基于5G和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺_陳菁.pdf

黨 的十九大報告指出 農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題是關(guān) 系國計民生的根本性問題 必須始終把解決 好 三農(nóng) 問題作為全黨工作重中之重 中共中 央國務(wù)院關(guān)于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好 三農(nóng) 工作的若干意見 強調(diào) 發(fā)展壯大鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè) 拓寬 農(nóng)民增收渠道 需要實施數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略 深入推進 互聯(lián)網(wǎng) 農(nóng)業(yè) 擴大農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用 當(dāng)前 我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)存在以下不足 一是科技 含量低 環(huán)境控制能力低 栽培管理主要靠經(jīng)驗 與數(shù)量化和指標(biāo)化生產(chǎn)管理的要求相差甚遠 二是 設(shè)施水平低 農(nóng)業(yè)機械的配套水平不高 機械化作 業(yè)水平低 生產(chǎn)仍以人力為主 勞動強度大 三是 管理水平低 我國還沒有建立起與市場相適應(yīng)的運 行管理機制 仍然以經(jīng)驗的和粗放的管理手段為主 政府為改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)存在的問題 出臺了支 持農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的相關(guān)政策 例如 2021年8 月出臺的 廣東省推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 十四五 規(guī)劃 提出 廣東省將建設(shè)農(nóng)業(yè)人工智能裝備研究 中心 打造 10 個粵港澳大灣區(qū)無人農(nóng)場 建設(shè) 5G 智慧農(nóng)業(yè)試驗區(qū) 科創(chuàng)園 5G 物聯(lián)網(wǎng) 大數(shù)據(jù) 為智慧農(nóng)業(yè)賦能 針對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面臨的不足 5G與物聯(lián)網(wǎng) 云計算 大數(shù)據(jù)等新技術(shù)深度融合 構(gòu)建基于 5G 和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺 可以 為智慧農(nóng)場 智慧農(nóng)機 智慧林業(yè) 智慧畜牧 智慧漁場 5G 聯(lián)網(wǎng)無人機噴灑農(nóng)藥 遠程農(nóng)業(yè) 直播 數(shù)字鄉(xiāng)村等智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)應(yīng)用場景賦能 平臺通過 5G 和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時獲取農(nóng)業(yè)各層面 數(shù)據(jù) 利用邊緣云的近端實時計算能力和中心 云強大的計算和存儲服務(wù)性能 可對農(nóng)作物海 量數(shù)據(jù)進行分析處理 從而挖掘出有用的信息 在微服務(wù)架構(gòu)下 開發(fā)者對智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管 理平臺的各個功能進行模塊化處理 實現(xiàn)云平 臺統(tǒng)一管控 后臺基于邊緣云平臺與現(xiàn)場終端 設(shè)備采集的數(shù)據(jù) 能有效進行農(nóng)事信息分析處 理和農(nóng)業(yè)管理決策 為農(nóng)業(yè)園區(qū)提供相應(yīng)的 AI 能力和定制化的管理服務(wù) 農(nóng)場主在農(nóng)作物現(xiàn)場部署多個不同類型的 傳感器 可采集農(nóng)作物生長過程 種植土壤等 數(shù)據(jù) 利用 5G 切片和物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到近端 移動邊緣計算 MEC 云平臺 可實現(xiàn)近端計算 和存儲 從而提高遠程控制農(nóng)機設(shè)備的實時性 并緩解網(wǎng)絡(luò)壓力 防止海量數(shù)據(jù)在網(wǎng)上傳輸造 成擁塞 將多個農(nóng)業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)部署于中心云 上 由中心云集中分析計算存儲 