上的終端連接數(shù)量且運(yùn)行毫無負(fù)擔(dān)。物聯(lián)網(wǎng)控制終端主機(jī)具有5個(gè)485及232通道以及12個(gè)專用擴(kuò)展通道，嵌入式軟件開發(fā)時(shí)采用了線程模式，可同時(shí)采集多個(gè)通道的數(shù)據(jù)，通過擴(kuò)展通道可以擴(kuò)展大，終端主機(jī)能夠?qū)U(kuò)展模塊的數(shù)據(jù)自動(dòng)打包上傳到云計(jì)算中心，也可以通過云計(jì)算中心對每個(gè)擴(kuò)展模塊的控制通道進(jìn)行控制，單主機(jī)通過擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)多達(dá)2048以上通道的數(shù)據(jù)采集以及控制。

      4、擴(kuò)展能力強(qiáng)大，擴(kuò)展方便快捷：可達(dá)到無縫擴(kuò)展至10萬以上的終端連接數(shù)量，獨(dú)自研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的透傳協(xié)議，使后期新增擴(kuò)展模塊時(shí)無需重新編程，模塊的通用性強(qiáng)，自帶輸入、輸出、485、Mbus、模擬量采集適應(yīng)用戶的新增需求。

      5、穩(wěn)定性強(qiáng)：一體化開發(fā)的自有系統(tǒng)，直接集成通信模塊，信息實(shí)時(shí)傳輸、反饋、報(bào)警、處理，我們的主機(jī)高度集成化，把觸摸屏的控制、DTU和主機(jī)的處理部分、以及采集部分、下位機(jī)通信部分集成一體，任何節(jié)點(diǎn)的損壞都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

      6、人性化服務(wù)：支持地理信息系統(tǒng)，觸摸屏終端可隨時(shí)提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)運(yùn)行的評價(jià)指標(biāo)，提供對運(yùn)行分析和參數(shù)預(yù)測所需的各種溫度、濕度和流量分配的圖表，對同類參數(shù)進(jìn)行分析比較，并可進(jìn)行人性化參數(shù)重置。

      7、后期運(yùn)維方便：系統(tǒng)不需要專門維護(hù)，一旦發(fā)生故障，根本不需像老式系統(tǒng)那樣等待專業(yè)人員現(xiàn)場編程調(diào)試，只需請電工按照操作要求重新安裝備選模塊即可，傻瓜式操作，方便快捷，時(shí)效性高。

      8、兼容性強(qiáng)：能兼容并學(xué)習(xí)市面上幾乎所有品牌的熱表、壓力表等設(shè)備的協(xié)議，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，無需配備指定設(shè)備，利于廠家控制設(shè)備成本。

      9、服務(wù)持久：智慧農(nóng)業(yè)管控系統(tǒng)將與公司系統(tǒng)同步升級。

第四章 智慧農(nóng)業(yè)解決方案

      星云天啟基于云計(jì)算核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)，是指充分利用各類iWiscloud無線傳感器和先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、精準(zhǔn)管理、溯源管理、遠(yuǎn)程控制和農(nóng)業(yè)信息知識支撐的農(nóng)業(yè)綜合智能信息化解決方案。

      以開發(fā)利用基于云計(jì)算核心的智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)為主導(dǎo)，對氣候、土壤、水質(zhì)等環(huán)境數(shù)據(jù)的分析研判，系統(tǒng)規(guī)劃園區(qū)分布、合理選配農(nóng)產(chǎn)品種，科學(xué)指導(dǎo)生態(tài)輪作。智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)主要包括環(huán)境、植物信息檢測，溫室、農(nóng)業(yè)大棚信息檢測和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)控，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的節(jié)水灌溉等應(yīng)用模式，例如農(nóng)作物生長情況、病蟲害情況、土地灌溉情況、土壤空氣變更等環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量等信息的監(jiān)測。

第五章 星云天啟智慧溫室管控系統(tǒng)功能描述

      在這列舉智慧溫室大棚的解決方案，智慧溫室大棚控制可以根據(jù)用戶需求，隨時(shí)進(jìn)行處理，為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測、對設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫濕度、二氧化碳等iWiscloud無線傳感器，實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備(如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。

