01目标和概述

中国由于人口基数庞大，耕地资源相对匮乏，社会制度独特，因此中国农业未来的发展方向一定是在高科技含量基础上，提升资源利用率和劳动生产率，并能够确保主粮自给自足的“高效率农业”；同时，随着经济的发展和市场化水平的提升，安全、绿色、有机、高品质和高附加值的“高价值农业”也会有越来越广阔的市场空间，并成为效率农业的补充。

目前各种“高价值农业”种植蓬勃发展，如蘑菇、三红梨、无核梨、无核石榴、火星果、红香果、铁皮石斛等。仅以蘑菇种植市场为例，据行业专家介绍2016年总产值在2000亿元以上。在蘑菇种植中，温度、湿度、二氧化碳、光照对蘑菇生长起着关键作用，需要精确的控制。一个智能的生长控制系统不仅是热了就开空调，冷了就开暖气那么简单。当启动风扇降低CO2浓度的时候，在夏季将给生长房间带入热风，在冬季则带入冷风。如何计算一项操作措施，会对多种因素产生的综合变化？如何计算制冷/热的输出强度，能让温度的快速达到目标，并降低震荡曲线？如何计算新风和内风的比例？如何计算夏季室外温度对控制参数的影响？以上问题，需要在网关上运行一个高智能的蘑菇生长环境控制程序。 

开发控制算法的主体一般是蘑菇种植行业的专家，不是计算机技术的专家，他们需要一个更简单的开发环境。Intel Device Resource Management Library网关应用软件开发包支持合作伙伴快速开发行业应用程序，又免于陷入管理各种类型的设备的细节。同时控制算法又是一个不断迭代优化的过程。客户可以应用远程应用管理系统，将改进的算法以一种低成本的方式更新到已运行的设备上。

当蘑菇生长的过程数据不断被采集保存于云端，如何有效利用大数据技术，克服人工经验的认知局限性，持续的改进生长控制参数，提高生产的质量与品质，也是本解决方案的一个重要目标。大数据对蘑菇生产企业的商业机会：

• 持续改进节能水平；

• 持续改进生产过程与参数；

• 提升生产的品质与产量；

• 产品支持溯源，打造品牌与增加客户信任度。
  

02解决方案详细介绍

2.1　总体方案（如图1所示）

2.2　物联网关CLOUDPEAK-GW-012

边缘计算物联网CLOUDPEAK-GW-012规格参数见表1。

2.3　Inte l Dev ice Resource Management Library（IDRML）中间件

如图3所示，IDRML网关软件有三大模块组成：

• 应用软件管理系统（Application Management Service）；

• 资源管理系统 (iAgent)；

• 智能业务运行环境。 

Application Management Service（AMS）负责整个网关上的所有软件组件的生命周期管理，包含IDRML网关软件自身组成模块的升级，如iAgent，Runtime Engine软件的升级管理，同时也支持远程安装及管理用户开发的网关应用程序。AMS提供远程配置管理，任何应用程序需要的配置文件，可以从云端设定内容，然后通过AMS下发到对应的设备，由应用程序来加载使用。

iAgent是整个网关的资源接入和调配中心，其核心功能包含各种类型设备的接入与管理，内置的数据采集引擎，和云端的交互，以及为用户开发的IoT应用提供访问接口。iAgent是一个插件的容器和消息总线，可以加载不同的插件来完成各种任务，如在工厂环境里，每一种工业总线可以有一个专门的插件来处理。插件之间通过iAgent消息总线通信。所有的插件可以运行在同一个容器进程，也可以让某个插件运行在单独的进程。

智能业务运行环境是一个嵌入式的物联网应用运行环境。用户开发的物联网应用可以运行于其上，通过使用iAgent IoT SDK库，用户的IoT应用可以快速的监控设备的状态变化，注册接收本网关内的任何数据更改事件，以及直接访问连接到网关的执行装置。

2.4　蘑菇生长控制应用

蘑菇生长控制算法基于iAgent IoT SDK开发，极大简化了程序复杂度。

SDK主要包含以下功能：

• 设备查询与状态事件注册；

• 资源目录查询与事件注册；

• 资源访问(GET, PUT, POST)；

• 配置下载更新；

• 组管理。

2.5　蘑菇生长过程回溯与食品安全方案

当前的系统设计中，主要解决的问题是连接传感器和控制单元，收集数据与反向控制。还不能将传感的数据和客户真正关心的目标（如蘑菇本身，也可称为业务实体）关联起来。如用户关心每个蘑菇批次的完整生长过程以及与最终质量的关联关系，需要提供某一个时刻在某个传感器上的数据对应到哪批蘑菇。 

对于一批蘑菇的完整生长过程，需要能够建立各个参数的记录与关联，便于过程控制与大数据分析。参数可以包含种子来源批次、育种使用的菌料来源批次、菌料的养分数据、培养过程中的温湿度参数、生长房中的参数、消耗的能源、最终采摘质量、打包编码等。

总之，考虑以下基本需求：

（1）每一批成品包装可以溯源整个生长过程，以及过程中的各种参数，如温湿度、菌料成分数据等。

（2）基于批量的数据分析相关性，找到提升产品质量，减少坏品率的优化过程。

（3）出厂批次二维码管理，用户微信扫描可得到生产原产地。出现食品安全事故可快速定位产品批次，追回问题批次产品和查找原因。

03方案特点与价值

（1）优异的全方位扩展性

• 系统部署：从单点平滑逐步扩展到整个厂房，再到整个园区；

• 软件应用开发部署：从数据收集展示功能平滑升级到高级智能控制； 

• 新型设备投入：无缝连接系统以满足客户逐步升级的需求；

• 多种部署场景：无缝集成多种物理网络以快速响应需求。

（2）通过数据分析增产增收

• 通过云端/网关智能种植应用程序，将各种生长参数精确的控制在预定的曲线；

• 平台运营积累海量数据，后期可基于大数据分析，完善参数曲线，持续增产增收。

（3）良好的成本控制

• 每个房间所以部件均为无线连接为主，无需布线施工；

• 大部分的网关和终端器件均可从市场购买，最优性价比；

• 系统的扩展性大幅减少满足后期需求变化的成本。

摘自《自动化博览》2019年增刊《边缘计算2019专辑》