农业物联网与农产品质量安全

,农业物联网与农产品质量安全,闫晓明 研究员/所长安徽省农业科学院农产品加工研究所合肥市农科南路40号，230031Tel: Fax:mail: ,提 纲,一、农业物联网的基本概念 二、农业物联网对农产品质量安全的作用 三、安徽省农业物联网建设计划,基本认识,物联网被世界公认为继计算机、互联网、移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。 以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。 在这背后，则是在物体上植入各种微型芯片，用这些传感器获取物理世界的各种信息，再通过局部的无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网路交互传递，从而实现对世界的感知。,一农业物联网的基本概念,传统农业：浇水、施肥、打药 凭经验、靠感觉。 农业物联网：生产、加工、物流、交易、消费 信息化改造、提升，远程控制、监管、交易。 提高农业生产管理效率 保障农产品的品质 保护农业环境 实现农业可持续性发展。,2.农业物联网服务与管理,基础软硬件设施：（又称“设施云”） 主要由实现多源数据存储、管理、计算的物理设备组成， 因此需要选择合适的建设地点，建设中心机房以及集中管理的硬件设备资源池 设施云负责把服务器、存储设备、网络交换设备等物理硬件基础设施虚拟化，作为服务提供给用户。,三大系统：实施云、平台云、应用云,农业数据与应用支撑平台：（又称“平台云”） 是位于设施云之上的基础软件平台，平台云负责提供通用服务以及这些服务运行环境。 平台云主要是用于实现上下层数据交换功能的数据交换平台，通常包括车辆、货物和人员定位功能的地理信息平台以及感知设备和云服务应用终端的管理平台等。 数据库系统是平台云的核心内容，通过分布式数据库系统实现农业生产、农业标准、动物疫情、病虫草害、土壤、气象、水情、农民远程教育等数据的集中管理、分类存储和分级共享，是整个平台的数据源。,农业应用系统：“应用云” 主要实现平台的具体业务功能，可以为省内农业企业、农业主管部门、消费者等最终用户提供软件服务。 应用云将各种农业应用软件系统统一部署在服务器上，用户只需拥有能够接入互联网的服务终端，即可随时随地使用软件服务。 农业应用系统可以包含原有的安徽农业信息网站群、“12316”公益服务热线、各专业网站和安徽农村手机报等农业信息发布平台，并根据新的应用需求，整合新开发的农产品质量安全追溯、农作物“四情”监测调度、农业生产基地管理、农技服务与专家诊断等农业应用系统。,生产 作物生产：土壤理化参数、水、肥、保、苗 设施农业: 生物环境控制与管理信息系统 养殖生产: 个性化生理、健康、喂养监测管理农产品与食品 产地环境、产品储存、物流、营销农业装备 服务作业调度、工况监控、远程诊断服务,3.物联网技术可以在农业上的应用领域,精准农业生产,精确农业物联网监测系统,精准农业的数字化管理系统,物联网感应的智能农业灌溉系统,精确农业物联网监测系统,建立无线网络监控平台。结合农业领域专用系列传感器对农产品生长环境中的温湿度、PH值、光照以及土壤养分等数据进行采集和传输。,温度、化学等多种传感器对农产品的生长过程全程监控和数据化管理；结合RFID电子标签在培育、生产、质检、运输等过程中，进行可识别的实时数据存储和管理，实现农业生产的标准化、网络化、数字化。,精准农业的数字化管理系统,采用高精度土壤温湿度传感器，依据土壤墒情和作物用水次第施行精准灌溉 有效处置农业灌溉用水，为作物提供了优良的生长环境 充分发挥现有节水配备的作用，优化调度，提高效益，使灌溉愈加科学、简约，提高维护水平。,物联网感应的智能农业灌溉系统,二、农业物联网对农产品质量安全监管的作用,随着农业物联网的发展，可以实现无论是大到一头牛，小到一粒米，都将拥有自己的身份，人们可以随时随地通过网络了解它们的产地、生长状况等一切信息，实现农产品质量安全信息的互联。