Cloud-Plattform für intelligente Landwirtschaft: digitale Management-Lösung für das ganze Szenario

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt das Architekturdesign und die Kernfunktionen der intelligenten Landwirtschaft-Cloud - Plattform, die Plattform realisiert die Echtzeit-Erfassung von Gewächshausumgebungsdaten und die Fernsteuerung von Geräten durch das Multiprotokoll-Kommunikationsnetzwerk, integriert Edge-Computing, intelligente Verknüpfung, Cloud-Konfiguration und andere fortschrittliche Technologien, um das Umweltüberwachung, präzise Regulierung, Datenanalyse und Videoüberwachung abdecken vollkettenmanagementsystem zu bauen. Die Plattform unterstützt den Offline-Betrieb und die Cloud-Kooperation, bietet eine private Bereitstellung und eine offene API-Schnittstelle, bietet eine hochzuverlässige, niedrige Stromverbrauch und leicht skalierbare digitale Infrastruktur für die moderne landwirtschaftliche Produktion und fördert die Transformation der landwirtschaftlichen Produktion in eine standardisierte, intelligente und effiziente.

I. Anforderungen an das digitale Management der modernen Landwirtschaft

Die traditionelle landwirtschaftliche Produktion steht vor systemischen Herausforderungen wie alternder Arbeitskräfte, umfangreicher Umweltregulierung, ineffizienter Management und unzureichender Datennutzung. Die Cloud-Plattform für intelligente Landwirtschaft basiert auf der IoT-Technologie und verwirklicht die Produktion durch die tiefe Integration von Sensornetzwerken, drahtloser Kommunikation und Edge Computing., die Reaktion in Sekunden und die automatisierte Regulierung。Die Plattform löst nicht nur das Problem des Mangels an Arbeitskräften, sondern fördert auch die Umwandlung der landwirtschaftlichen Produktion von "erfahrungsgetrieben" zu "datengetrieben" durch die Akkumulation von Daten und Prozessoptimierung und schafft ein reproduzierbares und verbreitbares standardisiertes Produktionsmodell.

II. Design der Kommunikationsstruktur des Systems

PlattformCloud-Netz - End-Layered verteilte Architekturunterstützt den freien Wechsel von mehreren Kommunikationsmethoden wie Ethernet, WiFi, 4G, 5G und andere, um sich an verschiedene Standortbedingungen anzupassen:

• Cloud-Layer: Landwirtschaftliche IoT-Cloud - Plattform, bietet WEB - Plattform, PC-Software, Android / iOS-App, WeChat-Applet und andere Multi-Terminal - Zugriff, unterstützt die zentralisierte Anzeige des großen Bildschirms des Überwachungsraums, alle Software lebenslange kostenlose Nutzung
• Netzwerk-Schicht: Intelligentes Gateway realisiert Protokollkonvertierung und Datenkonvergenz und unterstützt 5G / 4G-Vollnetzwerk (Mobilfunk / Verbindung / Telekommunikation), Ethernet, WiFi-Zugang für eine stabile und zuverlässige Datenübertragung
• Terminalschicht: Installation von intelligenten landwirtschaftlichen Steuergeräten vor Ort, integrierte Lufttemperatur-Feuchtigkeit - Sensoren, Beleuchtungssensoren, CO2 - Sensoren, UV-Sensoren, Windgeschwindigkeits-Windrichtung - Sensoren, Bodentemperatur-Feuchtigkeit / PH / EC-Sensoren und andere Umweltüberwachungsgeräte sowie Pumpen, Ventilatoren, Roller, Nassvorhänge, Düngermaschinen, Ergänzungslampen, Magnetventile und andere Ausführungsbehörden

Anpassungsfähige KommunikationsmechanismenEs gibt eine Netzwerkumgebung, die Ethernet / WiFi verwendet, um die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zu erreichen, ohne Netzwerkumgebung automatisch umschalten 4G / 5G-Mobilnetzwerk, abgelegene Gebiete können auch stabil zugreifen. Das Gateway unterstützt 32 Endpunkte mit einer Übertragungsdistanz von bis zu 3 km in einer offenen Umgebung.

