CN103019192A - 基于物联网技术的智能农业监控管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统及管理方法，包括数据采集层、网络通讯层、网络通讯层、报警模块和控制模块，所述网络通讯层包括通讯模块和通讯网关，所述通讯模块用于将采集的数据或控制指令在所述通讯网关与数据采集层、数据库层和控制模块间通信；所述通讯网关用于分发数据，并将汇集的数据通过无线网络传输给数据库层或将数据库层的指令通过通讯模块发送给控制模块或数据采集层。本发明的系统采用先进的四层架构，以通讯网关为核心的通讯模块机制，实现传感器、控制器和应用的有机隔离，有效地解决信息标准不统一和系统的兼容性问题。

Description

基于物联网技术的智能农业监控管理系统及管理方法

 

技术领域

本发明涉及一种涉及智能农业环境监测和生产自动控制系统，尤其涉及一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统及方法，属于智能农业和物联网技术领域。

背景技术

指出本发明创造最接近的现有技术并描述其善。若目前已有类似的技术，则描述该现有技术存在的缺陷并说明缺陷产生的原因，如性能、功能、成本、使用不便等，或还存在哪些问题解决不了。若目前尚未发现与该发明创造类似的技术，则要描述人们在此之前要解决该技术所需采用的办法及其缺点。

我国人均耕地面积和人均水资源只有世界平均水平的30%和25%，且现有耕地中2/3是中低产田，农田灌溉水的有效利用率只有30%～40%(发达国家已达50%～70%)。化肥、农药等生产资料投入水平高而利用率低并导致了农业生态环境污染和破坏，土壤沙化、碱化、盐渍化严重，耕地单位面积产量与世界粮食高产国家相比甚至要低一半以上。随着经济的飞速发展，人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。

智能农业是计算机和物联网等先进技术在农业领域上的应用。利用传感器等设备采集农业环境数据和作物生长数据，通过互联网、移动通信网等网络进行信息的传送和交互，采用智能计算技术对信息进行分析和处理，远程实时监控和管理农业生产。不仅可获得作物生长的最佳条件，提高产量和品质，同时可提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率，还提供食品安全和追溯和农业信息化的数据源。

目前智能农业技术在美国、欧洲等先进国家已经被广泛运用，近几年我国智能农业的发展迅速，但也存在很多问题：信息标准不统一，应用范围狭窄，开发的应用系统软件在计算机运行平台、信息接口、软硬件等的兼容性上较差；数据采集和监测手段落后，数据综合分析和处理功能薄弱；整体功能单一和孤立，没有形成系统化、智能化和自动化的集成管理和控制。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统及方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统，其包括

数据采集层，用于采集农业环境和作物生长信息；

网络通讯层，包括通讯模块和通讯网关，所述通讯模块用于将采集的数据或控制指令在所述通讯网关与数据采集层、数据库层和控制模块间通信；所述通讯网关用于分发数据，并将汇集的数据通过无线网络传输给数据库层或将数据库层的指令通过通讯模块发送给控制模块或数据采集层；

应用服务层，其与上述数据库层通信连接，用于将接收到的所述数据采集层采集的农业环境和作物生长信息进行处理后发送给数据库层进行储存，同时系统判断自动控制条件，如果满足，则发送控制命令回数据库层；如果激发自动报警条件，则向下述报警模块发送报警信息；

