1、基于大数据决策的智慧农业自动控制系统 基于大数据决策的智慧农业自动控制系统基于大数据决策的智慧农业自动控制系统 智慧农业感知层 分布式传感器网络数据采集系统 智慧农业数据处理层 嵌入式的控制器 智慧农业的网络层 无线传输系统 基于大数据的智慧农业决策系统 智慧农业的各种智能终端 智慧灌溉系统信息流程图 智慧农业自动控制系统组成部分感知系统（传感器若干局域网）数据处理系统（嵌入式 ARM11）（处理协议）分布式数据管理平台（包括决策 数据库信息系统）无线传输系统（GPRS ZIGBEE MESH（五跳）网络）MIS+互联网+组态网软件+PLC+APP智慧农业智能控制终端（灌溉 补光 除湿 加温
2、内遮阳 外遮阳）智慧农业灌溉分类（喷灌 滴管 渗灌）风向、风速传感器 （建立户外的气象站）气温、雨雪天气显示、空气的PM指数 光照传感器 压力传感器 二氧化碳传感器 土壤温湿度传感器 大气温湿度传感器 土壤化学元素的含量（N P K 微量元素 PH值 ）水泵控制器开关（潜水泵 变频离心泵等）传感器网络数据采集系统(可组成若干局域网)智慧农业传感器数据采集类型智慧农业传感器数据采集类型雨量传感器风向传感器室外温湿度传感器二氧化碳传感器风速传感器土壤温湿度传感器土壤盐分传感器 将传感器采集的数据按照一定的协议进行打包处理，通过RS485接口传输到上位机服务器，即MIS管理系统；MIS管理系统 将传
3、输到上位机的信息按照一定的协议进行解析处理；构建与解析字段名一致的数据库表单，建立数据库文档；对数据库数据借助于Bayesian统计推断模型进行处理，得到智慧农业参数的上限和下限阈值；（求助于农业专家）对数据库进行添加、删除、查询、搜索、更新、合并以及拆分等操作，并建立决策和信息管理系统；网页显示系统以及网页+组态网控制系统（西安邮电大学的创新点）该网页能分别显示数据库实时信息，土壤温湿度、光照信息、大气温湿度、气压、风向、风速以空气的PM指数，实时的视频监控信息，而且能看到24小时之内个参数的最大值，最小值与平均值。网址地址：221.7.27.86:8083 嵌入式数据处理系统 智慧农业网页
4、显示系统&组态王+PLC控制系统网页智慧农业的登录界面智慧农业的登录界面视频监控界面组态网软件+PLC 网页界面的显示内容 办公自动化（OA）（审批流程、办公流程、信息发布、权限的设置）智慧农业各参数的实时数据信息显示以及历史查询 动态视频的实时监控与历史视频的查询（病虫害）蔬菜植物以及果树的追溯系统 组态网软件 将组态网软件与网页进行链接，实现互联网对智慧农业的电气设备的自动控制 组态网软件的界面 基于组态网软件的数据库测试图程序 智慧农业无线传输系统输无线传输系统 ZIGBEE 手机控制系统（SIM）TD-SCDMA GPRS+WiFi 信息管理系统将处理的指令借助于无线传输系统广播到基于
5、 PLC的电气设备控制中心，从而对电磁阀、内遮阳、外遮阳、鼓风机、补光灯、水泵以及营养液的自动控制。电气控制系统 借助于西门子的PLC，实现对电气设备的自动控制以及手动控制。智慧农业网络版的自动控制系统 对温室大棚内的内的环境因子进行多点多参数的采集，采用无线的方式进行数据的采集可以解决上述问题。本设计采用ZigBee的无线通信技术避免上述问题。ZigBee技术就是一种短距离、低复杂度、低功耗、与低传输速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域。ZigBee短距离无线通信技术 MESH网络的拓扑图 无线Mesh网络是一种与传统的无线网络完全不同的网络，它由若干个具有路由功
6、能的基站和若干个含网关功能的基站组成。在该Mesh网络中，每个基站作为Mesh路由器，不但可以提供终端接入的功能，而且充当中继站的功能，将相邻的节点的数据转发到网关，即使网络中一个节点掉电或者消失，都不会影响整个网络之间的通信。另外，它提供了与现有通信网络之间集成的灵活性和机动性，每个基站同时集成2G/3G/WLAN/4G无线接入技术，以提供语音和高速数据业务，而且可以在骨干网络中灵活部署各种宽带无线技术。通过采用无线Mesh网络，使得整个系统的效率可以得到显著的提高。基于MESH网络的智慧农业控制系统 MESH自组织网络拓扑图 网络拓扑结构图基于大数据基于大数据决策决策的智慧农业的智慧农业自