3. Umfassende Umweltüberwachungsfähigkeiten

ermöglicht zwei Arten von Kerndatenerfassung, die alle Faktoren des Pflanzenwachstums abdecken:

Gewächshaus-Umgebung - Überwachung: Echtzeit-Erfassung von Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, CO2 - Konzentration, UV-Intensität, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Atmosphärendruck und andere 8 meteorologische Parameter, Datenalle 3 Sekunden aktualisiert, 1 Minute Aufzeichnung einmal, Standard-Cloud - Speicherung für 3 Jahre, kann genau abfragen, beliebige Minuten-Daten.

2.Überwachung des Bodenverhältnisses: Präzise Überwachung von Bodentemperatur, Bodenfeuchtigkeit, pH-Wert, EC-Wert (elektrische Leitfähigkeit) und anderen wichtigen Indikatoren, die Fernübertragung über das GPRS / 4G-Wireless - Netzwerk. Das System unterstützt die ununterbrochene Überwachung rund um die Uhr, das Überwachungszentrum empfängt automatisch und speichert automatisch die Daten jedes Überwachungspunkts in die Datenbank.

Sammelgeräte verwenden Aluminium-Gusse,IP68 - Schutzklassefür die hohe Temperatur und hohe Feuchte Staubumgebung auf landwirtschaftlichen Gebieten. Einige Geräte unterstützen Batterieversorgung,statischer Stromverbrauch < 20 μ A, Lebensdauer von bis zu 3 - 5 Jahren。

IV. Intelligentes Steuerungsstrategie-System

Plattform bietet sechs flexible Steuerungsmodi, um eine raffinierte Umgebungsregelung und Energieeinsparung zu optimieren:

1. Zeit - / ZeitmodusUnterstützt Jahr / Monat / Tag / Stunde / Minute / Sekunde-Zeiteinstellungen, kann eine genaue Verzögerung von 0,1 Sekunden steuern. Zum Beispiel täglich 8: 00 Uhr, 12: 00 Uhr, 16: 00 Uhr regelmäßige Belüftung, geeignet für regelmäßige tägliche Betrieb.

2. Tag / Nacht / Zeitmodus: je nach Tag / Nacht verschiedene Steuerungsstrategien einrichten, unterstützen Sie die Verzögerung. Zum Beispiel im Sommer tagsüber hohe Temperaturen automatisch öffnen Ventilator Wasservorhang abkühlen, nur die Grundluftung in der Nacht zu halten, Energieverbrauch zu sparen.

3. Verknüpfung / Verriegelung Modus: Unterstützt Schaltmenge Eingangsverbindung Ausgang, wie Infrarotüberwachung, um das Personal in die automatische Öffnung der Tür zu überwachen; Unterstützt Ausgang Kanal Verriegelung, wie Motor vorwärts und umgekehrt, um Ausrüstungsschäden zu vermeiden.

4. Sensor-Trigger - Modus：基于环境参数阈值自动控制，如温度≥40℃自动打开风机/卷帘，温度≤33℃自动关闭;湿度≤40%打开电磁阀灌溉，湿度≥75%关闭，实现闭环反馈。

5. Modell Kombination von Bedingungen：支持多条件逻辑组合判断，如"早6点-12点时间段内且湿度>60%"时开启风机，"晚6点-10点且温度<30℃"时关闭风机，满足复杂工艺需求。

6. Szene ModusZyklusbewässerungsstrategie, die auf der Grundlage des Zeitszenarios zyklische Aktionen oder komplexe Logik einstellt, wie z. B. "20 Minuten nach der ersten Aktion, 10 Minuten nach der zweiten Aktion", die für das integrierte Wasser - und Düngermanagement geeignet ist.

V. Edge Computing und DLC-Logic - Intelligente Selbststeuerung

Plattform liegt in derEdge-Computing - Kapazität, d.h. in der lokalen Steuerung, um intelligente logische Berechnungen zu realisieren, ohne vollständig auf die Cloud angewiesen zu sein, um die Echtzeit - und Zuverlässigkeit der Steuerung zu gewährleisten:

Umgebungssteuerung DLC-Logik: Kombinieren Sie die Wachstumssaison und die Anforderungen des Kultivierungsprozesses und legen Sie den Temperatur-Feuchtigkeit - Auslösschwellenwert ein, um die automatische Temperatur-Feuchtigkeit - Regulierung zu erreichen. Zum Beispiel Sommermodus automatische Verbindung von Sonnenschutznetz, Ventilator, Wasservorhang; Wintermodus gemäß der Kältebeständigkeit der Pflanze Rollenvorhang Lichtzeit einstellen, um das Gleichgewicht der Lüftung und Licht zu gewährleisten.

