一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控：通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点，实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析，从而有针对性地投放农业生产资料，并根据需要调动各种执行设备，进行调温、调光、换气等动作，实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全：利用技术，建设农产品溯源系统，通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，实现农产品追踪、清查功能，进行有效的全程质量监控，确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节，实现全过程严格控制，使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程，从而为食品供应链提供完全透明的展现，保证向社会提供优质的放心食品，增强用户对食品安全程度的信心，并且保障合法经营者的利益，提升可溯源农产品的品牌效应。
二、农业物联网
1、定义
农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
2、应用功能
a实时监测功能
通过传感设备实时采集温室（大棚）内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据；将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台，服务服管理平台对数据进行分析处理。
b远程控制功能
针对条件较好的大棚，安装有电动卷帘，排风机，电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关；也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。
c查询功能
农户使用手机或电脑登录系统后，可以实时查询温室（大棚）内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息； 登录系统后，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等，实现有针对性的综合信息服务。
d警告功能
警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统
1、定义
深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。
智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成
整个系统主要三大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。
A、数据管理层（监控中心）：硬件主要包括：工作站电脑、服务器（电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式）； 软件主要包括： *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台（采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看）、 防火墙软件；
B、数据传输层（数据通信网络）：采用移动公司的GPRS网络传输数据，系统无需布线构建简单、快捷、稳定；移动GPRS无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点；
C、数据采集层（温室硬件设备）：远程监控设备：远程监控终端；传感器和控制设备：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等；
