物联网技术在现代农业中的推广

物联网技术在现代农业中的推广 物联网的产业及政策背景 物联网技术应用现状 农业物联网及成功案例 物联网平台 提纲 第 2页 8月 7日，温家宝总理在无锡就 “感知中国 ”的谈话，掀起了传感网的巨大浪潮。 10月 27日，工信部部长李毅中在 科技日报 撰文提出，启动 ”传感网络 “的研发应用，并将其上升到 ”战略性新兴产业 “的高度。 11月 3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表 “让科技引领中国可持续发展 ”的文章，指出：要着力突破传感网、物联网关键技术。 12月 27日，温家宝总理在接受新华社记者采访时，再次把物联网提到 ”占领新型产业的制高点， 决定国家未来 “的高度。 3月 5日，温家宝工作报告首次提及物联网：特别指出要大力培育战略性新兴产业。要加快物联网的研发应用。 4月 9日，工业和信息化部部长李毅中出席 2010年经贸形势报告会时表示，要大力发展 3G、物联网等新兴产业，同时，也要提高警惕， 不能受制于人 。 政策大事记 第 3页 10月 8日， 无锡 向国务院申建 ”国家传感网创新示范区 “，总面积达 20平方公里 11月 17日， 福建省 黄小晶省长要求即刻成立福建省物联网协调小组及办公室。 1月 2日， 上海市 商务委连发两项通知，表示将从 2010年起实施物联网建设体系，政府出资带动，提升上海现代物流业的服务升级。 1月 7日， 广东省 常务副省长黄龙云表示，建立传感网打造 ”智慧广东 “。 1月 12日， 北京市 市长郭金龙指出，发展物联网技术，提高首都信息化应用水平。 1月 28日， 山东省 政府工作报告首次提及加快物联网和云计算的研究。 4月 1日， 江苏省 物联网产业发展规划纲要（ 20092012年） 出台。 6月 10日，全国首家实体运作 物联网工程学院 在江南大学挂牌成立。江苏省委常委、市委书记杨卫泽为学院揭牌。 7月 28日， 2010年 安徽省 农村物联网高峰论坛暨安徽省新农村物联网工程技术研究中心成立 政府大事记 第 4页 利用信息化 和工业化技术感知中国 战略性新兴产业 物联网时代的国家安全 物联网关键词 第 5页 PAN 个人 WAN LAN 全球 市区 /近郊 园区 /楼宇 /办公室 从私域网到广域网 第 6页 物联网的产业及政策背景 物联网技术及应用现状 农业物联网及成功案例 物联网平台 提纲 第 7页 摘自易观国际 WSN技术原理 第 8页 30-100美元（模块） 成本相对较高 覆盖广、质量好 大范围语音和数据传输应用 无线通信 约 20美元 高功耗、协议开销大、 需要接入点 使用现有网络、高速率、组网灵活（前向、后向兼容） Web/Email/Video等相关应用 WiFi（ 802.11b) 50美分左右 缺少安全性规范和完 善的标准 可靠、电源和成本优势、 组网方便 家庭、楼宇自动化以及监控类应 用 ZigBee 5-50美分 无处理能力，单向 成本低、无功耗 物流、军事、防伪等多种行业 无源 RFID 低于 5美元 以移动电话为中心， 每网最多 8个节点 应用较多、成本较低且 方便使用 替代有线： 遥感勘测、移动电子商务、数字电子设备、工业控制、智能化建筑、家庭和办公自动化、电子商务、无线公文包、军事 蓝牙 节点成本 缺点 优点 主要应用 主要技术 无线传输技术 摘自某研究报告 *zigbee实际的售价在 100元以上 第 9页 传感器的技术评估 功耗 : 准确性 0点漂移 标定 可靠性 结构和环境影响 成本 个性化 第 10页 网关 应用 业务平台 传感器网 IP网络 远距离 传输网 ITU-T NGN CEN Smart Metering ISO/IEC JTC1 UWSN CENELEC Smart metering OASIS W3C IPSO IPV6 hareware and protocol；s ZCL ZigBee Alliance ZB Applicattion Profiles IETF 6LowPAN Phy-Mac Over IPV6 IETF ROLL Routing over Low Power Lossy Networks OMA GSMA SCAG, ETSI M2M TC 3GPP SA1,SA3, , ESMIG Metering EPCGLobal GS1 HGI Home Gateway Initiative Utilities Metering WOSA KNX W-Mbus IEEE 802.15.4 信息来源： ETSI