CN214623733U

CN214623733U - 一种基于bim的农业大棚设施设备综合管控系统

Info

Publication number: CN214623733U
Application number: CN202120474195.9U
Authority: CN
Inventors: 陶怡; 刘杰; 于谦; 杨会甲; 王飞; 田�健; 范营营
Original assignee: Xi'an Aerospace Automation Co ltd
Current assignee: Xi'an Aerospace Automation Co ltd
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2031-03-05

Abstract

本申请提供一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，包括传感器设备，用于采集影响植物生产的关键参数数据；节点设备，用于对关键参数数据进行预处理和传输；网关设备，用于对关键参数数据进行通讯协议转换并传输；VPN路由器，用于接收通讯协议转换后的关键参数数据并通过VPN专网在广域网传播、发布；BIM信息管控平台，用于建立BIM模型；BIM服务器，用于存储BIM模型信息；BIM工作站，用于对BIM模型信息进行操作；显示器，用于显示BIM模型信息。本申请将BIM运维管理技术应用在农业大棚综合管控方面，在BIM三维可视化环境下，对硬件进行整合并综合管控，能够提升农业大棚及各项设备的标准化管控水平。

Description

一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统

技术领域

本申请涉及BIM技术领域，尤其涉及一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统。

背景技术

作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网在农业上的引用和推广已经成为现代农业的发展趋势。虽然物联网在农业领域已经初步得到了使用，但是仍然满足不了农业信息化发展的需求，农业产业的信息化整体水平仍然较低。

现有农业管控系统主要以二维信息及电子表格形式对大棚及设备进行粗放管控，缺乏以三维为基础框架的可视化及精准、精细智能管控技术，并且农业大面积栽培种植区域土地利用率低、人力物力浪费严重，数据共享性不高；另外，现有农业管控系统对农业大棚设施设备的监测与控制以人工方式为主，缺乏有效的综合整体管控手段和措施，受人为因素和环境因素影响大，难以实现标准化、高品质、大规模的农作物种植。

实用新型内容

本申请提供了一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，以解决现有技术中存在的缺乏以三维为基础框架的可视化及精准、精细智能管控技术，以及缺乏有效的综合整体管控手段和措施，受人为因素和环境因素影响大，难以实现标准化、高品质、大规模的农作物种植的问题。

本申请提供一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，包括：

传感器设备，设置在感知层，用于采集影响植物生产的关键参数数据；

节点设备，设置在通信与网络传输层，且与所述传感器设备连接，用于对所述关键参数数据进行预处理和传输；

网关设备，设置在通信与网络传输层，与所述节点设备连接，用于对所述关键参数数据进行通讯协议转换并传输；

VPN路由器，与所述网关设备连接，用于接收通讯协议转换后的关键参数数据并通过VPN专网在广域网传播、发布；

BIM信息管控平台，设置在应用服务层，与所述VPN路由器连接，用于根据VPN路由器传输的关键参数数据和BIM软件，建立BIM模型；

BIM服务器，设置在应用服务层，用于存储BIM模型信息；

BIM工作站，设置在应用服务层，用于对所述BIM模型信息进行操作；

显示器，设置在应用服务层，用于显示所述BIM模型信息。

在本申请的较佳实施例中，所述BIM信息管控平台基于three.js三维显示框架在BS网页端搭建，用于模拟展示BIM模型，其中，所述BS网页端可在三维可视化环境下对所述BIM模型的实时数据进行展示和管控，所述BS网页端还包括报警模块、信息推送模块以及智能决策模块。

在本申请的较佳实施例中，所述BIM模型主要包括大棚BIM模型、水肥一体机BIM模型、泵BIM模型以及电磁阀BIM模型，其中，所述大棚BIM模型中包含大棚的几何信息，所述水肥一体机BIM模型中包含水肥一体机的设备信息，所述泵BIM模型中包含泵的设备信息，所述电磁阀BIM模型中包含电磁阀的设备信息。

在本申请的较佳实施例中，所述水肥一体机、泵以及所述电磁阀均通过网关设备反馈的信号进行开关控制。

在本申请的较佳实施例中，所述传感器设备通过有线网络连接节点设备，所述节点设备通过LoRa 433M无线收发模块将所述关键参数数据传输至所述网关设备，所述网关设备通过GPRS 4G无线网络将所述通讯协议转换后的关键参数数据传输至所述VPN路由器。

