CN105376328A - 一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法 - Google Patents

一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法 Download PDF

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刘国平
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Abstract

本发明公开了一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法；其系统包括环境数据采集装置、图像采集装置、云平台服务器、农业物联网执行器控制装置和显示装置。本发明采用云平台作为数据中心，实现多个环境数据采集装置和图像采集装置同时接入云平台，对农产品的生长情况进行追溯并根据采集到的图像进行病虫害分析，并采用农业物联网执行器控制装置根据数据分析结果进行自动控制；通过利用云平台向显示装置和客户端进行数据推送，可以实时查看数据。

Description

一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法
技术领域
本发明属于农业物联网应用技术领域，尤其涉及一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法。
背景技术
随着世界各国政府对物联网行业的的政策倾斜和企业的大力支持和投入，物联网产业被急速的催生，根据国内外的数据显示，物联网从1999年至今进行了极大的发展渗透进每一个行业领域。可以预见到的是越来越多的行业领域以及技术、应用会和物联网产生交叉，向物联方向转变优化已经成为了时代的发展方向，物联网的发展，科技融合的加快。
以全球互联网为基础的“物联网”正在兴起，并被业界称之为第三次信息技术革命。网络信息技术的提升对科学和社会经济的发展带来了巨大的机遇。有关资料表明，过去三十年，网络信息科技对发达国家经济增长贡献率达到40％,而采用全新框架的“物联网”将会导致整个互联网和其他应用网络体系的重建，进而创造一个更大的市场需求，成为拉动科技创新，促进经济增长的强大动力，因此欧美等发达国家纷纷投入研究，“物联网”已经成为未来高科技领域国际竞争的热点。我国农业正处于传统农业向现代农业的转型时期，全面实践这一新技术体系的转变，网络信息化技术将发挥独特而重要的作用，也为现代农业发展提供了前所未有的机遇。充分利用智能化信息管理技术发展现代化农业，同样成为当今各个发达国家农业发展的热点之一。以欧美为代表的世界发达国家，在农业信息网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，全方位推进农业网络信息化的步伐，利用环境监测、气象与病虫害监测预警等，对农作物生产进行精细化管理和调控，有力地促进了农业整体水平的提高。上个世纪90年代，在我国随着互联网技术的成熟和普及，计算机互联网络开始进入农业领域，从事农业人员甚至普通农民，即可以随时随地及时快捷的获得各种科技信息、管理信息、市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信息等等。互联网络和计算机信息技术的结合，正在改变因农业高度分散、生产规模小、时空变异大、量化与规模化程度差、稳定性和可控程度低等行业性弱点。网络信息技术在农业领域的普及和应用，使“电脑上也能把地种”的愿望变为可能，使“运筹帷幢决胜千里”的管理调控理念梦想成真。
现有的农业物联网系统形式多样功能单一，数据存储空间小，数据的流动性差，不能对农产品的生长情况进行追溯。如:现在大多数农业物联网采用的是本地无线局域组网，将传感器采集到的数据统一发送到PC电脑进行处理保存。监控摄像头为独立系统，不能对采集到的图像进行病虫害分析。对于操作人员没有合理的设置操作权限，导致对农产品安全追溯不严。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法。
本发明的技术方案是：一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，包括：
环境数据采集装置，用于实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；
图像采集装置，用于实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；
云平台服务器，用于接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，根据分析结果分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；还用于接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；
农业物联网执行器控制装置，用于对农业物联网执行器进行控制并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；
显示装置，用于实时显示预警信息和农业物联网执行器运行状态信息；
所述云平台服务器分别与环境数据采集装置、图像采集装置、农业物联网执行器控制装置及显示装置连接。
进一步地，所述环境数据采集装置采用环境传感器，包括空气温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、氨气浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
进一步地，所述图像采集装置采用网络摄像机。
进一步地，所述云平台服务器设置有API数据接口。
进一步地，所述农业物联网执行器包括风机、卷帘机、喷灌机和湿帘机。
进一步地，还包括客户端，用于访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据。
进一步地，还包括二维码打印装置，用于获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。
本发明还提出了一种基于云平台的农业物联网综合应用方法，包括以下步骤：
A、利用环境数据采集装置实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；
B、利用图像采集装置实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；
C、利用云平台服务器接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，判断环境数据和视频图像数据是否超过设定阈值；若环境数据和视频图像数据超过设定阈值，则分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；若环境数据和视频图像数据没有超过设定阈值，则返回步骤A；
D、利用农业物联网执行器控制装置根据云平台服务器输出的控制信号对农业物联网执行器进行控制，并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；
E、利用云平台服务器接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；