M2M TC 整体框架 ITU-T SG13 USN网络的需求和架构设计 ETSI M2M TC M2M需求和功能架构 ISO/IEC JTC1 SC6 SGSN SN研究报告 WSN/RFID IEEE802.15 低速近距离无线通信技术标准 IETF 6LoWPAN ROLL 基于 IEEE802.15.4的 IPv6，低功耗有损网络路由 EPCGlobal GS1 RFID标识和解析 EPC Global召开了有关ONS(Object Name Service) 的路由和命名问题的讨论 智能电网 /计量 电信网 FCC：美国智能电网标准 IEEE： P2030：智能电网 Guide 802.15.4g：智能电网近距离无线标准 CEN/CENELEC/ETSI 欧洲智能计量标准 3GPP SA1/SA2/RAN2 M2M优化需求 网络和无线接入的 M2M优化技术 GSMA SCAG：智能 SIM卡 OMA DM WSN标准： IEEE 802.15 该组织致力于无线个人网 (WPAN)网络底层协议标准制定，其分表的 IEEE Std 802.15.4-2006 详细定义了 PHY 和 MAC 层实现的各种机制，在最近的 IEEE Std 802.15.4-2009c 中添加了对中国 WPAN 频段支持 (314316 MHz, 430434 MHz, and 779787 MHz bands)以及 O-QPSK 调制的支持。 ZigBee Alliance Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 标准建立的针对 WPAN 的整套协议栈。 IEEE 802.15.4 标准与 ZigBee Alliance 的关系相当于 IEEE 802.11 标准与 WIFI Alliance的关系。基于 ZigBee 的 RF 芯片在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以的通信效率非常高，广泛应用于工业场景。 WSN标准： 第 12页 IETF 6LoWPAN 该工作组的任务是定义在如何利用 IEEE 802.15.4 链路支持基于 IPv6的通信的同时，遵守开放标准以及保证与其他 IP 设备的互操作性。该协议中使用了 IP 报头压缩技术，将庞大的 128 位 IPv6 源或目的地址压缩或删除，同时在 MAC 与 IP 层之间使用适配层，使得 1280 比特的 IPv6 的 MTU 能够在 127 字节的 MAC frame 上传输。 IPSO Alliance 该联盟为各大 IT 厂商结合产物，致力于推动 IP 协议在智能物体上的普及。 ZigBee 标准 ZigBee 协议栈底层是基于 IEEE 802.15.4 2003 的 PHY 层和 MAC 层机制构成，而上层包括应用层，网络层和安全服务层。 WSN标准： 第 13页 EPC (EPC C1G2被接受为 ISO18000-6C) ISO （ ISO18000-6B） UID 读写速度 信息位数 应用领域 频段 技术差异 采用的组织和企业 研发机构 标准化组织 组织结构 地区 美国 欧洲 欧洲为主 日本 EPC Global ISO Ubiquitous ID Center 芯片：美国国防部，德州仪器， Intel；识别器： Symbol；软件： IBM，微软。目前欧洲也开始参与研发。 芯片： STMicroelectronics， Philips；识别器： Nokia， Checkpoint；软件： SAP 日立 ULSI牵头， NEC、东芝 、富士通等国内企业。 也有少数外国厂商，如微软，三星等参与 。 美国军方， FDA和 SSA等政府机构，沃尔玛，保洁，吉列，强生， 100多家欧美流通企业均为 EPC成员。 大型零售商，如德国 METRO，英国Tesco。 NEC(RFID手机 )， Sankei，Shogakukan(产品 跟踪 )。 T-Engine Forum的 475家企业将会采用 (大部分为日本企业 ) 902MHz-928MHz (UHF频段 ) 13.56MHz (智能卡 ) 860MHz-950MHz 2.45GHz (ISO标准 ) 13.56MHz (智能卡 ) 40kbps 640kbps 最多同时读写 1000个标签 40kbps 同时读写数十个标签 250kbps EPC C1G1: 64 96位 EPC C1G2: 96 256位 64位 128位，可扩展至 512位 车辆管理、生产线自动化控制、物资跟踪、出入境人员管理。 