传统农业生产活动中的浇水灌溉、施肥、打药，农民依靠人工估摸，全凭经验和感觉来完成。而应用物联网，诸如瓜果蔬菜的浇水时间，施肥、打药，怎样保持精确的浓度，如何实行按需供给等一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都有信息化智能监控系统实时定量“精确”把关，农民只需按个开关，作个选择，或是完全听“指令”， 就能种好菜、养好花。 从传统农业到现代农业转变的过程中，农业信息化的发展大致经历了计算机农业、 数字农业、精准农业和智慧农业 4 个过程。
我国发展现代农业，面临着资源紧缺与资源 消耗过大的双重挑战。以信息传感设备、传感网、互联网和智能信息处理为核心的物联网将为农业生产过程中量化分析、智能决策、变量投入、定位 *** 作的现代农业生产管理技术体系开辟新的思路和有利手段，将在农业领域得到广泛应用，并将进一步促进信息 技术与农业现代化的融合。 基于物联网的智能农业可用于大中型农业种植基地、设施园艺、畜禽水产养殖和农产 品物流，布设的 6 种类型的无线传感节点，包括空气温度、空气湿度、土壤温 度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，并通过低功耗自组织网络的无线通信技术实现传感器数据的无线传输。所有数据汇集到中心节点，通过无线网关与互联网或移动网络相连，实现农业信息的多尺度（个域、视域、区域、地域）传输；用户通过手机或计算机可以实时掌握农作物现场的环境信息，系统根据环境参数诊断农作物生长状况和病虫害状况。同时，在环境参数超标的情况下，系统可远程对灌溉等农业装备进行控制，实现农业生产的产前、产中、产后的过程监控，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态、 安全等可持续发展的目标。
2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分 布在葡萄园的每个角落，每隔 1min 检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确 保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确地掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日 照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。
2008 年美国 Crossbow 公司开发了基于无线传感网络的农作物监测系统，基于太阳能供电，能监测土壤温湿度与空气温度，通过 Internet 浏览器为客户提供了农作物健康、生 长情况的实时数据，已经在美国批量应用。 美国加州 Camalie 葡萄园在 44 英亩（1 英亩 = 607 亩）区域部署了 20 个智能节点， 组建了土壤温湿度监测网络，同时还监测酒窖内存储温度的变化，管理人员可通过网络远 程浏览和管理数据，在应用了网络化的监测管理之后，葡萄园的经济效益显著提高。与 2004 年的 2t 产量相比，2005～2007 年的产量逐年翻一番，分别达到了 4t，8t 和 175t，同时也 改善了葡萄酒品质，节省了灌溉用水。 日本富士通公司开发的富士通农场管理系统以全生命周期农产品质量安全控制为重点，带动设施农业生产、智能畜禽和智能水产养殖，实现设施农业管理、养殖场远程监控 与维护、水产养殖生产全过程的智能化。
无锡阳山镇专门开发桃园种植技术的物联网监测系统，实现了高科技种桃，令人叹为 观止。该镇有 25 亩桃林作为物联网种植园的示范基地，由 22 个传感器和 3 个微型气象站 组成的监测系统充当“智慧桃农”。这种绿色农业种植模式有效压缩了成本，提高了经济效 益，实现了高产、优品的种植目标。
中科院遥感应用研究所开发的基于无线传感网络和移动通信平台的农业生态环境监测系统，解决了大棚内监测温度、湿度的困难，在环境参数超过用户设置的范围时，系统可以通过短信方式对用户进行报警，同时用户可利用手机短信获取大棚内实时的温度、湿度 或者登录 Internet 网页查看，用户还可以通过手机短信对大棚内的浇灌系统、天棚等设备进 行控制。 上海交大机电控制与物流装备研究所针对葡萄新梢生长发育的规律特点，开发研制了 基于嵌入式控制器和 CCD 彩色相机的葡萄新梢生长图像数据采集记录系统， 实现了葡萄新梢生长态势的在线监测。该系统针对葡萄生长发育特点，配备球坐标式图像采集支架，实现对图像采集角度的自由调整；设计开发的全光谱辅助照明装置，大限度地减少或避免了直射光对成像质量的影响；嵌入可编程式控制器实现了无人值守的自动拍照模式，用户可根据需求预先自由设定拍摄间隔，从而无需人工干预即可获取清 晰的图像数据。由于采用了商业化的 CCD 彩 色相机，拍摄到的图像分辨率高且色彩真实，有利于后续的图像分析处理，可以得到理想的图像分割效果和精度。同时系统还具备现场大 容量 SD 卡存储和远程无线网络传输功能，既延长了监控周期，又可以实时地共享观测结果。
