专利名称：基于m2m架构的农业大棚远程监测和智能控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及农业温室大棚的环境信息采集、分析和远程控制，用于设施农业温室 大棚的信息化建设及提供作物专家服务，属于农业大棚远程监测和智能控制系统极方法的 技术领域。
背景技术：
随着中央十七届三中全会将规模农业和设施农业列入重点扶持对象，以及国家在 近两年出台的一系列推进下一代互联网技术应用发展和电子信息产业振兴的激励政策，启 动和发展有关下一代互联网与现代农业科研、生产示范融合应用的时机已成熟。温室远程 控制是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的最先进的农业生产 设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆 脱传统农业对自然环境的高度依赖。智能化温室监测是我国在可持续发展战略指导下开辟 的农业新方向。
国际上传感网络技术在农业中的应用虽不普及，但在诸多国家有不乏应用的亮 点。目前农业方面的传感技术应用主要在一些高校和研究所的试验田，及个别珍稀种苗培 育基地，而且传感数据相对单一(比如只是对温度和湿度进行采集)，且对获取的数据还需 进行手工统计和分析，缺乏智能化的数据管理和分析平台，更未做到灾害预警和应对联动。 本发明则提出了建设集传感、存储、分析、联动与一体的智能农业系统的技术方法，才真正 解决农业现代化的需求，是目前国内外农业应用的发展趋势。发明内容
本发明的目的是为农业作业者提供对大棚内作物精确监测、科学管理的手段。本 发明致力于结合传感技术、网络技术和农业专家系统，创造远程监控和智能控制的集中平 台，提供农业科技的高效率工具。从作物产量角度来看，它通过科学种植，提高单位面积产 出值；从劳动力角度来看，它有助于实现温室大棚无人值守，以及农业科学通过专家系统实 现对生产的指导，克服农业科技工作者人手不足的缺陷。因此，本发明的使用和推广可以带 来很好的经济和社会效益。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统，包括信息传感模块、M2M 网络传输模块、业务监控模块、专家决策模块、远程控制模块和系统展示模块，其中信息传 感模块的输出端接M2M网络传输模块的信息输入端，M2M网络传输模块的信息输出端接业 务监控模块的输入端，专家决策模块和业务监控模块的输出端分别接系统展示模块的输入 端，专家决策模块和业务监控模块双向连接，专家决策模块的控制输出端接M2M网络传输 模块的控制输入端，M2M网络传输模块的控制输出端接远程控制模块的输入端。
基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统的控制方法，通过信息传感模 块获取农业大棚的环境参数和作物生长和繁殖情况，通过业务监控模块实现信息的存储、分析、告警，通过专家决策模块对棚内作物生产和繁殖情况进行建模、对接专家系统并输出 决策信息，通过远程控制模块实现对农业大棚环境参数的调节，通过M2M网络传输模块完 成信息传感模块与业务监控模块的连接，及专家决策模块和远程控制模块的连接，通过系 统展示模块实现基于互联网和系统在线展示和手机端的在线展示。
优选地，所述信息传感模块包括在农业大棚里部署监测棚内环境参数的传感器以 及摄像头，包括光照传感器、气体温度传感器、气体湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度 传感器和二氧化碳含量传感器，实现采集日射量、气温、地温、湿度及C02浓度等环境要素 的功能；部署视频摄像头来实现作物生产状态的采集。
优选地，所述M2M网络传输模块将信息传感模块将采集的实时数据以指定的周期 (周期数值可以设置为1秒到86400秒之内任意数值，默认设置为60秒)采集到数据采集器 (RTU)，数据采集器(RTU)将模拟电信号量转化成数字量，再通过基于CDMA EVDO制式的数 据通讯单元(DTU)接入互联网；把专家决策模块输出的控制指令进行IP封装，通过CDMA网 络发送到大棚内的远程控制模块。
优选地，所述业务监控模块储存和分析所采集的棚内环境参数数据和视频数据， 并提供通信管理、传感器管理、传感数据查询、阈值设置、报警联动、帐号管理和日志管理。
优选地，所述专家决策模块利用机器学习和模式识别等人工智能技术建立作物生 长控制和管理的辅助决策体系，自动识别、整理和记录温室大棚管理专家的种植规则，按照 这个规则输出决策结果，用以对调节大棚环境参数进行调节；系统设置直接采纳专家决策 模块的输出建议(自动模式)，或者参考专家决策模块的输出(半自动模式)形成控制指令， 通过M2M网络传输模块向远程的大棚发送。