F、利用显示装置接收云平台服务器输出的预警信息和农业物联网执行器运行状态信息并进行显示。
进一步地，还包括利用客户端访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据。
进一步地，还包括二维码打印装置获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统及方法，采用云平台作为数据中心，实现多个环境数据采集装置和图像采集装置同时接入云平台，对农产品的生长情况进行追溯并根据采集到的图像进行病虫害分析，并采用农业物联网执行器控制装置根据数据分析结果进行自动控制；通过利用云平台向显示装置和客户端进行数据推送，可以实时查看数据；此外，云平台还设置有API数据接口，提高了对外数据的流动性，实现了农业信息资源的共享；通过利用二维码打印装置将历史数据生成二维码，实现了对农产品质量追溯，确保了农产品安全。
附图说明
图1是本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统结构示意图。
图2是本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统结构示意图。一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，包括：环境数据采集装置，用于实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；图像采集装置，用于实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；云平台服务器，用于接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，根据分析结果分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；还用于接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；农业物联网执行器控制装置，用于对农业物联网执行器进行控制并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；显示装置，用于实时显示预警信息和农业物联网执行器运行状态信息；云平台服务器分别与环境数据采集装置、图像采集装置、农业物联网执行器控制装置及显示装置连接。
本发明的环境数据采集装置采用农业物联网中的各种环境传感器，包括但不仅限于空气温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、氨气浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器和风向传感器。上述传感器采用独立或组网式网络结构，通过有线或无线传输方式将实时采集得到的环境参数数据传输至云平台服务器，实现对农作物生长环境进行实时采集监测，传输方式包括但不仅限于以太网、GPRS及WIFI等。为了方便上述传感器排线走线，提高数据传输速率，本发明采用组网式网络结构将上述传感器进行连接，构成本地组网式传感群，本地通信方式包括但不仅限于RS232、RS485、USB、以太网、蓝牙、WIFI、ZigBee、433MHZ等。
本发明的图像采集装置采用网络摄像机，实时采集农作物视频图像数据并通过有线或无线传输方式将视频图像数据传输至云平台服务器。
本发明的云平台服务器接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储及统计；再将环境数据采集装置采集的环境数据与农作物正常生长环境数据进行对比，判断环境数据是否超出设定阈值，当超出设定阈值时向农业物联网执行器控制装置输出控制信号，并向显示装置和客户端输出预警信息，当农业物联网执行器控制装置反馈农业物联网执行器运行状态信息时传输至显示装置进行显示；同时对图像采集装置采集的视频图像数据进行分析，通过判断视频图像数据是否超出设定阈值来判断是否存在病虫害，当存在病虫害时向显示装置和客户端输出预警信息；此外，云平台服务器还设置有API数据接口，提高了对外数据的流动性，实现了农业信息资源的共享。
本发明的农业物联网执行器控制装置采用PLC等控制装置对农业物联网中各种执行器进行控制，农业物联网执行器包括风机、卷帘机、喷灌机和湿帘机等。例如当环境温度超过设定阈值时，云平台服务器向农业物联网执行器控制装置输出控制信号，农业物联网执行器控制装置根据控制信号自动控制风机进行降温；同时，农业物联网执行器控制装置向云平台服务器反馈当前执行器运行状态。
本发明的显示装置采用户外LED大屏和户内LCD拼接大屏，具体用于显示当前环境数据、视频图像信息、病虫害预警信息和执行器工作状态。云平台服务器通过有线或无线传输方式与显示装置进行数据传输；数据传输方式包括但不仅限于以太网、GPRS及WIFI等。
为了实现更便捷的查询农作物生长状态，本发明还包括客户端，其与云平台服务器无线连接。这里的客户端优选为基于iso和Android操作系统的手机客户端，其具体用于访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据和接收云平台服务器发送的预警信息；此外，为了避免农业物联网执行器控制装置出现故障，客户端还可以向农业物联网执行器控制装置发出控制信号，实现手动控制农业物联网执行器。
为了实现对农产品质量进行追溯，本发明还包括二维码打印装置，其与云平台服务器有线或无线连接，用于获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。当农产品销售时，将二维码打印并随农产品一起销售，通过扫描农产品对应的二维码可以追溯农产品生长环境数据和视频图像数据信息，从而实现对农产品质量的全程监控，使得消费者能够全面了解农产品信息，确保了农产品安全。
为了对本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统作进一步详细说明，本发明还提出了一种基于云平台的农业物联网综合应用方法。如图2所示，为本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法流程示意图，包括以下步骤：
A、利用环境数据采集装置实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；
B、利用图像采集装置实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；
C、利用云平台服务器接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，判断环境数据和视频图像数据是否超过设定阈值；若环境数据和视频图像数据超过设定阈值，则分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；若环境数据和视频图像数据没有超过设定阈值，则返回步骤A；
D、利用农业物联网执行器控制装置根据云平台服务器输出的控制信号对农业物联网执行器进行控制，并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；
E、利用云平台服务器接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；
F、利用显示装置接收云平台服务器输出的预警信息和农业物联网执行器运行状态信息并进行显示。