本文设计的基于 Android 平台温室环境信息采集与监控系统，主要应用于当前广泛使用的日光温室群体，实现了产品质量追溯、销售市场信息发布、病虫害预警、远程诊断等方面的应用，具有重要现实意义。
1、系统功能需求分析：
功能需求分析是基于 Android 平台的温室环境信息数据采集与监控系统设计 的必要步骤。本文所开发的系统主要应用于日光温室，其功能主要包括信息采集、数据管理、远程控制、信息发发布等。通过以上功能的开发，实现了基于移动互联的远程信息采集、质量追溯、设备控制、病害预警、视频监控等的应用集成。
2、信息采集与显示功能：
温室环境参数信息和植物生长信息是现代农业管理的重要依据。通过智能手机平台实时获取相关信息，将有利于提升现代温室智慧采集机功能。
3、温室环境数据远程采集功能：
温室环境的优劣对温室作物植株的生长发育有着至关重要的影响[10]。温 度、湿度、光照、CO2、是农作物生长的外在条件，需实时准确获取。建立温室 环境参数信息的采集、储存与展示功能，便于用户查看环境信息，同时能为后期 的历史查询与数据分析做准备。
4、植物生理生态参数信息采集功能：
农作物裸露在地表的部分与地下部分的功能情况，为作物生长状况提供了基 本判断依据。植物生长的内在参数主要有植株径流速率、果实生长率、茎秆变 化、叶面微曲温度、植物冠层温湿度等。而且这些参数由于技术及成本的制约， 目前还无法全面自动采集。可以通过人工采集信息，利用 Android app 随时随地 上传记录信息，方便后期用户观测各项特征对作物品种、产品质量等情况进行分 析。
5、植物长势及病虫害视频监测功能：
针对种植作物长势情况、病虫害的发生、发病面积、病情严重程度、杂草对植株的胁迫等，采集视频信息是有效的管理方式。通过网络摄像头、计算机和无线传感器网络，结合 Android app，把信息及时进行采集、储存与展示，可为作物病虫害的防治提供及时的决策依据。
6、数据管理功能：
随人们生活质量的提升，农产品质量越来越获得人们重视。而农产品的优化与改进，占据农业产业的一个重要因素。建立温室数据库，利用 Android APP 实现远程的数据采集、存储、分类、检索、传输等数据管理。
7、远程控制功能：
该系统中主要体现以下两种功能： a温室控制决策功能 通过中心服务器的 MCGS 软件建立自动控制系统，根据不同作物的需求， 设定作物生长所需环境目标参数。软件根据传感器传输的数据，与作物植株适宜 的范围数据进行比对，来决定之后的控制步骤，控制对应的设备来调节温湿度、 光照强度、二氧化碳浓度等环境信息。
b温室环境报警系统的建立 当控制与决策系统建立后，报警机制建立也是必要环节。当温室实际情况超 过系统设定好的报警门限时，通过预设的 MCGS 报警信息显示系统，及时检查 出现异常的原因，以防因为设备故障等造成对农业生产的影响。
8、信息发布功能：
该系统中主要体现以下三种功能： a首页导航及信息管理功能 网页管理平台在系统中有承上启下的作用。根据数据监测功能与控制功能建 立对应的导航页面，通过动态网页方式管理后台信息。
b新闻功能 首页是系统界面门面，是给用户第一印象的地方，包括名称、标志、导航、 公司的等。另外，新闻功能的加入也很重要。本功能主要转载主流门户 农业网站消息，种植业生产的产前信息、产中信息、产后信息、相关农业企业信 息报道来促进农业信息化在农业生产的深入应用，为农户当好参谋和助手。
c安全注册及用户的管理 为了保证用户的使用安全，系统在数据库中储存有用户数据，设定相应的权 限，以限制不同访问人员的 *** 作权利。例如管理员具备设备的控制权限，普通人员只有查看权，没有控制权，进入监控功能需要账号、密码才能登陆使用。
智慧果园是物联网、云计算、大数据等新型信息技术的应用案例。
智慧果园是将物联网、云计算、大数据等新型信息技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来。