优选地，所述远程控制模块根据控制指令，控制风机、天窗、遮阳布、外遮阳、水帘、 灌溉等设施的开启、关闭和运动；调节棚内摄像机的角度和焦距。
优选地，所述系统展示模块基于互联网，采用B/S架构，在网页上显示大棚内的实 时视频，显示大棚的告警信息，显示大棚核心环境参数的当前值和历史曲线，显示当日和三 天内的天气预报；基于WAP协议在手机上显示大棚当前的环境参数和告警信息，并加载环 境参数的历史曲线、可以加载大棚的实时视频，加载当日和三天内的天气预报。
本发明的优点1、规模性本发明的技术方法设计上，把个体生产和规模化生产相结合，充分利用互 联网和传感技术技术，在一个平台上支撑异地多个大棚的生产，从而既满足不同地区个体 农民生产的需要，又满足企业规模生产的需要。从而克服了普通温室大棚本地自动控制系 统的局限性。
2、科学性本发明引入了农业专家系统，对采集的数据进行智能运算和科学决策。 从而提升了生产的科学性，并有效解决农业科技下乡人力不足的局面，加快科技兴农。
3、便捷性本发明在系统展示方面提供互联网登录后查看的手段，及通过手机上 网查看并发布指令的手段，极大提高管理的及时性和便捷性。
4、先进性本发明中，系统不同模块的通信采用先进的M2M架构设计，并依托宽带 互联网和3G通信网来进行信息传输，符合未来物联网发展的技术趋势。
图1是本方法中各模块的流程示意图。
图2是M2M网络传输模块的结构拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案作进一步详细的说明如图1所示，本发明提供一种基于M2M架构的农业大棚远程信息采集和智能控制方法， 用于建设统一平台(系统)，以实现对多个农业温室大棚的远程监测和智能控制。其技术路 线是在温室大棚内部署多个环境参数的传感器以采集关键信息，通过M2M模式经互联网或 3G网络送到集中平台，集中平台内进行数据的存储、展示和分析，结合作物模型和专家系统 输出决策信息，并通过互联网或3G网络下发控制指令，达到远程控制调节温室环境参数的 目的。
下面，具体地介绍各模块功能或工作方法。
1、信息采集模块和远程控制模块部署在温室大棚内。信息采集模块的工作方法是 在大棚里部署传感器，采集到的日射量、气温、地温、湿度及C02浓度等环境要素；并部署视 频摄像头和视频编码器，采集棚区的实时视频流。远程控制模块的工作方法是根据接收到 的控制指令，通过PLC (可编程逻辑控制器)去触发温室大棚的风机、外遮阳、内遮阳、水帘、 侧窗等设施的开启、关闭，触发水车的前后移动和喷水，从而调节棚内温度、湿度、光照、土 壤的参数。
2、业务监控模块、专家决策模块、系统展示模块构成一个统一平台，拥有固定IP 地址，集中式部署在互联网上并托管于电信运营商的IDC机房。平台可以同时接入多个温 室大棚，通过不同的帐号管理设置来实现个性化服务。该平台具备下列功能(1)提供温度、湿度、光照、土壤湿度、土壤温度、二氧化碳含量等各种环境参数传感数 据查询。以光照传感数据查询为例，可以提供用户查询大棚内不同区域的若干光照传感器所 收集到的实时和历史数据。用户选择光照菜单系统会展示各区域内的实时光照数据，选择具 体区域，系统可以显示此区域内的光照历史数据。数据定时刷新一次，刷新频率可以设置。
(2)视频监控功能，提供用户查看大棚内若干区域的视频信息，用户可以选择查看 实时视频信息和历史视频信息。
(3)阀值设置功能。系统中具有相应权限的用户可以设置各环境参数的报警阀值 上下限。
(4)自动报警功能。系统自动根据各传感器收集到的数据和相应的闸值进行比对， 如果超出闸值范围，系统会自动报警，指出具体区域内的具体数据超标。
(5)系统管理模块。负责实时监控系统平台的关键服务和进程的运行状态，一旦出 现故障自行恢复，并发送告警信息给管理员。
(6)账户管理功能。用于提供各级用户的帐号管理和权限管理。
(7)认证服务模块采用主备方式保证系统的可靠性，主要负责用户的认证、设备 的认证，为运营提供支撑。
(8)日志管理功能。记录和管理各条日志信息。
(9)天气预报功能。显示大棚当地天气情况和三天内的天气预报，也可以查询历史天气情况。
3、M2M网络传输模块统一平台位于IDC机房，温室大棚的信息采集模块和远程 控制模块位于分布在远端各地的多个温室大棚，他们之间的通信遵循M2M (Machine to Machine)架构。传输通道采用互联网或者3G网络。在大棚内，各个传感器模块需要将采 集的实时数据以一定的周期采集到数据采集器RTU，RTU将模拟电信号量转化成数字量，再 通过数据通讯模块DTU发送入3G网络，或者通过网络总线转换电缆接入互联网(如图2所 示)。
权利要求