可實現(xiàn)農(nóng)業(yè) 大數(shù)據(jù)管理 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示 基于 5G 和物聯(lián)網(wǎng)的 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺 文 陳 菁 劉靖永 錢 煒 目前 我國農(nóng)業(yè)正處在數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展階段 對智慧農(nóng)業(yè)的需 求日趨迫切 5G與物聯(lián)網(wǎng) 云計算 大數(shù)據(jù)深度融合 能有效為 智慧農(nóng)業(yè)平臺提供基礎(chǔ) 通過5G和物聯(lián)網(wǎng)實時獲取農(nóng)業(yè)各個層面 信息 利用云服務(wù)分布計算存儲性能對數(shù)據(jù)分析處理 可提升大數(shù) 據(jù)平臺應(yīng)用價值 為農(nóng)業(yè)園區(qū)提供相應(yīng)的 AI 能力和定制化管理服務(wù) 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化 null 張江科技評論 2022 1 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺通過對農(nóng)業(yè)園區(qū) 5G 視 頻監(jiān)控 農(nóng)田微環(huán)境監(jiān)測 農(nóng)作物生理監(jiān)測 可滿足 農(nóng)作物生長信息和數(shù)字平臺同步 從而實時管控農(nóng)作 物的生長 5G 網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)業(yè)監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還可實 現(xiàn)智能預(yù)警 農(nóng)作物品質(zhì)管控 輸出分析報告等功能 能幫助用戶隨時隨地掌握農(nóng)作物生長狀況 環(huán)境變化 趨勢和病蟲害智能識別與預(yù)警 5G 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理 平臺對溫室內(nèi)光照 溫度 濕度 二氧化碳含量和土 壤溫濕度進行智能化實時監(jiān)測 并對采集數(shù)據(jù)進行分 析處理 可對溫室的風(fēng)機 加濕器 補光系統(tǒng) 水泵 等自動化設(shè)備進行控制 從而實現(xiàn)整個溫室的智能化 自動控制 并能根據(jù)作物生長環(huán)境信息智能化提供特 定的營養(yǎng)補充 保證農(nóng)作物良好的生長環(huán)境 使農(nóng)業(yè) 園區(qū)無人化及自動化 降低人力成本 提高效率 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺架構(gòu) 智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺可結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的實 際生產(chǎn)情況 以 5G 網(wǎng)絡(luò) 云計算 物聯(lián)網(wǎng) 大數(shù)據(jù) 為技術(shù)支撐 能有效采集視頻監(jiān)控 天氣監(jiān)測 水氧 含量 酸堿度 重金屬含量等信息 進行數(shù)據(jù)的匯集 和分析處理 提供智慧農(nóng)業(yè)的服務(wù) 平臺整體架構(gòu)包 括設(shè)備層 網(wǎng)絡(luò)層 平臺層和應(yīng)用層 設(shè)備層是網(wǎng)絡(luò)層中農(nóng)業(yè)傳感器等終端連接或訪 問的部分 5G 網(wǎng)絡(luò)接入層利用無線接入技術(shù)作為傳 輸基礎(chǔ) 通過 5G 轉(zhuǎn) Wi Fi 或者窄帶物聯(lián)網(wǎng) NB IoT 的方式實現(xiàn)與無線終端連接 提供大帶寬 廣域覆蓋 高可靠性 超低延時的網(wǎng)絡(luò)連接 網(wǎng)絡(luò)層提供高速帶寬 超高吞吐量 超低延時 超高可靠性的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)等 保障設(shè)備連接的 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 主要涉及 5G 和物聯(lián)網(wǎng) 平臺層從應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺架構(gòu)進行建設(shè) 包含 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)服務(wù) 農(nóng)產(chǎn)品推廣運營平臺 農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠有效整合應(yīng)急管理系統(tǒng) 