上述技术方案中，所述节点设备和网关设备均具有8通道RFID工业读写器性能，还均具有多路DI输入和多路DO输出核心模块，并且均支持TCP/IP、UDP/IP、COAP协议，网络通信采用LoRa 433M通信或GPRS 4G通信方式实现信息链接，另外，节点设备还可控制与其关联的传感器设备。

在本申请的较佳实施例中，所述传感器设备主要包括土壤温湿度传感器、电导率三合一传感器、土壤PH值传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、叶面温度传感器、果实膨大传感器以及植物秆传感器。

本申请的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，相较于现有技术而言，具有以下有益效果：

本申请将BIM运维管理技术应用在农业大棚综合管控方面，并且基于BIM技术搭建的农业大棚设施设备综合管控系统，能够将各个硬件设备进行整合，即通过将硬件设备的几何信息和非几何信息以及信号均进行信息数字化，在BIM三维可视化环境下，通过对传感器设备、节点设备、网关设备、BIM服务器、BIM工作站以及显示器采用专网连接并进行综合管控，能够提升农业大棚和大棚中所种植的植物以及各项设备的实时、精准、精细、标准化管控水平，从而实现高效、可视化、标准化的智能农业。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统的整体结构示意框图；

图2为本实施例中BIM信息管控平台的结构示意框图；

图3为本实施例中部分设备的平面分布位置示意图；

图4为本实施例中BIM模型的动态数据展示效果图；

附图标记说明：

其中，1-传感器设备，101-土壤温湿度传感器，102-空气温湿度传感器，103-光照传感器；2-节点设备；3-网关设备；4-VPN路由器；5-BIM信息管控平台；6-BIM服务器；7-BIM工作站；8-显示器；9-电磁阀；10-水肥一体机；11-泵；12-水源；13-管道；14-肥料桶；15-大棚；16-植物。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，还可以是电连接或通信连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

本申请中使用的术语“模块”，是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件或/和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。

BIM技术最大的特色在于BIM模型内所携带的大量基本信息和三维可视化。利用BIM模型中存储的基本信息，以及监测点的布置、传感器类型、相关参数设定等内容，通过网络实现信息数据的交互及共享。将传感器实时采集到的工程相关数据信息存储到数据库中，用户可以根据相关信息进行位置定位，并实时查询，同时可以更新相关数据，实现数据共享。将监测到的数据与系统预先设置的阈值比较判断，如果超过设定的安全值，系统将会触发调用历史数据，并进行相应的健康诊断和安全评估。

实施例

参见图1，为本申请一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统的整体结构示意框图。

如图1所示，本申请提供的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，包括：

传感器设备1，设置在感知层，用于采集影响植物生产的关键参数数据；

节点设备2，设置在通信与网络传输层，且与所述传感器设备1连接，用于对所述关键参数数据进行预处理和传输；

网关设备3，设置在通信与网络传输层，与所述节点设备2连接，用于对所述关键参数数据进行通讯协议转换并传输；

VPN路由器4，与所述网关设备3连接，用于接收通讯协议转换后的关键参数数据并通过VPN专网在广域网传播、发布；

BIM信息管控平台5，设置在应用服务层，与所述VPN路由器4连接，用于根据VPN路由器4传输的关键参数数据和BIM软件，建立BIM模型；

BIM服务器6，设置在应用服务层，用于存储BIM模型信息；

BIM工作站7，设置在应用服务层，用于对所述BIM模型信息进行操作；

显示器8，设置在应用服务层，用于显示所述BIM模型信息。

在本实施例中，进一步地，所述传感器设备1主要包括土壤温湿度传感器101、电导率三合一传感器、土壤PH值传感器、空气温湿度传感器102、光照传感器103、二氧化碳传感器、叶面温度传感器、果实膨大传感器以及植物秆传感器，上述各个传感器分别相应地采集温度数据、湿度数据、土壤肥力数据及二氧化碳数据等，以获取到土壤、空气、植物表面的各种参数，具体的各个传感器在图1中未示出，图3也仅示出部分传感器的位置，其余传感器位置可根据实际采集的相关数据设置在相应的位置；所述网关设备3分别与水肥一体机10、泵11以及电磁阀9连接，且网关设备3通过反馈信号控制水肥一体机10、泵11以及电磁阀9的开关；所述VPN路由器4通过50M的VPN专网在广域网传播、发布所述通讯协议转换后的关键参数数据，从而使得不同空间地域能够及时进行信息共享。

