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面向农业的新一代物联网技术与系统
  • 企业:     行业:智慧农业     领域:物联网    
  • 点击数:1222     发布时间:2022-07-19 09:55:02
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目前,基于边缘计算物联感知系统已经开始在乡村数字化治理,农业产业数字化、智能化发展,生态环境治理等领域发挥着重要作用。

★ 武汉智菱物联科技有限公司

1 背景

随着互联网、移动通讯、物联网、云计算等数字化技术的发展和应用,城市运行的各方面与数字化已经深度融合,并走过了将近20年的过程。城市数字化已经覆盖了政府、企业、个人主体在交通、环保、水务、种植、养殖、楼宇、家居、消费、停车、房产、教育、医疗、制造、税务等等场景的所有行为过程。物联网系统为产业繁荣发展、生活健康便捷、治理精准科学提供了不可或缺的保障。

农业与农村一直以来是我国国民经济发展的重要主题,是国家安全、稳定与人民生活品质提升的主战场之一。减小城乡差距、发展现代农业、培养新时代农业从业者、振兴乡村是我国的基本国策。农村的发展与治理与城市一样面临着产业、生态、文化、组织与人才等方面的诸多挑战。甚至因为人口年龄结构、受教育程度、产业化水平、地域分散、机械化与现代化程度、自然条件依赖性等因素的影响,政府的农业、农村及农民工作所面临的挑战比城市更加严峻和棘手。

可以预见,作为现代社会治理的重要工具,物联网系统对于农业农村振兴与发展将发挥更加显著的推动作用。但农村相对城市在资金、产业、资源、人口素质等方面存在着巨大的劣势,导致在信息化、数字化革命如火如荼的今天,城乡之间出现了严重的数字化鸿沟。在城市中,政府依托数据中心、电子政务、税务系统等数字化工具开展有效治理;企业依托电子商务、制造系统、财务系统、人力资源系统管理人、财、物和订单;个人依托线上购物、O2O应用、电子支付系统体验着衣食住行等多方面的便利,但农业农村在物联网系统的普及与应用,无论是政府管理部门还是农业经济主体和农民,都存在着较大差距,这些差距制约着治理有效性、科学性的提高,制约着农业经济主体的精准、高效管理与创新,制约着新农人打破固有思维,融入创新与发展的时代洪流。消除城乡数字化鸿沟,应当成为乡村全面振兴新征程的重要任务之一。

2 乡村振兴与数字化路线

乡村振兴工作将是不断尝试、评估、总结、调整再尝试的过程,它与数字化治理系统技术路线高度一致,因此可以提出如下建议,科学推进乡村振兴工作的有序开展。

首先将农业农村涉及的土地、房屋、道路、设施、气象、作物、动物、水、肥、药、饲料、装备、人员、组织、企业、院校、政府机构、市场交易等全要素通过移动终端、感知网络、遥感卫星等工具与手段进行全面数字化。

构建大数据中心,通过不同类型数据的相互关联与分析,面向种植与养殖过程,构建不同品种、不同环境、不同生产工具的种植养殖模型;面向一二三产业多元主体间协作过程,积累建立信息分发与交易过程模型;面向农产品与服务市场交易与运行过程,建立动态市场预测模型;面向地方产业发展与宏观经济指标变化过程,建立产业预测与风险预警模型。

农业农村全面数据的实时掌控、多维度模型的建立与不断迭代,为乡村振兴工作带来详实的数据基础与科学的决策支撑。通过政策引导、资金支持、文化宣传、城乡信息对接、项目策划与建设实施、企业及人员的数字化管理、乡村基础设施的数字化运维等多种手段,逐步实现产业高效发展、人才精准培养、环境友好宜居、组织高效运行的治理目标。