1.一种基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统，其特征在于包括信息传 感模块、M2M网络传输模块、业务监控模块、专家决策模块、远程控制模块和系统展示模块， 其中信息传感模块的输出端接M2M网络传输模块的信息输入端，M2M网络传输模块的信息 输出端接业务监控模块的输入端，专家决策模块和业务监控模块的输出端分别接系统展示 模块的输入端，专家决策模块和业务监控模块双向连接，专家决策模块的控制输出端接M2M 网络传输模块的控制输入端，M2M网络传输模块的控制输出端接远程控制模块的输入端。
2.一种如权利要求1所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统的控制 方法，其特征在于通过信息传感模块获取农业大棚的环境参数和作物生长和繁殖情况，通过业务监控模 块实现信息的存储、分析、告警，通过专家决策模块对棚内作物生产和繁殖情况进行建模、 对接专家系统并输出决策信息，通过远程控制模块实现对农业大棚环境参数的调节，通过 M2M网络传输模块完成信息传感模块与业务监控模块的连接，及专家决策模块和远程控制 模块的连接，通过系统展示模块实现基于互联网和系统在线展示和手机端的在线展示。
3.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法，其 特征在于所述信息传感模块包括在农业大棚里部署监测棚内环境参数的传感器以及摄像 头，包括光照传感器、气体温度传感器、气体湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器 和二氧化碳含量传感器，实现采集日射量、气温、地温、湿度及C02浓度等环境要素的功能； 部署视频摄像头来实现作物生产状态的采集。
4.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法， 其特征在于所述M2M网络传输模块将信息传感模块所采集的实时数据以指定的周期采集 到数据采集器(RTU)，数据采集器(RTU)将模拟电信号量转化成数字量，再通过基于CDMA EVDO制式的数据通讯单元(DTU)接入互联网；把专家决策模块输出的控制指令进行IP封 装，通过CDMA网络发送到大棚内的远程控制模块。
5.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法，其 特征在于所述业务监控模块储存和分析所采集的棚内环境参数数据和视频数据，并提供 通信管理、传感器管理、传感数据查询、阈值设置、报警联动、帐号管理和日志管理。
6.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法，其 特征在于所述专家决策模块利用机器学习和模式识别等人工智能技术建立作物生长控制 和管理的辅助决策体系，自动识别、整理和记录温室大棚管理专家的种植规则，按照这个规 则输出决策结果，用以对调节大棚环境参数进行调节；系统设置直接采纳专家决策模块的 输出建议(自动模式)，或者参考专家决策模块的输出(半自动模式)形成控制指令，通过M2M 网络传输模块向远程的大棚发送。
7.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法，其 特征在于所述远程控制模块根据控制指令，控制风机、天窗、遮阳布、外遮阳、水帘、灌溉等 设施的开启、关闭和运动；调节棚内摄像机的角度和焦距。
8.根据权利2要求所述的基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统方法， 其特征在于所述系统展示模块基于互联网，采用B/S架构，在网页上显示大棚内的实时视 频，显示大棚的告警信息，显示大棚核心环境参数的当前值和历史曲线，显示当日和三天内 的天气预报；基于WAP协议在手机上显示大棚当前的环境参数和告警信息，并加载环境参数的历史曲线、可以加载大棚的实时视频，加载当日和三天内的天气预报。
全文摘要
一种基于M2M架构的农业大棚远程监测和智能控制系统及方法。所述系统包括信息采集、M2M网络传输、业务监控、专家决策、系统展示、远程控制模块。所述方法首先在温室大棚内部署多个环境参数的传感器以采集关键信息，然后通过M2M模式经互联网或3G网络送到集中平台，接着在集中平台内进行数据的存储、展示和分析，结合作物模型和专家系统输出决策信息，并通过互联网或3G网络下发控制指令。本发明摆脱普通温室大棚本地自动控制系统的局限性，实现在一个平台上支撑异地多个大棚的生产，从而具备很好的扩展性，支持规模应用；提供在互联网和手机终端上查看系统并发布指令的手段，具备便捷性；依托宽带互联网和3G通信网来进行信息传输。
文档编号H04W84/18GK102035876SQ20101050846
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者丁培培, 朱明 , 朱海, 金羿, 钱小聪 申请人:江苏鸿信系统集成有限公司