在本实施例中，进一步地，所述传感器设备1通过有线网络连接节点设备2，所述节点设备2通过LoRa 433M无线收发模块(图中未示出)将所述关键参数数据传输至所述网关设备3，所述网关设备3通过GPRS 4G无线网络将所述通讯协议转换后的关键参数数据传输至所述VPN路由器4。

上述技术方案中，所述节点设备2和网关设备3均具有8通道RFID工业读写器性能，还均具有多路DI输入和多路DO输出核心模块，并且均支持TCP/IP、UDP/IP、COAP协议，网络通信采用LoRa 433M通信或GPRS 4G通信方式实现信息链接，另外，节点设备2还可控制与其关联的传感器设备1。

如图2所示，在本实施例中，所述BIM模型主要包括大棚BIM模型、水肥一体机BIM模型、泵BIM模型以及电磁阀BIM模型，其中，所述大棚BIM模型中包含大棚15的几何信息，几何信息包括大棚15的长、宽、高、管道13及管径信息等；所述水肥一体机BIM模型中包含水肥一体机10的设备信息，所述泵BIM模型中包含泵11的设备信息，所述电磁阀BIM模型中包含电磁阀9的设备信息，上述机电设备信息均为非几何信息，非几何信息包括上述机电设备的材质、生产商、生产日期、产地、维保日期及注意事项等，即在本实施例中，BIM模型上的各个设备模型分别对应与现场分布位置和物理特性保持一致的各个设备。

如图2所示，在本实施例中，所述BIM信息管控平台5基于three.js三维显示框架在BS网页端(图2中未标注)搭建，用于模拟展示BIM模型，其中，所述BS网页端(图2中未标注)可在三维可视化环境下对所述BIM模型的实时数据进行展示和管控，所述BS网页端(图2中未标注)还包括报警模块、信息推送模块以及智能决策模块，采用本身亲的技术方案，在BIM信息管控平台5上得到的BIM模型的动态数据展示结果如图4所示，通过动态数据显示，可以实时可视化监测大棚15内的各个设备、环境及植物16生长的所有数据信息，并做出相应的管控措施，从而使得对大棚15的管控更加精细、精准，另外，图4仅为说明本申请技术方案的展示结果，示出的部分仅为BIM信息管控平台5监控的部分图，并不表示整个展示界面。

如图3所示，水源12与泵组通过管道13进行连接，泵组主要由装有传感器的电磁阀9和装有传感器的泵11组成，肥料桶14与可自动化控制的水肥一体机10通过管道13进行连接，在BIM信息管控平台5的整体控制下，对大棚15内的植物16进行水肥浇灌的管控，在100㎡/个，且在大棚15的进风口和出风口分别设置4对土壤温湿度传感器101和空气温湿度传感器102及光照传感器103；节点设备2和网关设备3均为低功耗设备，设置在100㎡/个，且在大棚15地理位置中部设置1个节点设备2和1个网关设备3，进行数据处理和传输。

需要说明的是，在本实施例中，图3中各个设备的分布位置为本申请技术方案中各个设备的最佳分布位置，其余分布位置可根据实际情况由本领域技术人员进行选择，但也属于本申请技术方案的保护范围，另外，图3仅为示意图，各个形状仅为了说明本申请各个设备的分布位置，并不表示该设备实际的形状。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，其特征在于，包括：

BIM服务器，设置在应用服务层，用于存储BIM模型信息；

显示器，设置在应用服务层，用于显示所述BIM模型信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，其特征在于，所述BIM模型主要包括大棚BIM模型、水肥一体机BIM模型、泵BIM模型以及电磁阀BIM模型，其中，所述大棚BIM模型中包含大棚的几何信息，所述水肥一体机BIM模型中包含水肥一体机的设备信息，所述泵BIM模型中包含泵的设备信息，所述电磁阀BIM模型中包含电磁阀的设备信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，其特征在于，所述水肥一体机、泵以及所述电磁阀均通过网关设备反馈的信号进行开关控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，其特征在于，所述传感器设备通过有线网络连接节点设备，所述节点设备通过LoRa 433M无线收发模块将所述关键参数数据传输至所述网关设备，所述网关设备通过GPRS 4G无线网络将所述通讯协议转换后的关键参数数据传输至所述VPN路由器。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的农业大棚设施设备综合管控系统，其特征在于，所述传感器设备主要包括土壤温湿度传感器、电导率三合一传感器、土壤PH值传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、叶面温度传感器、果实膨大传感器以及植物秆传感器。