相信乡村振兴工作与数字化技术路线的结合将不断催生新思路、新模式、新方法,为乡村带来更多的新人才、新企业、新业态、新面貌。

3 面向农业的新一代物联网技术与系统

物联网系统将为巩固拓展脱贫攻坚成果与乡村振兴工作起到重要支撑作用,但并不能生硬照搬城市物联网系统构建方式,而是根据农业农村环境、产业与市场现状,根据乡村振兴工作的数字化技术路线,结合先进的边缘计算、融合化、通用化物联网技术、大数据分析技术、人工智能技术,创新开发与建设具有农业农村区域特点的新型物联网技术与系统。

3.1 乡村振兴对物联网技术与系统的需求

乡村振兴工作涉及产业振兴、生态振兴、组织振兴、人才振兴、文化振兴等众多方面,线程多、场景多、主体多、学科多,其对应的物联网技术与系统需满足通用化、融合化、边缘计算、数据统管、应用多元的特点,才能真正适应农业农村产业生态,发挥其应有的价值。

(1)通用化

农业农村产业场景与主体多元化带来了过程数字化要求的不同,例如露天种植、山区农业、大棚种植、畜牧、自然水体鱼类养殖、高密度循环水鱼类养殖、工厂化水培种植、菌类种植等等产业形态。为满足多样化生产场景,通用化便成为农业物联网系统的重要需求之一。不同环境、不同防护要求、不同传感内容、不同控制设备都需要在通用化物联网终端上得以满足和联接。

(2)融合化

面向种植、养殖、农机服务、精准施肥、自动加工、高效物流、节能仓储等不同农业产业环节,物联网系统不仅要具备通用化能力,还需将不同类型数据和设备协议进行标准化融合、因地制宜地选择不同数据链路进行数字化信息的融合传输、跨越不同系统边界限制完成其融合管理,因此融合化是新一代面向农业物联网系统的重要需求。

(3)边缘计算

新一代面向农业的物联网系统边缘并不是简单地将物理世界数字化并完成信息的传输,在面向大棚种植、精准施肥、水产养殖、畜牧养殖、虫情监控等场景时,需要物联网系统的边缘物联网终端根据科学种植、养殖、配肥等专业行业模型,实现本地采样、本地运算、本地决策,同时根据中心的要求不断更新和迭代数学模型。因此新一代物联网系统中的物联网终端应当基于边缘计算架构要求,依托云计算中心的机器学习和算法训练,完成边缘计算,精准管控现场设施设备,达到科学化种植与养殖的目的。

(4)数据统管

为避免出现城市数字化治理系统发生的信息孤岛问题,新一代面向农业的物联网系统应具备数据统管的能力。系统应将政府、产业、个人、市场、科研等场景与业务数据进行标准化和结构化,实现统一、科学、有序的接入、存储、管理与分发。

(5)应用多元

新一代面向农业的物联网系统应在数据统管的基础上,面向多元化农业经济主体、政府和科研单位构建多元化应用体系,以满足不同数据与应用需求,发挥系统数据互通优势提升用户粘性,形成“用得多就数据多、数据多就用得好”的良性循环。

3.2 面向农业的新一代物联网系统

面向农业的新一代物联网系统包含AIoT终端、感知核心网、数据中台、开发者平台和应用仓库五大核心构建或组成部分。

(1)系统架构

面向农业的新一代物联网系统呈现出“3+1”架构形式,即边缘计算物联网系统、数据中台、应用仓库加开发者平台,如图1所示。

1.jpg

图1 新一代物联网系统架构

上述架构将物联网系统、数据中台与多元化应用仓库解耦并分层建设、部署和应用。当任何一个系统需要进行迭代与替换时,都不会对其他系统产生影响。另外,任何一个层级中的并列单元都可以无差别地共享访问其他系统的数据资源。

(2)AIoT终端

AIoT终端是新一代物联网系统边缘侧的核心装置,又称为边缘计算终端(Edge Computing Terminal)。边缘计算终端需具备多样化本地设备物理接入端口、传感器与控制器驱动与解析能力、边缘计算算力、边缘算法配置和迭代能力、数据存储能力、多种通信链路融合能力、中心化运维与管理能力以及多样性环境防护与适应能力,如图2所示。具备上述能力的AIoT终端能够适应农业经济主体差异化场景、差异化感知与控制内容、差异化智能分析与智能作业需求,最终实现面向农业的新一代物联网系统通用化、融合化、边缘智能需求。