7、动控制系统自动控制系统感知系统 分布式传感器网络数据采集系统基于Bayesian Statistics Inference 机器学习 以及ADMM算法的大数据决策系统+专家的建议根据决策系统得到数据深挖掘信息：（1）农业+花卉 种植的面积 施肥的种类以及配料比例（2）苗木+休闲娱乐（3）林业+牧场（4）果业+创意体验设计（5）大田+创意景观设置（6）生态走廊+田园=美丽乡村（7）河流水资源+自动化施肥大数据处理决策方法大数据处理决策方法考虑本地区的K各分部的混合，设感知层提供的数据的概率密度函数为其中以上数据感知层得到的数据 即各种指标的含量添加缺损参数，对该地区农业状况进行信息进行深度的挖掘
8、基于添加数据的决策信息nixpxfjikjji,1,1,2exp2,221-jjjjipxx00,11jkjjpp基于大数据基于大数据决策步骤方法决策步骤方法感知层的大数据分析（学习建模）基于Bayesian Statistics Inference多元统计学模型数据处理计算变点问题各指标的相关性分析（集中农业专家 林业专家）（1）主成分分析 （2）主成分的统计推断 （3）正交因子模型判别分析聚类分析建立线性模型（多组重复测量数据 无交互效应）建立线性模型（多组重复测量数据 有交互效应）大数据决策信息分类大数据决策信息分类该地区宏观农业布局规划该地区作物种植类别的合理优化该地区的施肥优化决策建
9、议该地区施肥设施的优化配置该地区水资源 施肥设施 施肥种类的配给协调方案 该地施肥 水资源 农业 果业 畜牧业以及养殖业合理配给方案该地区生态风险的评估该地区经济效益提升建议 即结合生态文明效益 社会效益进行以智慧生态农业为中心的绿色产业链的培育，即构建生态农业 旅游观光 休憩与一体的和谐生态文明城市基于大数据决策的智慧农业软件系统 微创公司智慧农业展示整体平面布局图微创公司智慧农业展示整体平面布局图内容框架内容框架 智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业喷灌、滴灌系统 智慧农业环境监测系统智慧农业环境监测系统 智慧农业图像视频采集系统智慧农业图像视频采集系统 智慧农业大棚基础建设方案智慧农业大棚基础
10、建设方案 智慧农业综合展示系统智慧农业综合展示系统智慧农业大棚灌溉系统组成示意图智慧农业大棚灌溉系统组成示意图智慧农业土壤温湿度检测与喷灌、滴灌智慧农业土壤温湿度检测与喷灌、滴灌在大棚生产中，我们将滴灌系统与自行走式喷灌、微喷灌三种方案相结合的方案，通过土壤温湿度传感器监测到土壤墒情，当土壤湿度低于临界值时，阀门打开，自动灌溉；当土壤湿度达到饱和值时，灌溉设备自动关断。低温季节采用滴灌系统进行灌溉，高温干燥季节结合自行走式喷灌系统、微喷灌进行降温加湿、调节温室气候。相比传统大水满贯的方式，节约用水用电量达60%以上，节能降耗。自动滴灌、喷灌系统可实现如下功能：远程电脑、手机自动控制开关；高温喷
11、灌、低温滴灌模式自动切换；定时自动灌溉模式；手动人工灌溉模式；水肥施肥；定点、定量自动灌溉；用水量自动控制；智慧阳光大棚的应用背景分析智慧阳光大棚的应用背景分析大棚自行走式喷灌大棚滴灌阀门自动控制大棚微喷灌目目 录录 智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业喷灌、滴灌系统 智慧农业环境监测系统智慧农业环境监测系统 智慧农业图像视频采集系统智慧农业图像视频采集系统 智慧农业大棚基础建设方案智慧农业大棚基础建设方案 智慧农业综合展示方案智慧农业综合展示方案智慧农业环境监测站功能智慧农业环境监测站功能在阳光大棚内需要部署的传感器数据采集站包括：大棚室外气象站，采集室外的气象环境；大棚室内环境监测，监测大棚内温
12、湿度、CO2浓度等；土壤环境传感器，监测植物土壤环境。我们采用移动式传感器监测站，来监测大棚内外的环境数据，包括下面的八种传感器土壤环境传感器组大棚环境监测站目目 录录 智慧农业棚喷灌、滴灌系统智慧农业棚喷灌、滴灌系统 智慧农业环境监测系统智慧农业环境监测系统 智慧农业图像视频采集系统智慧农业图像视频采集系统 智慧农业大棚基础建设方案智慧农业大棚基础建设方案 智慧农业综合展示方案智慧农业综合展示方案智慧农业环境监测结果展示智慧农业环境监测结果展示电子屏幕环境参数显示屏应用软件后台WEB界面智慧农业图像视频监测功能智慧农业图像视频监测功能视频监控界面叶面病虫害抓拍图片通过监控设备实时的查看大棚内