星云天啟基于云計(jì)算核心的溫室控制系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于云計(jì)算平臺的數(shù)據(jù)存儲與分析,嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合的方式，精準(zhǔn)采集溫室內(nèi)部環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行器件，如風(fēng)扇、加濕器、加熱器，平穩(wěn)控制溫室內(nèi)部環(huán)境的變化。實(shí)現(xiàn)了如下12項(xiàng)功能：

      （一）空氣溫濕度監(jiān)測功能  工作人員可根據(jù)智能溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室內(nèi)部空氣的溫度和濕度。測濕精度可達(dá)±2％RH，測溫精度可達(dá)±0.5℃。并把數(shù)據(jù)傳送至星云天啟農(nóng)業(yè)云管控平臺,中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后將數(shù)據(jù)分發(fā)給云計(jì)算終端。如果溫室內(nèi)空氣濕度小于設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加濕器，達(dá)到設(shè)定值后便停止加濕；如果溫度過高，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟卷簾機(jī)，然后打開通風(fēng)系統(tǒng)，直到達(dá)到設(shè)定的溫度值，當(dāng)溫室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)便啟動(dòng)加熱器來升溫，直到溫度達(dá)到設(shè)定值為止。自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)溫濕度，保證作物生長于一個(gè)最適宜的環(huán)境中，為安全高效生產(chǎn)提供保障。

        （二）土壤濕度監(jiān)測功能 工作人員可根據(jù)智能土壤濕度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室內(nèi)部土壤的濕度，并把數(shù)據(jù)傳送至星云天啟農(nóng)業(yè)云管控平臺，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，采用智能控制與手動(dòng)控制兩種噴淋裝置來噴水，可以依照溫度濕度和其他參數(shù)，或者根據(jù)植物生長模型對灌溉設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制或者進(jìn)行精準(zhǔn)的變頻控制、高速計(jì)數(shù)控制（可以是灌溉精度達(dá)到1毫升/每小時(shí)精度級別）等高效且精準(zhǔn)的灌溉控制方案。也可以通過本地或者遠(yuǎn)程對棚內(nèi)整體或者局部進(jìn)行灌溉。監(jiān)測設(shè)備可以將根據(jù)水流量等技術(shù)參數(shù)計(jì)算出實(shí)際的灌溉用水量，支持實(shí)時(shí)檢測自動(dòng)閉環(huán)灌溉、定時(shí)定量灌溉、系統(tǒng)預(yù)警等，可實(shí)現(xiàn)多種模式下的精確灌溉，達(dá)到節(jié)能控制與精確控制的完美結(jié)合，具有成本低廉、適用性強(qiáng)、操作簡單、部署靈活、安全性高、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

      （三）光照度監(jiān)測功能 采用智能光照度傳感器來實(shí)現(xiàn)對溫室內(nèi)部光照情況的檢測，對弱光和強(qiáng)光有較高的靈敏度，傳輸距離長，抗干擾性強(qiáng)，測量精度高等特性保證了穩(wěn)定性，并把數(shù)據(jù)傳送至星云天啟農(nóng)業(yè)云管控平臺，植物光合作用需要光照和二氧化碳，當(dāng)光照度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟風(fēng)扇加強(qiáng)通風(fēng)，為植物提供充足的二氧化碳。在弱光的時(shí)候工作人員采用智能定向補(bǔ)光系統(tǒng)，基于植物生長環(huán)境光照不足和各階段紅藍(lán)光需光亮差異問題，采用對應(yīng)植物吸收峰值波長的紅藍(lán)兩色LED微光源，應(yīng)用分類限值設(shè)置、分段光強(qiáng)檢測鉻溫度檢測，精確計(jì)算補(bǔ)光量，控制LED驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)低耗能按需精確定量補(bǔ)光。