監(jiān)測數(shù)據(jù)分 析 標(biāo)準(zhǔn)化種植 農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)等 為數(shù)據(jù)平臺 提供有效的 AI 分析 AI 決策 AI 預(yù)測等 進而為電 商平臺 銷售產(chǎn)業(yè)鏈等提供更好的服務(wù) 應(yīng)用層從頂層應(yīng)用服務(wù)出發(fā) 具體為農(nóng)業(yè)的各 種服務(wù)應(yīng)用 為農(nóng)戶 農(nóng)產(chǎn)品電商等提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù) 如環(huán)境監(jiān)測預(yù)警 標(biāo)準(zhǔn)化種植 視頻監(jiān)控 安全溯源 病蟲害監(jiān)測預(yù)警 水肥一體化管理等 基于 5G 物聯(lián)網(wǎng) 大數(shù)據(jù) 的 智慧農(nóng)業(yè)平臺應(yīng)用系統(tǒng) 智慧農(nóng)業(yè)平臺應(yīng)用系統(tǒng)包括產(chǎn)業(yè)園標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn) 管理子系統(tǒng) 農(nóng)作物 5G 視頻監(jiān)控子系統(tǒng) 農(nóng)田微環(huán) 境監(jiān)測子系統(tǒng) 農(nóng)作物生理監(jiān)測子系統(tǒng) 展示中心智 能溫室控制子系統(tǒng) 農(nóng)作物病蟲害智能識別子系統(tǒng) 農(nóng)作物質(zhì)量安全溯源管理子系統(tǒng)等 產(chǎn)業(yè)園標(biāo)準(zhǔn)化種植子系統(tǒng) 產(chǎn)業(yè)園標(biāo)準(zhǔn)化種植子系統(tǒng)可通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器 和 5G 網(wǎng)絡(luò) 對農(nóng)業(yè)生態(tài)中的各關(guān)鍵因子 如溫度 濕度 光照 土壤含水量等進行數(shù)據(jù)采集 監(jiān)測和管理 根據(jù)這些參數(shù) 中心云平臺借助人工智能和大數(shù)據(jù) 進行綜合大數(shù)據(jù)建模 構(gòu)建知識圖譜等 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生 圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?視野 探索 DISCOVERYVISION null 張江科技評論 2022 1 態(tài)的數(shù)據(jù)化 網(wǎng)絡(luò)化 智能化 幫助農(nóng)資人和企業(yè)實 現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化種植 農(nóng)作物5G視頻監(jiān)控子系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)園區(qū)地廣 監(jiān)控覆蓋范圍較大 較偏遠區(qū) 域的視頻監(jiān)控可以結(jié)合 5G 高帶寬 低延時的技術(shù)特 點 采用 5G 無線傳輸技術(shù) 通過 5G 通信模塊連接前 端攝像頭 實現(xiàn)視頻監(jiān)控快速布設(shè) 實時回傳視頻信 號 用戶只需要通過手機或者電腦就可以對農(nóng)作物產(chǎn) 業(yè)園的情況進行遠程查看 管理人員可以做到遠程輕 松監(jiān)控 管理作業(yè)生產(chǎn) 此外 系統(tǒng)利用視頻圖像和 防盜周界電子圍欄可對人員非法闖入進行預(yù)警 支持 農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測 農(nóng)作物生長情況監(jiān)測等 與病蟲 害 災(zāi)情等系統(tǒng)聯(lián)動結(jié)合 對突發(fā)或蟲害情況進行預(yù) 警 農(nóng)田微環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng) 農(nóng)田微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由墑情傳感器 災(zāi)情攝像 機 蟲情測報燈 農(nóng)作物生理生態(tài)監(jiān)測儀以及預(yù)警預(yù) 報系統(tǒng) 信息管理平臺組成 各級用戶通過 5G 訪問 該系統(tǒng) 對每個監(jiān)測點的病蟲狀況 農(nóng)作物生長情況 災(zāi)害情況等農(nóng)作物生長過程重要參數(shù)進行實時監(jiān)測 管理 該子系統(tǒng)聯(lián)動農(nóng)作物標(biāo)準(zhǔn)化管理知識 災(zāi)害指 標(biāo) 蟲害圖庫等模塊 對農(nóng)作物實時遠程監(jiān)測與診斷 提供智能化 自動化管理決策 