,农产品质量安全信息平台,（1）生产用地管理，记录水、气、土等环境监测数据。传感器可以采集农田环境信息，包括温度、光照、土壤pH和水分等； （2）农户管理； （3）生产资料管理，对生产过程中涉及到的生产资料，包括种子、化肥、农药进行管理和全程监控，从源头上有效避免产品出现农残超标等问题； （4）生产过程跟踪监控，通过对生产过程中的施肥、浇水、除虫等工作进行跟踪和监控； （5）农产品检测,1.生产管理,在初级农产品出货出口中，用读写器将所包含农产品的生产地、农产品批号和序列号等信息写入标签，在农产品的运输单元贴上记载该单元农产品的RFID电子标签， 进而将其他信息（如成分）、产地环境、生产投入、化肥农药使用情况、质量、生产日期、金属残留等信息输入农产品质量安全平台数据库。 各地系统保持和农产品中心数据库的通信，及时进行数据的统计、分析和更新。 任何人如果希望得到关于农产品的质量信息，都可以通过该农产品的编码来查询。,支持消费者通过电话、超市查询机、物联网等多种方式，来对自己所购买的产品进行查询。 通过条形码或者产品的编码，使消费者能了解到产品的的多种信息。 超市查询系统：通过各地在大中型超市设立支持RFID技术的查询机，使消费者在购买的时候能随时查询。 电话查询系统：消费者通过拨打特服号码查询到产品的最新信息。 网络查询系统：建立查询网站和查询系统，通过网站管理系统，及时将最新的农产品抽检信息加入系统，使消费者能够得到最新的产品信息。,2.溯源查询,以农业企业档案数据为基础，通过电子标签技术记载畜产品整个生产加工过程的信息，实现畜产品质量安全的电子化管理。,农产品质量安全追溯 （以猪的养殖为例）,生猪的生存环境比较恶劣，RFID标签具有耐高温、抗污染能力强、识读方便、数据存储量大及安全性高等特点，因此，将RFID技术应用于猪肉供应链，能很好地对生猪的饲养、运输、屠宰、销售等环节进行跟踪追溯，进而保证其质量安全。 建立基于RFID技术的猪肉供应链可追溯系统，可通过各环节间的信息共享与相互监控来达到对猪肉质量的安全控制，即当猪肉RFID标签中的信息与前方信息完全一致时，信息录用人员才会将本系统中的信息同时输入RFID标签和数据中心，确保卫生部门也能及时准确掌握各子系统输入的信息，这样即可有效防治供应链中可能出现RFID标签信息被人为修改的状况，有效地保障猪肉的质量安全。,饲养环节示意图,猪肉的生产饲养环节是猪肉供应链质量保证的关键，通过监控养殖场生产记录就可以了解到生猪从出生到出栏的所有信息，进而从源头杜绝猪肉质量问题的出现。 在此子系统中饲养员利用手持设备及时地向安于生猪身上的RFID标签输入它们的饲料、免疫、检疫等方面的信息并将这些信息传送给数据中心。 在此子系统中需要重点控制如下内容： （1）RFID标签及输入数据中心的信息中应包括饲料中有害物质、限量物质等的检测信息，从源头保障猪肉的质量； （2）RFID标签及输入数据中心的信息中应包括生猪的疾病治疗及其用药情况，当饲养人员误选了国家规定的禁药时及时发出警报； （3）RFID标签必须是一次性安装的标签，拆下来则不可以再次使用，只有这样才可以避免某些养殖场将病猪、死猪身上标签换到养殖场外的生猪身上，保证生猪质量。,猪肉屠宰加工销售示意图,在猪肉供应链的加工环节，RFID的使用使得商品猪肉的追溯更加透明化。 屠宰场的管理人员将RFID标签中的信息与后台系统信息进行比对后，若完全一致，则可进行屠宰；若出现信息不符等问题，系统就会进行自动报警。 此系统控制的关键在于生猪屠宰后在RFID标签上添加屠宰成的编号、屠宰批号等标识信息时要使屠宰批号与养殖场提供的生猪出栏批号相对应，只有这样建立起猪肉与生猪的关联，才能很好地完成屠宰加工环节信息的可追溯性。一旦出现问题，能够根据屠宰批号迅速找到问题原因所在，明确责任人。,卫生部门子系统监管着其余各子系统的数据中心，卫生部门能够方便地查询到猪肉生产、加工、运输到销售等环节的全部信息，实现对猪肉供应链的安全监控。卫生部门的监管在很大程度上能够实现对整个供应链的猪肉质量的监控与管理，及时发现猪肉供应链中出现的问题，保障消费者的权利。 