      （四）二氧化碳智能補(bǔ)充系統(tǒng)  植物通過吸收二氧化碳完成光合作用，進(jìn)行新陳代謝產(chǎn)生養(yǎng)分，而空氣中過多的二氧化碳含量卻反而會(huì)抑制作物的生長，通過控制溫室大棚中的二氧化碳濃度可以有效控制植物的光合作用，采用智能二氧化碳傳感器實(shí)時(shí)檢測溫室內(nèi)二氧化碳濃度，根據(jù)不同作物所需濃度計(jì)算補(bǔ)充量，從而精確控制二氧化碳產(chǎn)生設(shè)備的開啟與關(guān)斷，將溫室二氧化碳維持在植物生長所需的最佳濃度范圍內(nèi)，達(dá)到加快植株生長；當(dāng)濃度超過系統(tǒng)設(shè)定值范圍，通過iWiscloud二氧化碳傳感器將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到智慧農(nóng)業(yè)云管控平臺，由相關(guān)工作人員做出相應(yīng)控制，也可以設(shè)置自動(dòng)打開與之相連的通風(fēng)設(shè)備，也可增加對作物的光照，使之進(jìn)行更多的光和作用，從而減少二氧化碳的濃度，為植物生長提供良好的空氣含量，提高農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)外品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。

      （五）安防監(jiān)控功能 采用人體紅外感應(yīng)模塊，當(dāng)溫室大棚周邊有非法人員出現(xiàn)時(shí)，星云天啟監(jiān)控系統(tǒng)向云管控平臺發(fā)送信號并報(bào)警，短信發(fā)送報(bào)警信息至用戶手機(jī)。它檢測的最遠(yuǎn)距離為7米，角度在100o左右，可對多個(gè)農(nóng)業(yè)大棚進(jìn)行360度全方位監(jiān)控可24小時(shí)不間斷工作，并可以長時(shí)間保留監(jiān)控資料。

      （六）遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測功能 基于3G無線網(wǎng)絡(luò)，在溫室大棚內(nèi)每隔50米安裝一個(gè)高清攝像頭，實(shí)時(shí)捕獲溫室內(nèi)部的畫面，將畫面數(shù)據(jù)傳輸給智慧云管控平臺。我們可以通過遠(yuǎn)程訪問的方式來觀看溫室內(nèi)部的實(shí)時(shí)畫面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物上出現(xiàn)害蟲時(shí)，工作人員可以及時(shí)開啟自動(dòng)噴灑農(nóng)藥系統(tǒng)，可以及時(shí)的減少農(nóng)作物損失；也可以在觸屏液晶顯示器上看到溫室內(nèi)部的實(shí)時(shí)畫面，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可以隨時(shí)看到植物生長情況。

      （七）遠(yuǎn)程訪問與控制功能 采用云計(jì)算遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，這樣用戶便可以使用星云天啟主機(jī)訪問數(shù)據(jù)，通過操作星云天啟農(nóng)業(yè)云管控平臺界面遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的執(zhí)行器件，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。

      （八）GPRS云計(jì)算數(shù)傳模塊 智慧農(nóng)業(yè)云管控平臺接入GPRS，用戶便可以用手機(jī)來訪問數(shù)據(jù)，了解溫室內(nèi)部環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，如溫度、濕度、光照度和安防信息等，實(shí)現(xiàn)云端控制，永不掉線。

      （九）控制參數(shù)設(shè)定及瀏覽 對所要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的參數(shù)如溫度、濕度、氧氣濃度等，進(jìn)行設(shè)置以滿足自動(dòng)控制的要求。用戶既可以直接操作網(wǎng)關(guān)界面上的按鈕來完成系統(tǒng)平衡參數(shù)的設(shè)置，又可以通過電腦或手機(jī)遠(yuǎn)程式的方式完成參數(shù)的設(shè)置。

      （十）顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線 實(shí)時(shí)趨勢數(shù)據(jù)曲線可將系統(tǒng)采集到的溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)變化曲線的形式顯示出來，便于觀察系統(tǒng)某時(shí)間段內(nèi)整體的生長狀況。系統(tǒng)可擴(kuò)充多種記錄數(shù)據(jù)分析處理軟件，能進(jìn)行繪制棒圖、餅圖，進(jìn)行曲線擬合等處理，可按TEXT格式輸出，也能進(jìn)入EXCEL電子表格等office的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