为了实现更便捷的查询农作物生长状态，本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法还包括利用客户端访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据。
为了实现对农产品质量进行追溯，本发明的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法还包括二维码打印装置获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。
在步骤A中，利用环境数据采集装置实时采集空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、氨气浓度、土壤温度、土壤湿度、风速及风向等环境数据，并通过有线或无线传输方式上传至云平台服务器。
在步骤B中，利用图像采集装置实时采集农作物视频图像数据，并通过以太网将视频图像数据上传至云平台服务器。
在步骤C中，云平台服务器接收环境数据采集装置采集的环境数据并进行存储及统计；再将环境数据采集装置采集的环境数据与农作物正常生长环境数据进行对比，判断环境数据是否超出设定阈值，当超出设定阈值时向农业物联网执行器控制装置输出控制信号，并向显示装置和客户端输出预警信息，当农业物联网执行器控制装置反馈农业物联网执行器运行状态信息时传输至显示装置进行显示，当没有超出设定阈值时，返回步骤A；
利用云平台服务器接收图像采集装置采集的视频图像数据，并对图像采集装置采集的视频图像数据进行分析，通过判断视频图像数据是否超出设定阈值来判断是否存在病虫害，当存在病虫害时向显示装置和客户端输出预警信息，当不存在病虫害时返回步骤A。
在步骤D中，利用农业物联网执行器控制装置根据云平台服务器输出的控制信号对农业物联网执行器进行控制，农业物联网执行器包括风机、卷帘机、喷灌机和湿帘机等；同时，农业物联网执行器控制装置向云平台服务器反馈当前农业物联网执行器运行状态。
在步骤E中，利用云平台服务器接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置进行显示。
在步骤F中，利用显示装置接收云平台服务器输出的预警信息和农业物联网执行器运行状态信息并进行显示。
本发明还可以利用云平台服务器将农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息发送至客户端，从而能够实时的了解系统运行状态。此外，当农产品销售时，本发明可以利用二维码打印装置将二维码打印并随农产品一起销售，通过扫描农产品对应的二维码可以追溯农产品生长环境数据和视频图像数据信息，从而实现对农产品质量的全程监控，使得消费者能够全面了解农产品信息，确保了农产品安全。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，包括：
环境数据采集装置，用于实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；
图像采集装置，用于实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；
云平台服务器，用于接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，根据分析结果分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；还用于接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；
农业物联网执行器控制装置，用于对农业物联网执行器进行控制并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；
显示装置，用于实时显示预警信息和农业物联网执行器运行状态信息；
所述云平台服务器分别与环境数据采集装置、图像采集装置、农业物联网执行器控制装置及显示装置连接。
2.如权利要求1所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，所述环境数据采集装置采用环境传感器，包括空气温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳浓度传感器、氨气浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
3.如权利要求2所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，所述图像采集装置采用网络摄像机。
4.如权利要求3所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，所述云平台服务器设置有API数据接口。
5.如权利要求4所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，所述农业物联网执行器包括风机、卷帘机、喷灌机和湿帘机。
6.如权利要求1所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，还包括客户端，用于访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据。
7.如权利要求1所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用系统，其特征在于，还包括二维码打印装置，用于获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。
8.一种基于云平台的农业物联网综合应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用环境数据采集装置实时采集环境数据并将环境数据传输至云平台服务器；
B、利用图像采集装置实时采集农作物视频图像数据并将视频图像数据传输至云平台服务器；
C、利用云平台服务器接收环境数据采集装置采集的环境数据和图像采集装置采集的视频图像数据并进行存储和分析，判断环境数据和视频图像数据是否超过设定阈值；若环境数据和视频图像数据超过设定阈值，则分别向农业物联网执行器控制装置和显示装置输出控制信号和预警信息；若环境数据和视频图像数据没有超过设定阈值，则返回步骤A；
D、利用农业物联网执行器控制装置根据云平台服务器输出的控制信号对农业物联网执行器进行控制，并向云平台服务器反馈农业物联网执行器运行状态信息；
E、利用云平台服务器接收农业物联网执行器控制装置反馈的农业物联网执行器运行状态信息并传输至显示装置；
F、利用显示装置接收云平台服务器输出的预警信息和农业物联网执行器运行状态信息并进行显示。
9.如权利要求8所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法，其特征在于，还包括利用客户端访问云平台服务器并查询云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据。
10.如权利要求9所述的一种基于云平台的农业物联网综合应用方法，其特征在于，还包括二维码打印装置获取云平台服务器存储的环境数据和视频图像数据并打印成二维码。
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