Intelligentes RollverschlusssystemAutomatische Steuerung basierend auf Wetterdaten im Freien. Wenn es regnet, schließen Sie automatisch die Rollenvorhäuser gegen Regen; Öffnen Sie die Rollenvorhäuser an sonnigen Tagen automatisch, um die Sonnenlichtdauer zu erhöhen; Windwetter schließt automatisch die Schutzhülle. Das System realisiert durch Wetterverbindung eine echte "unbemannte" Situation.

Saisonmodus KonfigurationFrühling, Sommer, Herbst, Winter, vier Regulierungsstrategien, ein Knopfwechsel:

• Frühling: Zu hohe Temperaturen im Gewächshaus, rechtzeitige Lüftung und Feuchtigkeit, fördern Sie die Verlangsamung der Pflanzen
• Der Sommer: Sonnenschatten, Belüftung, Kühlung und Feuchtigkeit, Verhinderung von Hochtemperaturbelastung
• Herbst: wissenschaftliches Bewässerungszeitraummanagement, angemessene Bodenfeuchtigkeit, Verhinderung von Sauerstoffmangel im Wurzelsystem
• Winter: Sicherstellung der Beleuchtung und Lüftung, Ausschluss von schädlichen Gasen, Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Pflanzen

Grenzberechnung stellt sicher, dassbei Ausfall des Netzwerks immer noch automatisch ausgeführt werden kannStandard-Strategie, nach dem Netzwerk automatische historische Daten, um "Offline-Betrieb, Cloud-Management" Dual-Mode - Garantie zu erreichen, Systemverfügbarkeit von mehr als 99,9%.

Cloud-Konfiguration und Null-Code - Visualisierung

Plattform bietetNull-Code - Cloud-KonfigurationFunktion, Benutzer können selbständig eine personalisierte Überwachungsschnittstelle erstellen, ohne Programmierkenntnisse erforderlich:

• Dynamische Konfigurationsbearbeitung: freies Hochladen von Prozess-Layout - Diagrammen, Hinzufügen von Sensoren, Controller-Symbolen, Bindung von Datenkanälen in Echtzeit
• Kanaltiefe AnpassungBearbeiten Sie den Namen des AI, DI, DO Kanals gemäß dem tatsächlichen Gerät, setzen Sie die Formel, die Einheit und die Dezimalzahlen der Umwandlung des Maßbereichs ein.
• Dynamische Symbolbibliothek: eingebaute Schalter, Ventile, Motor, Alarm und andere GIF-Animationssymbole, unterstützen Sie den Benutzer selbstständiges Hochladen von Dynamikdiagrammen, realisieren Sie die Visualisierung des Geräteszustands
• Wirksamkeit in Echtzeit: Konfiguration Konfiguration gespeichert, um sofort mit allen Terminals synchronisiert, Mobiltelefon / Computer / Big Screen-Schnittstelle einheitlich aktualisiert
• Multi-Bildschirm - Anpassung: die gleiche Konfiguration automatisch an den großen PC-Bildschirm, Handy-Bildschirm, Überwachungsraum TV-Wand und andere verschiedene Anzeigegeräte anpassen

Diese Funktion ermöglicht es den Bauern, ein virtuelles Zwillingssystem zu erstellen, das vollständig mit dem Standort korrespondiert, um eine intuitive Management-Erfahrung von "Was Sie sehen, das Sie bekommen" zu erreichen.

7. Datenanalyse und intelligente Alarmsysteme

Datenspeicher und - analyse: Die Plattform speichert standardmäßig3 - jährige historische Daten, die genau auf jede Minute aufgezeichnet werden können. Die Datenkurven unterstützen die Vergrößerung und Verkleinerung des Mausrads, um die Analyse von kurzfristigen Schwankungen und langfristigen Trends zu erleichtern Alle Daten können mit einem Klick in das Excel-Format exportiert werden, kombiniert mit der Funktion der Ränderberechnung, um Daten für die Verbesserung des Anbauprozesses zu bieten.