      （十一）顯示歷史數(shù)據(jù)曲線 可顯示出溫室內(nèi)各測量參數(shù)的日、月、年參數(shù)變化曲線，根據(jù)該曲線可合理的設(shè)置參數(shù)，可分析環(huán)境的變化對植物生長的影響。便于對溫室大棚運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析做出改進(jìn)，提高溫室大棚的生產(chǎn)效率。

      （十二）分塊控制  實(shí)現(xiàn)同一個(gè)棚內(nèi)劃區(qū)域管理，不同區(qū)域種植不同作物的要求，整套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)2-4個(gè)區(qū)域控制區(qū)域劃分。每個(gè)區(qū)域有自己獨(dú)立的控制模型來適應(yīng)不同的作物。即可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)種植區(qū)不同溫度，不同濕度，不同氣體配置等環(huán)境技術(shù)指標(biāo)�？筛鶕�(jù)用戶需要即可以將整個(gè)大棚變成一個(gè)整體，也可分成多個(gè)區(qū)域來進(jìn)行種植。這樣可以實(shí)現(xiàn)多環(huán)境作物同時(shí)培育，也方便一些科研實(shí)驗(yàn)的多環(huán)境任務(wù)要求。對于用戶來說可以通過智慧云管控平臺來監(jiān)測、查詢各分塊數(shù)據(jù)，也可以對個(gè)分塊進(jìn)行單獨(dú)控制和整體協(xié)調(diào)控制�，F(xiàn)場工人和實(shí)施人員還可以對各自的控制區(qū)域?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制。

第六章 智慧農(nóng)業(yè)的意義

（一） 加速提升農(nóng)業(yè)科技水平

      我國農(nóng)業(yè)的整體科技水平較低,與世界發(fā)達(dá)國家還存在較大差距,如傳統(tǒng)的灌溉、施肥技術(shù)和農(nóng)藥、除草劑的大量施用,不但造成生產(chǎn)成本的提高和資金的浪費(fèi),而且直接危害人畜健康,污染農(nóng)產(chǎn)品、環(huán)境和水質(zhì)。因此需要利用能夠根據(jù)作物生長需求、田間雜草及病蟲害分布情況,實(shí)現(xiàn)精確噴灌、施肥及定點(diǎn)噴藥,減少成本和環(huán)境污染的自動(dòng)控制機(jī)械與技術(shù)。例如用于除草的噴藥機(jī)械要求較高的控制精度,能夠利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行雜草識別,進(jìn)而控制噴藥的地點(diǎn)與用量。智慧農(nóng)業(yè)是以高科技帶動(dòng)的農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新技術(shù)體系,對于加速提升我國農(nóng)業(yè)科技水平,促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有十分重要的意義。

（二） 進(jìn)一步增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品競爭力、實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)

      智慧農(nóng)業(yè)是質(zhì)量效益型農(nóng)業(yè),以優(yōu)質(zhì)高效為目標(biāo),追求以最少的投入實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效。我國化肥利用率相當(dāng)?shù)?僅為30 %～40 %,且氮、磷、鉀肥施用比例不合理,中、微量元素缺乏的情況沒有得到及時(shí)糾正,氮肥損失率高達(dá)70 %～80 %,浪費(fèi)十分嚴(yán)重,肥料的增產(chǎn)效益未能充分發(fā)揮,養(yǎng)分管理和施肥技術(shù)方面的研究基礎(chǔ)更是薄弱。實(shí)施智能農(nóng)業(yè),可在作物田塊內(nèi),依據(jù)特定小區(qū)的作物生長潛力投入不同水平的管理(變量播種、施肥、噴藥等) ,提高化肥、農(nóng)藥的有效利用率,降低農(nóng)用成本和作物中有毒物質(zhì)的殘留量,從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì),增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的競爭力,實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)。

（三）有效地保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

      從我國近幾十年的農(nóng)業(yè)發(fā)展來看,環(huán)境保護(hù)與農(nóng)業(yè)發(fā)展間存在著一定的矛盾,且日益嚴(yán)重。目前中國農(nóng)村化肥、農(nóng)藥、除草劑、農(nóng)膜的大量使用已經(jīng)造成了嚴(yán)重的面污染,例如過量的化學(xué)氮不僅形成大氣污染源,且同過量的磷向水體淋溶,形成水體富營養(yǎng)化。實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)可以減少因農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)濫用造成的環(huán)境污染,是保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