13、的状况，部署设备包括：移动病虫害监测站；视频监控系统。减少了人工田间劳作的强度，有效的实现了远程的管理。无线病虫害移动监测站无线病虫害移动监测站病虫害移动监测站主要功能全方位拍照功能(数码200万像素)：远程查看果树树叶病虫害图像远程查看果树树干病虫害图像远程查看果园诱虫板捕获图像远程查看果园近距离其他图像Wi-Fi无线数据远传功能CPEAP 通过CPE无线数据终端将相机、传感器等的数据定时的发送到Wi-Fi无线AP基站。基站通过光纤网络将数据传送到数据服务器上处理。移动基站式数据采集 太阳能供电，无线远程通信，可方便移动的小基站式果园果树数据综合采集站，外观精简，使用可靠。低功耗，高稳定性
14、相机和传感器等都采用低功耗选型，配合休眠模式（即休眠模式的低功耗设计，工作时主动唤醒基站）。无线病虫害移动监测站无线病虫害移动监测站病虫害移动监测站主要功能全方位拍照功能(数码200万像素)：远程查看果树树叶病虫害图像远程查看果树树干病虫害图像远程查看果园诱虫板捕获图像远程查看果园近距离其他图像Wi-Fi无线数据远传功能CPEAP 通过CPE无线数据终端将相机、传感器等的数据定时的发送到Wi-Fi无线AP基站。基站通过光纤网络将数据传送到数据服务器上处理。移动基站式数据采集 太阳能供电，无线远程通信，可方便移动的小基站式果园果树数据综合采集站，外观精简，使用可靠。低功耗，高稳定性 相机和传感器
15、等都采用低功耗选型，配合休眠模式（即休眠模式的低功耗设计，工作时主动唤醒基站）。智慧农业系统平台展示功能智慧农业系统平台展示功能智能阳光大棚综合软件平台在体系结构上支持C/S结构（客户/服务器模式）和B/S结构（浏览器/服务器模式）。我们提供的展示手段包括：使用PC远程WEB端访问 使用Andriod智能手机在线操作 现场大屏幕LCD液晶电视展示监控画面；现场大屏幕LED显示屏显示传感器参数；LED灯状态显示各种设备工作状况 展板、标牌等展示说明多平台支持系统真正降低了农业对水资源、电能等的过度消耗，节水节电达70%以上，减少了化肥过量使用对土壤造成的污染，实现了远程农业环境监测和设备控制，达
16、到了绿色、低耗能、智能化的农业作业目标。阳光大棚方案及功能阳光大棚方案及功能双层阳光板温室大棚 PC材质 具有特殊防滴雾、防紫外线功能 具有采光好、保暖、轻便、强度高、防结露、抗冲击、阻燃、经济耐用等诸多优点，使用寿命长，外形美观漂亮，保温效果好，冬季可节省加热能耗。可定制尺寸和外观，为展示提供理想场所 阳光板温室与配套设备如加热系统（热风机加热或水暖加热）、遮阳幕系统、CO2补充系统、补光系统及喷灌、滴灌和施肥系统、计算机综合控制系统、通风、通信系统等结合，能为用户提供理想种植环境。智慧农业远程视频监控及病虫害监控界面智慧农业远程视频监控及病虫害监控界面远程视频监控画面采用触摸屏Andrio
17、d手机客户端界面远程病虫害抓拍图片目目 录录 智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业喷灌、滴灌系统 智慧农业环境监测系统智慧农业环境监测系统 智慧农业图像视频采集系统智慧农业图像视频采集系统 智慧农业大棚基础建设方案智慧农业大棚基础建设方案 智慧农业综合展示方案智慧农业综合展示方案土壤温湿度监测界面智能阳光大棚智能阳光大棚WEB应用平台软件界面应用平台软件界面温湿度监测界面视频监测实时画面自动滴灌喷灌控制界面系统配置界面专家决策系统界面智慧农业展示界面智慧农业展示界面l 通过LCD液晶电视显示监控画面、远程控制等，实现动态高清显示l 通过LED双基色显示屏显示大棚内的环境参数等信息l 通过手机远程访问
18、用户界面智慧农业展示界面 智慧农业大数据的分析（基于优化的ADMM算法）基于云计算的网络控制拓扑图 农业数据具有容量大、关联性强、复杂多变等特点。包含种植、养殖、农业科技、农业装备、气象、土地、水利、农资、病虫害防治、生态环境、市场、食品安全、农产品加工等诸多环节。生物作为农业生产过程主体的特质，导致农业自身的区域化、多样化、差异化以及动态性、复杂性，农业生产时刻面临着不断产生的大量的结构化和非结构化数据的获取、挖掘、存贮、处理与应用的问题。大数据技术能从庞大的数据集合中寻找、挖掘有价值的数据和知识。推动大数据技术在农业领域的实践和应用，把握农业信息内在联系和规律,将对推动智慧农业的发展发挥重大的作用。智慧农业的ADMM算法：（西安邮电大学开发）目目 录录 智慧农业喷灌、滴灌系统智慧农业喷灌、滴灌系统 智慧农业环境监测系统智慧农业环境监测系统 智慧农业图像视频监测系统智慧农业图像视频监测系统 智慧农业大棚基础建设方案智慧农业大棚基础建设方案 智慧农业综合展示方案智慧农业综合展示方案 案例：在新疆伊犁以及西安邮电大学成功实施 案例：新疆伊犁手机APP监控示范工程示范工程示范工程示范工程谢谢各位专家！