报警模块，其用于接受报警信息并报警；

控制模块，其用于手动控制或接受上述应用服务层经数据库层，并通过上述通讯模块和通讯网关发送来的自动控制命令。

一种基于物联网技术的智能农业监控管理方法，所述方法包括如下步骤：

1）、监控区域定义和挂接在该监控区域的传感器、摄像头、控制器和通信设备；

2）、提供一配置数据库，该配置数据库维护上述传感器、控制器和通信设备信息；

3）、上述传感器按照定义的采集间隔自动采集或人工实时采集温度、湿度和光照数据，并通过所述通讯模块发送到通讯网关；

4）、上述通讯网关接受环境数据，并通过Zigbee无线信号传输给数据库；

5）、上述应用服务层获取所述传感器数据从而得到传感器的编号和区域信息；

6）、配置数据库查询所述传感器的编号，获取控制所述传感器的控制器信息，同时获得该传感器的界限值，判断是否触发短信报警，若是则执行步骤8），否则转向步骤9）；

7）、配置数据库中查询所述传感器的编号，获取自动控制开关启动条件，判断是否触发自动控制，若是则执行步骤10），否则转向步骤9）；

8）、配置数据库中查询所述传感器的报警信号发送方式，通过报警模块发送报警信号；

9）、系统分析和处理所述传感器数据和视频信息，并把分析结果保存到数据库和输出到前台展现；

10）、配置数据库中查询该控制器自动控制动作，或远程登录系统操作控制开关，通过数据库发送控制指令给通信网关；

11）、上述通信网关把控制指令经通讯模块发送到控制器，控制对应控制开关的开启或关闭，实现自动控制功能。

本发明的有益效果：本发明的系统采用先进的四层架构，以通讯网关为核心的通讯模块机制，实现传感器、控制器和应用的有机隔离，有效地解决信息标准不统一和系统的兼容性问题。通过对网关开发可有机的将传感器、控制器和应用结合起来，系统可随时添加、更换某个模块，只需要开发网关程序，而不影响其他模块的正常工作。

本发明的系统采用多种数据显示方式和分析图例，并相互结合起来展现真实环境和综合分析结果，为智能农业监控提供提供丰富的数据和支持分析工具。农业生产是受多因素影响的，单一的数据不能全面反映现实环境的真实情况，不同的数据结合起来能更加真实的投影现实环境，为进一步的分析和控制提供详实和完整的数据。例如传感器采集环境信息和视频信息结合起来真实体现农作物当前的环境真实状态，传感器信息和控制器信息结合起来反映农业生产当前的设备状态。

本发明的系统采用自主机制解决农业生产的自动智能控制，解决分散独立采集和集中智能控制问题。系统能按照事先定义好的自动控制规则监控传感器数据，检测传感器数据达到临界值，触发自动控制开关开启或关闭，或向外报警。

附图说明

图 1 本发明的结构示意图。

具体实施方式

图1所示，为一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统，其包括

数据采集层，用于采集农业环境和作物生长信息；

网络通讯层2，包括通讯模块21和通讯网关22，所述通讯模块21用于将采集的数据或控制指令在所述通讯网关22与数据采集层1、数据库层3和控制模块6间通信；所述通讯网关22用于分发数据，并将汇集的数据通过无线网络传输给数据库层3或将数据库层3的指令通过通讯模块21发送给控制模块6或数据采集层1；

应用服务层，其与上述数据库层3通信连接，用于将接收到的所述数据采集层1采集的农业环境和作物生长信息进行处理后发送给数据库层3进行储存，同时系统判断自动控制条件，如果满足，则发送控制命令回数据库层3；如果激发自动报警条件，则向下述报警模块5发送报警信息；

报警模块5，其用于接受报警信息并报警；

控制模块6，其用于手动控制或接受上述应用服务层4经数据库层3，并通过上述通讯模块21和通讯网关22发送来的自动控制命令。

上述基于物联网技术的智能农业监控软件管理系统及方法通过采集环境数据和生长数据发送给服务器处理后进行储存，用户可根据需要登录服务器对农业生产进行查询浏览和远程控制。

本实施例中，所述传感器包括温度、湿度、光照、二氧化碳和土壤酸碱度等传感器，主要采集土壤和空气的温湿度、光照强度、空气二氧化碳含量和土壤PH值环境参数。所述摄像头主要采集环境的实时图像信息。所述通讯模块21汇集采集来的温度、湿度等数据或接受数据库经通讯网关22传送过来的指令，实现通信网关22与数据采集层1和控制模块6的通信。所述通讯网关22把汇集的数据通过Zigbee无线信号传递给数据库层3或将数据库层3里的控制指令经通讯模块21发送给数据采集层1和控制模块6。数据库层3存储通讯网关22发送过来的数据和经应用服务层4分析和处理后的数据。数据展示41显示保存在数据库层3里的数据采集层1采集的温度、湿度和环境视频等信息。数据报表42展现分析和处理数据采集层1采集的温度、湿度和环境视频等信息。控制功能43设置控制参数，发送控制指令保存到数据库层3，报警功能44设置报警临界条件和报警信号发送方式等。