是農(nóng)戶的 千里眼 和 聽診器 農(nóng)作物生理監(jiān)測子系統(tǒng) 該農(nóng)作物生理監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測部分 采集部分 傳輸部分組成 對農(nóng)作物生理指標(biāo)的實時監(jiān)測可通過 5G 傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺形成農(nóng)作物生理軸線圖 為數(shù)據(jù) 分析提供參考 該系統(tǒng)可以根據(jù)客戶的需要添加或減 少傳感器 可長期監(jiān)測農(nóng)作物生理變化 使農(nóng)作物 說 出自己真實需求 從而實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境 的高效優(yōu)化管理 為提高果實品質(zhì)增加科學(xué)管理環(huán)節(jié) 智能溫室控制子系統(tǒng) 該系統(tǒng)可實現(xiàn)對溫室內(nèi)光照 溫度 濕度 二 氧化碳含量和土壤溫濕度實時監(jiān)測 通過 LED 大屏幕 顯示出來 系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進行分析處理 可對溫室 中的風(fēng)機 加濕器 補光系統(tǒng) 水泵等自動化設(shè)備進 行實時控制 以最低能耗打造農(nóng)作物最佳生長環(huán)境 用戶通過手機 App 可以實時查看環(huán)境信息 環(huán)境信息 預(yù)警 影像視頻 各類參數(shù)設(shè)置 并對設(shè)備進行遠程 控制 農(nóng)作物病蟲害智能識別子系統(tǒng) 針對農(nóng)作物病蟲害生態(tài)防控需求 利用遠程拍 照式巡航無人機 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 手機 App 拍照 識別等方式 5G 病蟲害識別模型 智能決策系統(tǒng)可 通過終端設(shè)備提取圖像數(shù)據(jù) 基于 5G 將數(shù)據(jù)自動上 傳至 MEC 邊緣云或中心云服務(wù)器 該系統(tǒng)通過云端圖 像信息庫及 AI 分析功能 實時分析田間農(nóng)作物的病 蟲害情況 自動診斷識別病蟲害 聯(lián)動病蟲害知識 庫及專家系統(tǒng)可實現(xiàn)專家遠程咨詢診斷 對病蟲害 災(zāi)害進行預(yù)防 對種植進行科學(xué)的農(nóng)技指導(dǎo) 農(nóng)作物質(zhì)量安全溯源管理子系統(tǒng) 質(zhì)量安全溯源管理子系統(tǒng)對種植生產(chǎn)過程進行 信息記錄 規(guī)范產(chǎn)業(yè)園生產(chǎn)種植行為 提高生產(chǎn)者和 管理者的質(zhì)量安全意識 完成對生產(chǎn)作業(yè)計劃 生產(chǎn) 農(nóng)事作業(yè) 投入品等的全過程追溯管理 聯(lián)網(wǎng)農(nóng)場 是農(nóng)業(yè)的未來 物聯(lián)網(wǎng)思維正在 改變著日常的農(nóng)業(yè)實踐 5G 和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有助 于增加整個農(nóng)業(yè)價值鏈的營業(yè)收入 因而已經(jīng)成為 農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向 利用 5G 和物聯(lián)網(wǎng)提供的實 時數(shù)據(jù) 農(nóng)場主可以隨時隨地獲取其資產(chǎn)的最新信 息 包括農(nóng)作物 機械和市場等 當(dāng)前 隨著 5G 的發(fā)展和普及 網(wǎng)絡(luò)的智能程度和安全性在不斷提 高 農(nóng)業(yè)的未來在于5G NB IoT等無線連接 MEC 邊緣云平臺近端處理和中心云大數(shù)據(jù)平臺的 深度分析計算 應(yīng)用層各系統(tǒng)歸集各類農(nóng)機設(shè)備及 終端的海量數(shù)據(jù) 完成大數(shù)據(jù)收集 分析 匯總 呈現(xiàn) 最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)數(shù)字化 智能化水平 陳菁 就職于廣州航海學(xué)院 獲廣東省工程咨詢 一等獎 二等獎等多項榮譽獎項 具備豐富的行業(yè)應(yīng) 用和項目技術(shù)管理經(jīng)驗 劉靖永 博士 就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公 司廣州市分公司 主要研究方向為 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及行 業(yè)應(yīng)用 錢煒 就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣州市 分公司 有多年的行業(yè)應(yīng)用支撐工作經(jīng)驗 null 張江科技評論 2022 1