科学配置大数据应用分析系统、环境监测系统、病虫害防治系统、水肥一体智能灌溉系统、生产过程管理系统、质量安全监督追溯系统、智能专家指导系统等。
实现产品溯源、生产管理的精准化、标准化、远程化和自动化，加快推进果树生产智能化、经营网络化、管理高效化、服务便捷化，全面提高水果产业现代化水平。
智慧果园背景
我国果园面积和水果产量均居世界第一，水果产业在很多地区是农民增收的支柱产业，在我国农村经济发展中占有重要的地位。但是，我国果树种植和果园管理总体水平与国际先进国家还有较大差距，尤其是果园数字化、信息化和智能化管理技术差距更大。
因此，依托数字技术，构建现代果树栽培技术体系，发展信息化和智能化果园，对我国果树产业供给侧结构性改革具有重要的现实意义，也是加速缩短与发达国家差距、提高水果产业国际竞争力的迫切需要。
智慧农业系统总体解决方案包括以下内容：智慧农业管理平台，极飞农业物联网，农机自动驾驶系统，植保无人机，自动数据传输设备等等来解决类似智能温室大棚，大型农田里的水肥一体化，土壤里的病虫害。智慧农业是当今世界发展的新潮流，根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事 *** 作技术与监测管理的系统，是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。而农业物联网信息化是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点，是智慧农业的解决方案。近几年一直很热的AI技术其实都已经很普遍了，例如我们平时接触到的人脸识别就是这一技术，而这些技术是相辅相成的，没有大数据的累计人工智能也无法“智能”起来，在农业领域，农业大数据的协同应用是未来农业发展的趋势，大数据的应用前景广阔，例如托普云农提出的“农业大脑”概念，是基于农业大数据的采集与处理，利用智能算法模型，它能为不同的产业需求提供服务。例如在农业领域，利用植物生长数据，农业大脑可智能调控物联网设施，实现精准调控温室环境；利用虫情测报与气象数据，农业大脑可智能预测未来虫情趋势；利用市场价格数据，农业大脑可为市场监管、种植规划、产业布局等内容提供决策建议。随着对物联网的概念、内涵、技术、应用研究的不断深入，在环境、电力、物流、公共安全等领域和行业都涌现出众多物联网应用的典型案例。其中，公共安全领域作为物联网应用的重点领域，具有与其它物联网应用不同的特点和特殊的地位，有必要将公共安全领域的物联网应用（以下简称安全物联网）作为一个独立的概念进行深入研究。1 、安全物联网的背景及其内涵
当前，中国正处于工业化、城镇化快速发展时期，各种传统的和非传统的、自然的和社会的风险及矛盾交织并存，公共安全和应急管理工作面临的形势更加严峻。主要有以下三个方面的问题：1）自然灾害处于多发频发期，近年来，极端气候事件频发，中强地震呈活跃态势，自然灾害及其衍生、次生灾害的突发性和危害性进一步加重加大；2）安全生产形势严峻，我国安全生产基础薄弱，一些地方和企业责任不落实、监管不到位，生产安全事故总量居高不下，重特大事故时有发生，预防事故发生和实施有效救援的任务繁重而艰巨；3）社会安全面临新的挑战，我国改革发展进入关键阶段，各种利益关系错综复杂，维护社会稳定的任务艰巨。
面对频发的造成大量人员伤亡和财产损失的公共安全事故，亟需构建公共安全监测物联网来感知公共安全隐患，以及解决突发事件发生后各部门之间如何互联互通等问题。
公共安全监测物联网是针对公共安全监测领域覆盖范围广、监测指标多、连续性要求高、所处环境不适合人工监测、感知的信息内容与人民群众的生活密切相关等特点，应用物联网技术尤其是传感器网络技术，构建的一个由感知层、网络层、应用层共同构成的信息系统工程。对公共安全的监测主要包含保障各类生产场景安全的监测、对生产者安全的监测、对特定物品安全的监测、对人员密集场所监控、对重要设备设施监控以及事故应急处理时对场景、人员、物品的信息搜集等。
2 、安全物联网在物联网发展中的地位
公共安全是国家安全和社会稳定的基石。为有效抵御各类人为或自然灾害的威胁，中国将加强公共安全保障措施作为政府工作的重点。公共安全监测物联网为解决我国面临的公共安全问题提供了一种新的思路，符合我国促进科技创新、走创新型国家发展道路的战略要求。