上述基于物联网技术的智能农业监控软件管理方法，所述方法包括如下步骤：

1）、监控区域定义和挂接在该监控区域的传感器、摄像头、控制器和通信设备；

2）、提供一配置数据库，该配置数据库维护上述传感器、控制器和通信设备信息；

3）、上述传感器按照定义的采集间隔自动采集或人工实时采集温度、湿度和光照数据，并通过所述通讯模块发送到通讯网关；

4）、上述通讯网关接受环境数据，并通过Zigbee无线信号传输给数据库；

5）、上述应用服务层获取所述传感器数据从而得到传感器的编号和区域信息；

6）、配置数据库查询所述传感器的编号，获取控制所述传感器的控制器信息，同时获得该传感器的界限值，判断是否触发短信报警，若是则执行步骤8），否则转向步骤9）；

7）、配置数据库中查询所述传感器的编号，获取自动控制开关启动条件，判断是否触发自动控制，若是则执行步骤10），否则转向步骤9）；

8）、配置数据库中查询所述传感器的报警信号发送方式，通过报警模块发送报警信号；

9）、系统分析和处理所述传感器数据和视频信息，并把分析结果保存到数据库和输出到前台展现；

10）、配置数据库中查询该控制器自动控制动作，或远程登录系统操作控制开关，通过数据库发送控制指令给通信网关；

11）、上述通信网关把控制指令经通讯模块发送到控制器，控制对应控制开关的开启或关闭，实现自动控制功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于物联网技术的智能农业监控管理系统，其特征在于，其包括

数据采集层，用于采集农业环境和作物生长信息；

网络通讯层，包括通讯模块和通讯网关，所述通讯模块用于将采集的数据或控制指令在所述通讯网关与数据采集层、数据库层和控制模块间通信；所述通讯网关用于分发数据，并将汇集的数据通过无线网络传输给数据库层或将数据库层的指令通过通讯模块发送给控制模块或数据采集层；

应用服务层，其与上述数据库层通信连接，用于将接收到的所述数据采集层采集的农业环境和作物生长信息进行处理后发送给数据库层进行储存，同时系统判断自动控制条件，如果满足，则发送控制命令回数据库层；如果激发自动报警条件，则向下述报警模块发送报警信息；

报警模块，其用于接受报警信息并报警；

控制模块，其用于手动控制或接受上述应用服务层经数据库层，并通过上述通讯模块和通讯网关发送来的自动控制命令。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能农业监控软件管理系统，其特征在于，所述数据采集层至少包括传感器、RFID电子标签、摄像头和条形码数据采集终端。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能农业监控软件管理系统，其特征在于，所述应用服务层至少包括数据展示模块、数据报表模块、控制功能模块和报警功能模块；所述数据展示模块用于显示保存在数据库层里的农业环境和作物生长信息；所述数据报表模块用于展现分析和处理数据采集层采集的农业环境和作物生长信息；所述控制功能模块用于设置系统控制参数，并发送控制指令保存到数据库层；所述报警功能模块用于设置报警临界条件和报警信号发送方式。

4.一种基于权利要求1至3任一项所述基于物联网技术的智能农业监控管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）、监控区域定义和挂接在该监控区域的传感器、摄像头、控制器和通信设备；

2）、提供一配置数据库，该配置数据库维护上述传感器、控制器和通信设备信息；

3）、上述传感器按照定义的采集间隔自动采集或人工实时采集温度、湿度和光照数据，并通过所述通讯模块发送到通讯网关；

4）、上述通讯网关接受环境数据，并通过Zigbee无线信号传输给数据库；

5）、上述应用服务层获取所述传感器数据从而得到传感器的编号和区域信息；

6）、配置数据库查询所述传感器的编号，获取控制所述传感器的控制器信息，同时获得该传感器的界限值，判断是否触发短信报警，若是则执行步骤8），否则转向步骤9）；

7）、配置数据库中查询所述传感器的编号，获取自动控制开关启动条件，判断是否触发自动控制，若是则执行步骤10），否则转向步骤9）；

8）、配置数据库中查询所述传感器的报警信号发送方式，通过报警模块发送报警信号；

9）、系统分析和处理所述传感器数据和视频信息，并把分析结果保存到数据库和输出到前台展现；

10）、配置数据库中查询该控制器自动控制动作，或远程登录系统操作控制开关，通过数据库发送控制指令给通信网关；

11）、上述通信网关把控制指令经通讯模块发送到控制器，控制对应控制开关的开启或关闭，实现自动控制功能。