智慧农业方案说明

农业4.0：智慧农业

智慧农业=农业物联网+大数据云平台+农业机器人

一.概述

预计到2050年，世界人口将达到90亿。为此，全球粮食产量必须增加70%，才能够养活这个世界。同时，随着新兴经济体生活水平的提高，对肉类的需求也会增加，这就需要更大量的土地来提供动物饲料。然而，全球的耕作用地总量是有限的，因此要怎样养活这些人口对农民而言无疑是巨大的负担。2014年3月，在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的一系列报告中，粮食安全成为一个倍受关注的领域。

随着大数据、云计算技术的发展，通过大数据分析与研究，农民能够预测最佳播种时间、用什么类型的种子以及在哪里种植，以提高产量、降低运营成本，并尽量减少对环境的影响。未来的粮食安全依赖于强健且适应性强的植物与动物性作物的生产及发展，因此让大数据充分发挥在农业中的潜力就变得至关重要，也刻不容缓。

人类发展方向就是物质资料的获得尽量由机器来完成。对农业来说，整个农产品的种植生长周期都可以在无人干预的情况下智能完成所有的环节。

物联网是把跟农业相关的各种元素通过网络联系起来，并且能够相互的传递信息。包括光、气、水、土、肥等基础的各种实时传感器，农业机器人与大数据中心的互联互通，农资材料的各种信息，以及种植现场其他元素的网络连接。相当于人的神经网络及各种感官。

大数据是整个系统的核心，包括农产品质量追溯系统、农业物联网管理系统、农业智能专家决策系统、农业电子商务平台、智慧农业移动客户端。人类之所以如此的强大关键在于发达的大脑，强大的思维。通过分析现场的实时数据（气象、土壤、生长状态、病虫害等）、历史经验数据、运用各类的专家系统做出预测和决策，指导各类机器人执行任务（播

种、灌溉、施肥、除草、打药、采摘、土地整理、运输、仓储等）。

农业机器人，这里特指各种可以自行移动的农机设备，主要包括无人机和地面智能农机设备。这些设备都基于精准的定位系统，包括室外GPS、室内定位和区域精确定位。有育苗、种植、施肥、授粉、除草、喷药、采摘、分拣等机器人。

二、农业物联网系统

物联网的核心是网，是打破传统行业界限的新的领域，需要从新的高度和深度对产品的技术和功能重新定义，我们称之为物联网基因。比如无线传感器的设计中网络通信的成本和技术占整体的70%左右。具有个体相对独立完整性和强大的网络通信能力，有下列特点，低功耗（电池供电）、低成本（可大量布设）、小体积、无线通信（灵活安装）、零设置（上电即用）。

系统包括无线MESH路由器、无线网关、无线传感器（无线光照传感器、无线空气温湿度传感器、无线CO2传感器、无线土壤温湿度传感器、无线氨气传感器、无线溶解氧传感器等）、无线控制器（可控制风机、加湿器、加热器、电磁阀、遮阳网等）、无线智能高清摄像机等。

无线MESH路由器可提供千兆以上骨干无线网络，根据需要可将工作区域全面覆盖。

传感器通信模块采用LoRa™技术、符合低数据速率无线网络标准的全新系列产品，可实现的物联网（IoT）和机器对机器（M2M）无线通信距离超过16公里（郊区），电池使用寿命可达10年以上，并且能够将数百万的无线传感器节点与LoRa技术网关连接起来。全新433/868 MHz SF2483器件是一款已通过指令评估的射频模块。此外，新模块体积小巧，并备有14个GPIO，以极小的占位空间即可灵活连接和控制大量的传感器与执行器。

SF2483模块是一款革命性的终端节点IoT解决方案，专为新兴的LoRa技术网络而设计，可实现超长距离的双向通信，并显著延长电池寿命。

与其他无线系统相比，LoRa技术拥有如下几大优势。它使用扩频调制技术，可解调低于20 dB的噪声。这确保了高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰。而相比于网状网络，LoRaWAN协议的星形拓扑结构消除了同步开销和跳数，因而降低了功耗并可允许多个并发应用程序在网络上运行。同时，LoRa技术实现的通信距离比其他无线协议都要长得多，这使得SF2483无需中继器即可工作，从而降低了整体拥有成本。此外，相较于3G和4G蜂窝网络，LoRa技术对嵌入式应用而言可扩展性更强，性价比更高。

SF2483模块解决了无线应用开发人员由来已久的两难问题，即设计人员在更长的距离和更低的功耗两者之间只能二选一。而采用LoRa技术之后，现在可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离的通信与更低的功耗，同时还可节省额外的中继器成本。此外，SF2483采用AES-128加密方式来保障网络通信安全。

三、大数据云平台

智慧农业云平台包括农产品质量追溯系统、农业物联网管理系统、农业智能专家决策系统、农业电子商务平台、智慧农业移动客户端。

其中的每一个系统都是独立的，可单独运行，又可组成大的系统平台，相关功能如下：

农业物联网管理系统

通过各种传感器，实现对种植、养殖生产环境和动植物本体的信息进行远程实时监测，并将监测信息以无线方式传输到服务器上，以便进行存储、追溯查询、统计分析和决策，同时可以对各个大棚设备、灌溉设备等农业设施进行远程控制，智能化调节温度、湿度、养分等生产环境，对动植物的生长过程进行精细化管理，从而减少病虫害等灾情损失，减少农药使用，保障食品安全，确保绿色有机。对纳入到平台内的各种无线设备进行远程管理，可

以远程设置各种物联网仪器设备的采集信息、采集时间段、采集频率、等运行信息，确保设备稳定运行，节能节电。

农产品质量追溯系统

农产品质量追溯系统包含整个智慧农业的全流程跟踪管理，是主干道，涉及农户、合作社、生产企业、农资供销商、产品销售商、政府和消费者，贯穿了农产品生产基地管理、种植养殖过程管理、采摘收割、加工、储存、运输、上市销售、政府监管的各个环节。追溯平台涉及到的各子系统为智慧农业的某一环节服务，并将采集到的信息即时传送到追溯平台，最终在追溯平台上进行全流程的展现，实现“质量可监控，过程可追溯，政府可监管。

实现对农业生产投入品的使用管理，生产过程管理，产出品的存库、销售、结算信息化管理，统计分析和核算生产效益。数据通过接口与溯源系统对接，可通过溯源系统对生产过程的投入品进行追溯。

农业智能专家决策系统

将很多各个科目的农业专家的经验理论程序化，形成高级专家智囊库，针对农作物常见病虫害进行远程诊断和咨询解答，提出相应的管理措施。可为农业龙头企业、农民专业合作社、种养大户等各生产主体提供全程专业的技术指导与服务，亦可与智慧农业移动客户端对接，及时通过智能手机或智能终端向农户推送农技知识，特别是病虫害防范知识。

农业电子商务平台

实现农产品的网上订单销售、线下物流发货的互联网+营销模式，电商平台与溯源系统的交互，可极大的提升农产品的公信力和消费者的参与度，促进农产品销售和安全生产的良性循环。作为政府部门新闻、通知、公告等信息文件发布和管理平台，同时对各种生产数据的收集、统计和分析，形成报表，提供给政府监管部门或集团公司管理层分析和决策之用。