建立完善的公共安全监测物联网将为我国现在面临的桥梁隧道坍塌、危险物泄漏等安全问题提供切实有效的预防机制，全国范围内的公共安全监测物联网的互联更使得重大安全事件得以及时、有力、透明的解决。因此公共安全监测物联网作为与日常生活联系最密切、国家和人民最关注的公共安全领域的物联网应用，应该得到整个社会的重视和优先发展，坚持“政府主导、企业参与、社会支持、群众受益”的方针，通过公共安全监测物联网的发展来带动物联网在技术、应用、产业、标准方面的进步，使整个社会切身感受到公共安全监测物联网带来的公共安全隐患可靠预防和突发事件应急处理的优势，加强人们对物联网价值的认知程度。
3 、安全物联网的体系结构及关键技术
图1描述了公共安全监测物联网的网络架构，它的整体架构与物联网的整体架构相似，由感知层、网络层、应用层三部分组成。但由于公共安全监测物联网应用场景的特殊性，它具有一些其它物联网应用不具备的技术特点，总结如下：
（1） 在感知层，被感知信息的类型多样，实时性要求高，大多数信息的感知（如桥梁建筑物的安全状况，危险物品的监测等）要求精度高且很难通过人工手段检测。由于安全隐患的信息类型不确定性很高，在人员密集场所或高危生产场所应长时间部署大量不同类型的传感器，对感知层的组网策略、能源管理、传输效率、QoS、传感器的编码、地址、频率与电磁干扰等问题提出了更高的要求，这些问题也是公共安全监测物联网能否成熟应用的关键。
（2） 在网络层，由于公共安全监测物联网感知到的信息的涉及国家重点行业以及群众的日常生活，这些信息一旦泄漏或不正当使用都有可能危及国家安全、社会稳定以及人民群众的隐私；因此，公共安全监测物联网的信息内容有必要通过专用网络或者对3G移动网络采取安全防范措施后进行传输，保证信息的安全性、真实性和完整性。（3） 在应用层，针对海量的数据信息和安全隐患可能带来的严重危害，需要建立专有的不同级别的公共安全物联网服务平台。服务平台不仅应具有强大的信息处理及融合能力，还须具有安全隐患的识别以及预警能力，同时当突发公共安全事故时，及时联动相关的职能部门进行应急处理，争取将损失和影响减到最小。另外，将不同级别的公共安全物联网平台互联有利于根据安全事故的危害程度最大限度的调配资源，便于公共安全事件的及时、有效、透明解决。
图1 公共安全监测物联网架构针对公共安全监测物联网体系结构的特点，其涉及到的关键技术主要有：
a 针对公共安全监测领域的专用传感器的研发，包括增加传感器的监测信息类型、提高监测精度、减小体积、抗破坏、增强感知信息的抗干扰能力和保密能力等。
b 大规模传感器节点的自组织网络、协作感知技术、安全接入技术等感知层网络技术。
c 大规模传感器节点的编码、地址、频率分配与电磁干扰等问题。
d 网络层公共安全监测专用网络的结构、通信协议、异构的网络接入技术及网络安全技术等。
e 应用层主要涉及海量信息的智能处理、分析、综合技术以及统一的公共安全监测物联网服务平台的架构等技术。
图2描述了公共安全监测物联网服务平台的总体结构，系统平台将接收到的海量信息处理分析后由相应的服务模块进行处理，服务平台可以根据不同的公共安全监测应用添加不同的服务模块。公共安全事件应急处理部门联动系统负责当突发安全事件发生时及时调动资源进行应急管理，以减少损失和影响。
图2 公共安全监测物联网服务平台的总体结构4 、安全物联网的应用现状
在国内外，公共安全监测物联网已经存在众多应用案例，在公共安全领域发挥了明显的作用，例如：
美国MaterialTechnologies公司开发了一套裂缝诊断传感器系统，已经在宾夕法尼亚州检查了三座桥梁以及马萨诸塞州一座桥梁的裂缝，其传感器能够检测以每分钟几个分子的速度扩大的裂缝，从而提前几年发现可能对安全构成危害的裂缝。此外，早期诊断意味着道路修补人员执行的修补更为经济，因为当裂缝还小的时候，修补起来更加容易。
在韩国，为了保护市民的生命和财产，遏制犯罪、恐怖袭击、火灾，开始在城市内安全隐患区域安装感应系统，为保障市民安全，建立安全的城市做出很多尝试，如图3所示。
图3 公共安全物联网在城市安全方面的应用目前国内全长约266公里的玄武湖隧道是我国最大的城市浅埋明挖湖底隧道，其中湖底段长约166公里。由于地质条件、应力条件、环境影响复杂，隧道很可能受温度、荷载、地下水等因素影响，产生不均匀的沉降、横向开裂、渗水等问题。
南京大学光电传感工程监测中心将特殊的连续分布式光纤“植入”混凝土层中。从施工开始，直至通车运行至今，这些光纤一直对隧道“健康”进行着实时监测。
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