3 - Stufe-Intelligenter Alarmmechanismus：

1. Sensorüberschreiten Alarm: Parameter wie Temperatur und Feuchtigkeit, CO2, Boden-EC überschreiten die vordefinierten oberen und unteren Grenzen
2. Alarm für den Zustand der Ausrüstung: Ventilfehler, Überlastung der Pumpe, Abnormalität der Zutrittskontrolle, Obergrenze für den Wasserstand usw.
3. Alarm für den Betrieb des Systems: Kommunikationsunterbrechung, Anomalie der Spannung, Ausrüstung offline usw.

Alarm unterstützt Multi-Kanal - Push:APP-Push, WeChat öffentliche Konten, SMS, um sicherzustellen, dass die Bauern in der ersten Zeit informiert werden. Die Alarmschwelle kann flexibel eingestellt werden, unterstützt Verzögerung Alarm und Wiederherstellung Bestätigung, um Fehlmeldungen zu vermeiden.

VIII. Zentrale Verwaltung und Videoüberwachung integriert

Zentrale Ausrüstungsverwaltung: Unterstützt GIS-Karten Positionierung, alle Gewächshäuser auf der Karte Position und Echtzeit-Status markiert, klicken Sie auf die Single-Shut - Überwachungsschnittstelle. Unterstützt die zentrale Überwachung von mehreren Geräten, kann eine Person Hunderte von Gewächshäusern verwalten, um den Managementradius erheblich zu verbessern

Videoüberwachung tiefe Integration: Nahtlose Anbindung von HacomVision, Fluorite Cloud und anderen Mainstream-Webkameras, Video und Daten in der Überwachungsschnittstelleaufgeteilt Bildschirm anzeigen, um "Daten + Video" Doppel-Authentifizierung zu erreichen. Wenn Sie beispielsweise die Bewegung der Rollverschlüsse betrachten, können Sie gleichzeitig den Betriebszustand der Maschine und die Veränderung der Umweltparameter beobachten, um sicherzustellen, dass die Steuerungsanweisungen exakt ausgeführt werden.

Konto-Berechtigungssystem: Unterstützung für flexible Organisationsstrukturverwaltung:

• One-to - Many-Management: Ein Administrator verwaltet mehrere Gewächshaus / Geräte
• Multi-to - One-Zusammenarbeit: Mehrere Operatoren verwalten gemeinsam dasselbe Gerät
• Hierarchieberechtigungen: Unterteilt in Administrator (Konfigurationsrechte), Operator (Kontrollerechte), Beobachter (Anzeigerechte), um die Managementbedürfnisse von Familienbetrieben, Genossenschaften und Agrarunternehmen verschiedener Größen zu erfüllen

IX, Privatisierung Bereitstellung und sekundäre Entwicklung Unterstützung

Um die maßgeschneiderten Bedürfnisse von großen Agrarunternehmen, staatlichen Regulierungsplattformen und wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen zu erfüllen, bietet die PlattformPrivatisierungsszenario：

• Benutzerdefinierte Bereitstellung: Unterstützung für die Bereitstellung auf dem eigenen Server des Unternehmens, Benutzerdefinierte Plattform-Stil, Logo, Domänennamen
• Vollfunktions-API - Schnittstelle: RESTful API für die Entwicklung eigener Apps, Applets und Web-FrontendsReduziert die Plattformentwicklung um 80% und reduziert die Entwicklungsaufwand um 80%
• Data Sovereignty: Unternehmen haben die volle Kontrolle über den Speicherort und den Zugriff auf ihre Daten, um die Anforderungen an die Datensicherheit zu erfüllen
• Systemintegration: Unterstützt die Anbindung an ERP, MES, Rückverfolgbarkeit von landwirtschaftlichen Produkten, E-Commerce - Vertrieb und andere Drittanbieter-Systeme, um den Datenfluss der gesamten industriellen Kette zu eröffnen

Die Lösung bewahrt die Bequemlichkeit einer öffentlichen Cloud und bietet die Kontrolle einer privaten Cloud, wodurch eine Balance zwischen „Out-of - the-Box" und „Deep-Customization" erzielt wird.