关卡、码头作业和 RFID标签数量不大的区域。 电子支付、物流、服装、 印刷等，在物流等非制造领域使用较为广泛。 RFID标准对比： 第 14页 Connectware ConnectPort Gateway Database Remote Application Router/Bridge Wireless Adapter Embedded Wireless 需要无线射频和嵌入式设计 Python可编程需求 系统基本需求 远程集中化管理需求 WSN商用系统 摘自 Digi Intranet 管理 计费 安全性 第 15页 公共事业 /服务 交通运输 个人用户 批发零售 工业 /制造业 商业 /服务业 农业 开采 /建筑 金融 定位 /跟踪/导航 安全 /监控 移动支付及管理 自动化和远程管理 计量 /检测 远程医疗 重点应用 WSN应用情况 摘自某研究报告 第 16页 单位：百万元 同方软件 综合平台 亚太安讯 GPS及网络视频安全监控系统 新大陆 二维码行业应用、电子回执、烟草物流信息化管理 远望谷 ATIS铁道部车号自动识别系统、烟草、军事行业、RFID产品 航天信息 防伪税控系统、IC卡、系统集成业务 厦门信达 光电业务和电子标签 国内的 WSN应用情况 摘自某研究报告 第 17页 物联网的产业及政策背景 物联网技术及应用现状 农业物联网及成功案例 物联网平台 提纲 第 18页 农业的精细化要求： 喜温植物不能长期忍受 5度以下的低温， 10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等 耐热蔬菜生长温度要求在 20至 30度，要求昼夜温差不低于 10度 第 19页 农业背景和发展现状（一） 国内现有温室的种植方式：粗放型种植，根据农民祖辈相传的经验 国外倡导的精细化农业种植：不仅节约成本，还能保证果蔬可以在最适宜的环境下生长，实现增产增收 以西红柿种植为例：根据我们和以色列同行的交流，以色列采用精细化种植的西红柿可以实现亩产 50吨，而北京平谷东高村的农户，亩产仅在 7吨左右。 以种猪养殖为例：公猪交配期的温度高于 29度，交配时间将延长一个月 实现精细化农业的前提是环境数据的精细化控制，这必然要求农户购买环境监测设备 第 20页 农业背景和发展现状（二） 以温室为例：全国共有温室 250万公顷，大型连栋温室 2000公顷（根据北京农技推广中心主任的数据） 以示范园为例：全国共有 5000个大型示范基地 以养殖场为例：仅北京周边有 2万个养猪基地（根据北京客户首农集团经理数据） 第 21页 农业市场容量分析 农作物的生长环境主要依靠感官经验，而不是精确、可靠的量化数据，成功的种植经验不容易被总结和复制 完全依赖人工控制种植过程，无法对过程进行监督和控制，尤其以科研机构和大型种植基地为例，温室的种植往往是聘请农民工，由于缺乏有效的信息化手段，使得难于对他们工作的质量进行控制。 在科研基地、示范基地、观光农业，存在用户需要远程了解温室环境的需求，对于此类需求，必须通过信息化的手段来满足。 第 22页 农业信息化存在的问题 WSN在农业的应用前景 农业是 WSN技术成熟的试金石： 低成本： 15003000 低功耗：长期使用 远程：农场地处偏僻 可靠性：室外暴晒、高湿大棚、酸碱环境 易用性：“会用手机就能操作” 第 23页 Key Laboratory of Modern Precision Agriculture System Integration, Ministry of Education 农业物联网关键技术发展趋势预测 多通道采集器和控制器通过 GPRS直接和远端服务器相连，实现和远端数据的双向通讯。采集器和控制器之间也可功过移动网关直接通讯，控制器直接根据采集节点发送的环境参数控制现场设备的开启和关闭。 第 25页 农业科研领域解决方案 产品实施前，大棚采用的是有线监测方案，布线成本高，安装调试成本高；且维护困难，在生产中很容易把线碰断，不便于移动；重新设置监测点后，需要重新布线。 “农用通”的采集设备采用无线方式采集，采用太阳能板供电，无需布线，可在任何条件的大棚、温室内安装。采集设备收纳方便、轻巧便携。 第 26页 实施前后对比 农业科研领域成功案例 2014/11/4 27 现场图片 : 通过 Zigbee的方式组建局部私域网，连接本地的采集节点和控制节点；然后通过智能网桥的 GPRS连接功能，实现和广域网的互联互通。 第 29页 种植型客户解决方案 种植型客户成功案例 蘑菇养殖 第 30页 种植型客户成功案例 蘑菇养殖 第 31页 通过 3G