（四）有利于促進(jìn)農(nóng)民生產(chǎn)觀念轉(zhuǎn)變、生產(chǎn)技術(shù)和素質(zhì)的提高

      智慧農(nóng)業(yè)使農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的就業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從事密集型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力逐漸減少,農(nóng)民的知識結(jié)構(gòu)也將從根本上得到改變,這是突破千百年來形成的傳統(tǒng)耕作觀念的關(guān)鍵之一。我國農(nóng)民幾千年來在小塊土地上經(jīng)過密集型勞動(dòng)生產(chǎn)的投入和豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的積累而形成的“傳統(tǒng)精耕細(xì)作”技術(shù),也可以在小塊農(nóng)田內(nèi)達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,只是沒有現(xiàn)代科學(xué)方法的定量研究和現(xiàn)代工程手段的支持來形成大規(guī)模的生產(chǎn)力。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)與電子信息技術(shù)的發(fā)展,使定量獲取這些影響作物生長因素及最終收成的空間差異信息、實(shí)施基于知識和現(xiàn)代科技的分布式調(diào)控、達(dá)到田區(qū)內(nèi)資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量成為可能。智能農(nóng)業(yè)技術(shù)可顯著提高耕地的生產(chǎn)潛力,節(jié)約良種、化肥農(nóng)藥、能源和勞力的投入,并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（五）有利于促進(jìn)研究開發(fā)高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

      智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)采集地塊作物收獲量分布狀況,生成小區(qū)產(chǎn)量分布圖；根據(jù)田間作物生長條件的差別,以及田間土壤類型、水分、肥力、實(shí)測的產(chǎn)量分布圖、作物栽培模型等,并綜合專家知識決定如何操作處理地塊內(nèi)小區(qū)間的條件差別,對地塊小區(qū)產(chǎn)量分布圖進(jìn)行分析,定義需要進(jìn)行特殊處理的區(qū)域,分析形成決策方案,生成決策圖；根據(jù)地塊決策圖生成控制指令,對變量作業(yè)機(jī)械進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。農(nóng)業(yè)機(jī)械的精確定位與變量作業(yè),需要空間信息技術(shù)的支持,由于GPS、GIS、RS 與其他傳感控制技術(shù)的發(fā)展,使變量機(jī)械的設(shè)計(jì)成為可能。如帶有谷物產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機(jī)能繪制產(chǎn)量分布圖,帶有GPS 與測量谷物產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機(jī)能繪制小區(qū)產(chǎn)量分布圖,這些產(chǎn)量分布圖反映了地塊小區(qū)的差異；用于除草的自動(dòng)監(jiān)控噴藥機(jī)械,能夠利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行雜草識別、進(jìn)而控制噴藥的地點(diǎn)與用量；用于滅蟲的噴藥機(jī)械,需要相對定位,可以利用帶GPS 數(shù)據(jù)采集器繪制地塊的病蟲害分布圖,作為噴藥的依據(jù);變量施肥播種機(jī)具,能根據(jù)土壤肥力的不同,自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥量,同時(shí)也能根據(jù)土壤水分、土壤溫度的不同,自動(dòng)調(diào)節(jié)播種深度。

第七章 總結(jié)

      智慧農(nóng)業(yè)目前已經(jīng)形成一種高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在農(nóng)業(yè)等大規(guī)模生產(chǎn)方面，如何把農(nóng)業(yè)小環(huán)境的溫度、濕度、光照、降雨量等，土壤的有機(jī)質(zhì)含量、溫濕度、重金屬含量、PH值等，以及植物生長特征等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取傳輸并利用，對于科學(xué)施肥、灌溉作業(yè)來說具有非常重要的意義。它將農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)視頻監(jiān)控、安全防范、環(huán)境采集、異常報(bào)警、生產(chǎn)管理等功能集于一身，是傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的延伸和擴(kuò)展，通訊手段上的升級和進(jìn)步，將會(huì)是未來農(nóng)業(yè)數(shù)字化管理的主要發(fā)展方向。