X. Kernvorteile des Systems und Implementierungseffizienz

Acht Kernvorteile：

1. Einfachheit bei der Installation: Wireless-Bereitstellung, ohne komplizierte Verkabelung, Verkürzung des Bauzeitraums um 70%
2. Stabilität und ZuverlässigkeitIP68 - Schutz, Industriedesign, Offline-Betrieb, Systemverfügbarkeit von 99,9%
3. Flexible Erweiterung: Modulares Baustein-Design, Messung und Steuerungspunkte können beliebig erhöht werden, ein Gateway unterstützt 32 Knoten
4. Intelligente und effiziente: Edge-Computing lokale Antwort < 100ms, Cloud-Strategie - Optimierung, Steuerungsgenauigkeit von ± 0,5 ° C
5. Kosteneffizienz: 60% reduzierte Gesamtkosten im Vergleich zu herkömmlichen SPS-Systemen (Verkabelung + Arbeit + Wartung)
6. weit verbreitet angewendet: Anwendbar für Gewächshaus, Feldbewässerung, Viehzucht, Aquakultur, Pilzkultivierung usw.
7. Datenwert: 3 Jahre historische Datenakkumulation, die die Grundlage für das Training von KI-Modellen und die Prozessoptimierung bieten
8. Öko-Offnung: Unterstützung der Privatisierung und der API-Sekundärentwicklung für den Aufbau eines industriellen IoT - Ökosystems

Quantifizierung der Vorteile：

• Wassereinsparung von 30% - 50%: Kombination von Präzisionsbewässerung und Wasserschutzüberwachung
• Stromsparung von mehr als 40%: Intelligente Rollverschluss - und Lüftungsoptimierung
• 70 - prozentige Reduzierung der Personalkosten: Fernverwaltung
• 10 - 20 - prozentige Ertragssteigerung: Optimale Umweltkontrolle
• 80 - prozentige Reduzierung des Verlustrisikos: Echtzeitwarnung und schnelle Reaktion

XI. Typische Anwendungsfälle und Szenarien

Szenario 1: High-End - Gemüse-Gewächshaus

• Implementierung von 20 Umweltüberwachungspunkten und 10 Ausführungssystemen
• Automatische Regulierung der Temperatur 25 ± 2 ° C, Feuchte 70 ± 5%, CO2 - Konzentration 800 - 1000 ppm
• Erreichung von Tomaten Ertrag um 18% und Verbesserung der Qualitätsrate um 25%

Szenario 2: Blumenkultivierung im Gewächshaus

• Präzision kontrollierter Lichtdauer 14 Stunden / Tag, Intensität 5000 - 15000Lux verstellbar
• Wasser-Düngung integriert Präzisionsbewässerung, EC-Wert stabil bei 1.2 - 1.8 mS / cm
• Blütendurchmesser um 15% vergrößert, Blütezeit 3 - 5 Tage vorgezogen

Szenario 3: Tierhaltung Umweltkontrolle

• überwachen Ammoniak-Konzentration, Temperatur und Feuchtigkeit, automatische Belüftung
• Winter Isolierung und Belüftung Gleichgewicht, Reduzierung der Inzidenz von Atemwegserkrankungen 30%
• Material-Fleisch - Verhältnis 5% verbessert, Züchtungs-Nutzen deutlich verbessert

XII, zukünftige Entwicklungsrichtung

intelligente Landwirtschaft Cloud-Plattform wird sich weiter entwickeln, tiefe Integration von AI, Big Data, Digitale Zwillinge:

• Vorhersagende SteuerungKombination von Wettervorhersagen und historischen Daten, Prognose von Umweltveränderungen bis 48 Stunden im Voraus und aktive Anpassung von Parametern
• Pflanzenwachstumsmodell: Aufbau optimaler Wachstumskurven für verschiedene Pflanzen auf Basis von maschinellem Lernen, dynamische Optimierung von Wasser-Dünger - Licht-Wärme - Strategien
• Digitale Zwillinge-Gewächshaus: Erstellen eines virtuellen Gewächshausmodells, um Simulationsoptimierung, Ausfallvorschau und Prozessverifizierung zu ermöglichen
• Blockchain-Rückverfolgbarkeit: Verknüpfung von Umweltdaten, landwirtschaftlichen Betriebs - und Qualitätskontrolldaten, um einen unverfälschlichen Nachweis für die Rückverfolgbarkeit von landwirtschaftlichen Produkten zu liefern
• Industrie-Internet: Verbindung von landwirtschaftlichen Materialien, landwirtschaftlichen Maschinen, Vertrieb, Finanzen, Aufbau der gesamten industriellen Kette digitalen Ökosystem

System fördert die landwirtschaftliche Produktion von "Automatisierung" zu "Intelligenz" und bietet die Kerntechnologie Unterstützung für die landwirtschaftliche Modernisierung 2035 Ziel.