由于猪肉供应链各环节信息都被传到数据中心并相互关联印证，这样就形成了完整的猪肉信息链。通过猪肉的标识信息，就可以对猪肉的整个流动状况进行追踪与追溯。一旦发现猪肉的安全问题，就能够很快找到问题的源头，明确责任方并采用相应措施来解决出现的安全问题。,卫生部门实时监管,农产品质量安全信息平台需要建立一个后台信息处理数据库，这个数据库和各生产、加工厂家、农产品仓库、以及卫生部门监控点进行实时通信。中心数据库具备监控、背询、统计和计划等功能.还要记录各级检测机构对农产品的监督检测结果，为农产品在市场流通提供指导. 在生产与供应各环节中，读写器获得农产品的数据后，应用软件将信息更新储存于相应环节的本地数据库，将需要共享的信息通过物联网进行传输，更新相应的农产品信息存储站点的数据库。生产者、管理者和消费者可以根据不同的权限去访问、背询共享这个质量监督检测信息数据库和各个环节的本地数据库，以便为对农产品的生产和管理做出合理的决策。,3.建立农产品质量安全信息数据库,农业技术推广服务平台,农业技术推广物联网服务包括个性化农技知识精准推送系统与视频远程培训教育系统两部分。,三安徽省农业物联网建设计划（讨论稿）,个性化农技知识精准推送系统： 通过各种信息传输手段(计算机、手机等) 为种植大户、合作社等提供大田作物(如小麦、玉米、水稻等)的品种推荐、栽培技术、精准施肥、精准施药、病虫害诊断的个性化服务；为精细养殖户提供养殖技术、远程诊断、疫情监控个性化服务；为现代大棚作物(如西瓜、辣椒等)种植户提供茬口安排和栽培、大棚环境监测和管理以及大棚施肥施药技术服务等个性化精准信息服务。,。视频远程培训教育系统： 是针对我省农村信息化基础设施比较薄弱，教育资源访问渠道缺乏和教育培训与服务需求表达困难等瓶颈问题，立足农民家庭已有的基础设备：电视和电话， 以海量流媒体资源聚合、跨媒体可视检索、带宽自适应流媒体服务、低成本环境感知流媒体终端等关键技术为支撑，构建的支持大规模、低成本、双向互动的个性化农民远程教育培训服务流媒体系统。,通过先进的信息技术，监测、干预和调控， 作物的关键影响因素如：空气的温湿度、土壤温度、光照等。 引导作物的高效成长。 构建作物物联网生产管理平台为生产者和管理者实时监测作物成长状况和环境状况，实现科学管理作物生长。,2.农作物精准生产物联网平台,农业灌溉自动化系统,田间气候自动观测仪,3.畜牧精细养殖服务平台,针对畜禽水产精细化养殖，应用传感器、视频监控、数据存储、检索技术， 实现畜禽水产养殖环境的实时监控与养殖管理，为养殖大户、农业企业提供畜牧家禽养殖环境与水产养殖水域环境远程监控、疫情监控、疾病远程诊断等服务， 解决目前养殖管理粗放、养殖能耗高、疫情防控能力低、肉质品质安全等问题， 为我省现代化养殖服务体系实现农业生产可持续发展及农民增产增收提供技术支撑,采用分布式智能数据采集与控制系统，实现生猪生长环境温度、湿度、光照和有害气体浓度等环境参数实时监测，并通过自动调节通风、湿帘、照明，改善养殖环境。 监视系统应用移动摄像技术和远程传输技术，进行全方位、多要素进行监视、监听，视频信息可通过3G、互联网等方式远程传输。 全场测控信息通过控制网络传至监控计算机，进行存储、显示、分析、输出，管理者能实时监控生产现场。 另外，针对畜牧生产引起的环境污染问题，研究新型化学生物感知技术，研制用于畜牧生产过程中含氮排泄物和温室气体等环境污染物监测的一系列传感检测器件，通过技术集成，建立实时、快速、智能化的畜禽养殖环境污染物的物联网监测系统，为畜牧生产提供技术支撑。,（1）精细化养殖监测系统,规模化生猪精细养殖,畜牧疫情监控与疾病远程诊断系统采用高清晰度数字视频压缩技术以国际互联网（Internet）和局域网（Intranet）为平台，实现数字远程实时监控畜牧疫情与疾病的会诊。系统分为视频采集与处理、专家远程诊断、视频管理与决策支持三大子系统。 视频采集与处理子系统：采用实时并行处理技术，实现1-16路的实时压缩处理为远程诊断提供可靠画面。