解决方案

智慧农业解决方案

 1.建设目标

    杨凌智慧农业示范园信息化项目是杨凌智慧农业示范园整体工程中的重要组成部分，是杨凌智慧农业示范园的大脑和指挥系统。杨凌智慧农业示范园的信息化建设项目以现代信息技术为基础，集成应用物联网、云计算、人工智能、全息投影、大数据、农业机器人、虚拟现实等高新技术，打造基于物联网的农产品品质全产业链智慧管控平台和智慧农业科技交流示范平台，实现园区生产、流通全产业链农产品品质的智慧化管控与全程可追溯，同时还将设计与国内外30~50个园区连接的视频接口，以实现纵向和横向的集成共享，搭建和拓展智慧农业的示范交流平台等功能定位。
    杨凌智慧农业示范园信息化项目建设总体目标是：集成大数据、云计算、物联网、人工智能等信息技术，利用作物生长环境实时监测信息，依据作物全生长期环境需求模型，采用人工智能决策算法实现作物不同生长阶段设施内温、光、气、水、肥等环境因子的智能化调控，结合农产品流通环节的实时监控信息，构建农产品品质全产业链智慧管控；集成移动互联网、全息投影、机器人、虚拟现实等技术，实现作物病虫害的远程诊断及农学专家的实时生产指导，并为国内示范和国际合作提供技术交流示范平台。
    建设目标为完成“基于物联网的农产品品质全产业链智慧管控平台”和“基于大数据的智慧农业科技交流示范平台”两大平台的主体建设，具体目标为：
    （一）、建成基于物联网的农产品品质全产业链智慧管控平台
    1、建立植物生长模型
    集成人工智能算法，依托农业专家，参考文献，选取西红柿、樱桃、葡萄和叶菜四种作物的典型品种，构建作物生长速率与“温、光、气、水、肥”等环境因子的关联关系模型，实现多因子耦合的环境调控决策，植物生长模型具有自主学习能力，可由实时环境大数据对模型进行持续优化，经3～4年种植周期后可形成模型的本地化实例应用。
    2、建立智慧种植系统
    依托物联网系统和大数据技术，建立智慧园区农产品品质全产业链大数据中心，通过定制开发，集成作物生长模型、温室环境智能调控装备、气象站，利用四种生长模型对该四种植物的种植过程所需要的“水、温、肥、光、气”指标进行自动调节；搭建温室智慧种植系统，最终形成集设施农业下的智慧种植系统。植物生长模型和智慧种植系统支持随时间和植物种植周期的持续而不断优化和升级。
    3、建立农业生产运营管控体系
    依托物联网技术，建立对各类温室内“温、光、气、水、肥”等信息和室外气象数据的实时采集系统，温室环境调控设备远程控制系统，建立园区动力能源设施等实时管控系统，可通过4G/5G/NB-IoT等移动互联网方式实现数据汇集和指令下发，并利用反馈机制确保各设备运行的稳定可靠。
    4、建立农产品流通追溯管控决策平台
    依托大数据技术，建立品质农业全产业大数据中心，建立冷链物流设施、农产品溯源系统，与动力能源设施集成；形成一体化的园区农产品流通管控决策平台。
    （二）、建成基于大数据的智慧农业科技交流示范平台
    1、建立农业生产过程监控体系
    建设温室内远程监控系统，对温室内作物及人员等进行实时监控和可视对讲，同时系统可接入园区主干道和温室外的监控系统；铺设覆盖园区的网络传输系统，支持4G/5G/光纤通信等功能，实现视频、语音、数字、图片等数据无障碍传输；建成覆盖园区展示点位的自动讲解系统。系统具备作物长势分析、安防管控、成果展示等功能；并还将设计与国内外30~50个园区连接的视频接口，以实现纵向和横向的集成共享，搭建和拓展智慧农业的示范功能
    2、建成园区大数据中心与管控平台
    依托大数据技术，建立基于大屏展示环境下的大数据中心与管控平台，形成园区管控大数据中心，以品质农业全产业链大数据中心共同构成数据基石。管控平台可实现设施环境、园区气象、设备状态、园区视频监控、冷链物流、农产品溯源、园区动力能源、人员管控系统、园区综合管理系统等所有园区监控信息的集中展示，同时支持温室设备的远程控制，网络视频会议，园区3D模拟，全息投影等全部信息化功能，实现智慧农业园区的综合管控与科技成果的集中展示。