2.jpg

图2 AIOT终端实现通用化、融合化、边缘计算需求

(3)感知核心网

感知核心网是物联网系统的中核心服务之一,感知核心网实现AIOT终端的海量联接与高并发访问,管理AIOT终端边缘计算脚本的分发与迭代,通过不同传感器与控制器驱动脚本的配置以实现现场设备的即插即用,通过中心化的设备状态管理实现物联网系统的高效与低成本运维。核心网的建设为乡村万物互联构建了坚实的平台基础,环境数据、生产数据、生态数据、城镇运行数据、自然灾害数据均可集中接入、分发和管理,为数字化技术路线服务乡村振兴战略推进打下基础。

(4)数据中台

数据中台是新一代物联网系统的大脑,它以大数据构架为基础,实现设备统接、数据统管、能力统建的三项功能;实现行业业务与物联网系统解耦,使物联网系统、应用仓库与之集成和对接更加简单、便捷。数据中台支持海量数据的高效储存和统一管理,通过与应用仓库的联接为乡村治理和企业决策提供实时的数据支撑。

(5)开发者平台

开发者平台是新一代物联网系统生命力的来源。当物联网系统运行于政府机构、企业主体、科研机构、消费市场等循环主体中,海量数据将吸引更多新主体、新技术、新应用和新商业模式的进入,开发者平台为这些创新元素提供开放性的架构和开放性的生态,多元化主体和创新思维通过该平台将新业态嫁接新一代物联网系统之上,形成蓬勃发展的以数字化为基础的乡村产业新面貌,进一步吸引优质资本、人才和产业落地乡村。

(6)应用仓库

应用仓库是新一代信息化系统的价值体现。在应用仓库中包含智能化种植、养殖管理系统、农产品溯源系统、农产品电商、农机服务O2O应用、基层党组织建设与管理、农业企业工商税务管理、农业务工招聘管理、农产品加工智能制造系统、农村饮用水管理系统、农村面源污染监测与防治、病虫害监测与防治、自然灾害监测与防治、村镇环卫系统管理平台、村镇交通管理系统、农业建设项目管理系统、政府政务管理系统等。应用仓库搭建于数据中台大数据基础之上,为应用主体提供数据传递、分析、呈现、统计、预警和策略管理等功能,与此同时也源源不断地产生过程数据回流数据中台,形成产业主体间、政府企业间、市场与供应间的数据共享与交换。

4 社会价值

目前,基于边缘计算物联感知系统已经开始在乡村数字化治理,农业产业数字化、智能化发展,生态环境治理等领域发挥着重要作用。

在乡村数字化治理方面,通过部署物联感知系统使得管理部门实时了解农用变压器、排水泵机、防汛设施、港渠水库、道路桥梁、危房、地质灾害等设施设备状态,并实现对农业生产与防汛用电、基层防汛动态、地质灾害风险、交通管网妥善情况的综合监测与预警;为农业生产、生活的安全保障提供有效的数字化系统工具,大大提升乡镇一级政府数字化治理水平。

在农业产业数字化发展方面,通过部署物联感知系统,实现对大棚种植、水产养殖、畜牧养殖、农机服务、农产品加工等场景关键信息的数字化,打通政府、农业科学院所、农业企业、农民间的数据鸿沟,形成生产作业、技术服务、补贴引导等有机联动,为农业主体的精细化、科学化生产提供数据支撑与信息手段。

在生态环境治理方面,通过部署物联感知系统,实现对农村饮用水水质、污水治理设施工况、气象环境、土壤墒情及地下水水位、森林植保等方面信息的数字化采集与分析。全面感知、评估生态环境风险,分析生态环境变化趋势,制定生态环境治理工作规划。

摘自《自动化博览》2022年6月刊

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