,（2）畜牧疫情监控与疾病远程诊断系统,专家远程诊断子系统：养殖场出现紧急疫情后，诊断中心用户登录系统，诊断中心大屏幕实时远程现场视频画面，专家诊断从现场传回的画面进行会诊，同时调出该养殖场内发生疫情的养殖点动物基础档案决策分析系统及时给出会诊方案，并通过远程视频管理与决策支持子系统反馈给养殖场用户。,远程视频管理与决策支持子系统主要功能包括：养殖场棚舍管理、养殖场配种妊娠管理、养殖场饲料管理、养殖场健康管理、养殖场决策分析等功能。其次通过远程诊断中心强化下面各级监控点信息化管理。包括以下功能：养殖场基础设置、养殖场物资管理、养殖场日常业务管理、养殖场与远程中心交流管理。,畜牧疫情监控与疾病远程诊断系统应用框架,基于农业物联网技术的开展水产精细化养殖应用示范，以实现水产养殖水域里的水质、饵料供给、溶氧、温度、PH和盐度等环境因子远程监控为主要需求，利用农业物联网技术，建设水产精细化养殖应用示范，实现以下目标：1）在养殖水域内部署精细水产养殖监控设施，实现养殖水域内各种水产生长水域环境信息的精确监控。2）基于物联网技术的专家系统根据采集到的各类数据信息，结合各种水产的生长环境要求，给出专业的智能化分析，给出对水域水质动态调整的建议,（3）水产精细化养殖,针对我省农业设施条件简陋、栽培管理粗放而造成的低产、劣质、污染和亏损以及劳动效率低、单位面积效益不高、人力、物力和能源等现状， 以传感技术、无限通信技术、计算机网络技术、农业资源数据技术等物联网技术为支撑，构建设施农业物联网生产管理技术平台， 为广大合作社、种植大户、设施农业企业等用户，指定智能化精准化的科学生产管理作业方案，设施农业科学的智能化精准作业方案， 以合理利用资源，提高产品质量和效益，改善农产品品质，从而提升产业水平和产品的市场竞争力，增加农民收入。,4.设施农业果蔬栽培服务平台,温室智能监控系统由主控计算机、采集控制器、网络转接器、传感器、室外气象站、视频采集设备等组合。一台主控计算机可以连接多个控制器，采集控制器连接各种传感器和控制设备，形成单独的采集控制单元。各个采集控制单元连接在网络上，以独立的形式和主控计算机通信，可以通过有线及Internet方式对本系统进行远程控制，调控温度、光照、通二氧化碳供给，营养液供给等。,温室智能监控系统,视频采集病虫害样品，通过与网络病虫害数据库比对，得出诊断方案。研发简历安徽设施农业主要病虫害图文库，应用专业系统的方法，进行农业病虫草害可视化智能诊断。,构建农产品加工物联网服务平台，方便开展农产品加工感知与平台建设等共性关键技术攻关，通过农产品生产加工基地的示范应用，为农产品加工技术应用推广提供物联网技术解决方案，并实现加工农产品的质量安全监督。,5.农产品加工服务平台,自动分级技术：将计算机视觉和图像识别技术用于农产品的品质自动识别和分级方面，如种蛋、谷粒表面裂纹检测；梨、苹果等农产品表面缺陷和损伤的检测。根据大小、形状和颜色对黄瓜、大豆和茶叶等果蔬进行自动分级，从而实现农产品加工过程的自动远程控制。,（1）农产品加工服务平台关键技术,茶叶色选机,大米色选机,豆类色选机,色选机工作原理,仓储环境智能监控和产品质量实时监测技术。传感器设备可以监测仓储的温度、湿度、气调比例等数据，如果传感器上报的参数超标，系统将出现报警，并自动控制相关设备进行智能调节。通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡。,专家支持服务和HACCP体系支持服务。 通过传感器和数据采集与传输设备将农产品原料信息、加工环境信息和加工操作视频等传递到互联网上，专家可以通过上传数据对生产的实际情况进行初步判断，并通过平台与农民进行实际工作的互动交流，对农产品加工的实际操作进行实时指导。 专家在对农产品生产加工进行实时指导的同时，建立起HACCP体系，对农产品加工工艺中危害进行分析，确定其中的关键控制点和关键限值。再将该系统服务于农产品质量控制过程，实现农产品加工关键技术与服务系统的相辅相成。,由集成应用电子标签技术、条码、传感器网络技术、移动通信网