 2.建设内容

    主要有基于物联网的农产品品质全产业链智慧管控平台和基于大数据的智慧农业科技交流示范平台两大平台的建设：
    一、建设基于物联网的农产品品质全产业链智慧管控平台
    （一）建设基于作物需求的植物生长模型和智慧种植系统
    根据农业专家知识，已有参考文献，选定西红柿、樱桃、葡萄和叶菜四种作物代表性品种，融合生长环境中的“温、光、气、水、肥”等影响因素，构建作物全生长周期生长速率与环境因子关联关系模型架构，内嵌人工智能寻优算法，可实现模型的自主优化，利用大数据技术，持续优化西红柿、樱桃、葡萄和叶菜等四种作物全生长期生长模型，使模型适应不同地域气候特点。利用模型，结合实时监测信息，计算四种作物的不同生长阶段种植过程所需的“温、光、气、水、肥、”等最优调控目标值，并最终给出结合当前气象信息的最佳调控决策指令，具有自动调节能力，实现智慧种植。智慧种植系统需要在云指挥中心展示、控制和操作，并可形成切换视图，以提高应用性的展示效果。
    （二）建设基于物联网的农业生产环境调控系统
    基于物联网技术、传感器技术、大数据分析技术，测量方面，实现对温室内空气的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度，土壤的温度、湿度、EC值，进行测量、展示、上传至数据库；动作方面，实现保温电机、卷膜机、照明设施、灌溉设施的人工控制、自动控制、智能控制等一整套的软、硬件系统。物联网系统是实现智慧种植、大数据分析与控制、智能化和自动化的硬件支撑。物联网覆盖范围为一带一路2个棚，日光温室39个棚，大跨度69个棚，以及楼顶温室和园区气象站。
    （三）建设基于大数据的农产品品质全产业链大数据中心
    基于大数据的农产品品质全产业链大数据中心是部署在指挥中心大楼二层所有的相关全套的软、硬件系统，包括覆盖植物生长模型和智慧种植系统、冷链物流系统、园区动力能源系统、智能追溯系统等。实现智慧农业示范园区的农业生产种植、商贸流通与管理的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析，为农业生产种植和经营提供精准化、可视化、智能化的支持。
    二、基于大数据的智慧农业科技交流示范平台
    （一）远程监控系统
    远程监控系统是以网络资源数字化的智能综合管理平台，在这个平台内部，视频、报警、数据等信息都可以实时传回到监控中心，为综合管理系统提供前端现场实时像的监视、历史图像的回放、报警信息的快速传递，进行园区各个系统数据信息的整合分析处理，实时查看种植温室的农业产品的生长过程、进行远程视频诊断，实现园区系统数字化业务处理。监控系统包括监控中心的整套软、硬件平台建设、观察温室的前端监控探头布点等视频安防系统；在智慧农业示范园内部署光纤网络，实现所有数据的无障碍畅通传输。监控系统是也包括相关整套软、硬件系统，覆盖范围为一带一路2个棚，日光温室39个棚，大跨度69个棚，以及楼顶温室、植物工厂和智慧温室；同时还将设计与国内外30~50个园区连接的视频接口，以及园区安保监控，并支持延伸远程视频会议应用。以实现纵向和横向的集成共享，搭建和拓展智慧农业的示范功能。
    （二）园区业务大数据管控决策平台
    园区业务大数据管控决策平台是基于大数据技术基础上，通过客户化定制方式，开发形成的大数据中心平台和各种大数据应用系统，包括大数据中心、曲面屏、音响系统、指挥系统包括反馈控制系统，以及人机接口系统和自动讲解系统、园区综合管理系统、园区3D模拟系统、人员管控系统等，以上系统的数据基础与农产品品质全产业链的大数据中心共享，即本项目的大数据中心将支持农产品品质全产业链智慧管控，也支持园区业务大数据管控决策。
综上所述两大平台，兼顾园区农业高新技术集成与科技成果交流示范两大功能，其中智慧种植系统是控制决策中心，是智慧农业应用的大脑；物联网系统、视频监控系统为信息监测和指令执行提供硬件支撑；大数据中心平台是设置栽培的指挥控制和技术展示平台；也是园区业务系统的管控决策系统，是为农产品全产业链品质管控和科技交流示范的综合系统。

 3.建设规模

    建设规模是指杨凌智慧农业示范园信息化项目内容，建设除远程作物病虫害诊断、VR、机器人和生产指导专家系统外，基本上覆盖上述建设目标。其中在西红柿、樱桃、葡萄和叶菜中各选取一个典型品种建立作物生长需求模型，利用四种生长模型为作物种植过程所需要的“温、光、气、水、肥”智能调控提供决策依据。物联网环境调控系统包含温室内外环境监测和设备远程控制，建设范围包括：一带一路温室2个、日光温室39个、大跨度拱棚温室69个；共110个温室和智慧温室、以及植物工厂，视频监控系统覆盖全园121个点位，其中一带一路温室各3个点位，智慧温室6个点位，其他温室各1个点位；以及楼顶温室；并还将设计与国内外30~50个园区连接的视频接口。网络传输系统覆盖全园，并采用千兆光纤网，以及覆盖所有温室的对讲系统和主要介绍点定位等系统，5G建设完成后还将支持5G通讯传输；智慧云大数据管控中心及大屏系统采用最新的液晶拼接大屏，配置服务器、电脑客户控制端及网络接入等设备，全息投影系统和立体环绕6向音响系统。园区大数据中心与管控平台包括相关软硬件，其中软件系统包括基于大数据技术基础上进行定制开发，形成作物种植智慧管控系统、冷链物流系统、园区动力能源系统、园区人力资源监控系统、农产品溯源系统以及园区3D模拟等系统。所有植物种植模型和智慧种植系统以及冷链物流系统、园区动力能源系统、园区人力资源监控系统、农产品溯源系统等均支持持续优化和升级。