スマート農業クラウドプラットフォーム：フルシーンデジタル管理ソリューション

Abstractの概要

本稿では、インテリジェント農業クラウドプラットフォームのアーキテクチャ設計とコア機能を体系的に説明し、マルチプロトコル通信ネットワークを通じて温室環境データのリアルタイム収集と機器のリモート制御を実現し、エッジコンピューティング、インテリジェントリンケージ、クラウド構成などの高度な技術を統合し、環境監視、正確な制御、データ分析、ビデオ監視をカバーするチェーン全体の管理システムを構築します。このプラットフォームは、オフライン運用とクラウド連携をサポートし、民営化展開とオープンAPIインターフェースを提供し、現代の農業生産のための高信頼性、低消費電力、スケーラブルなデジタルインフラストラクチャを提供し、農業生産の標準化、インテリジェント化、効率化への転換を促進します。

現代農業のデジタル管理ニーズ

伝統的な農業生産は、労働力の高齢化、広範な環境管理、管理効率の低さ、データ利用率の不足などのシステム的な課題に直面しています。スマート農業クラウドプラットフォームは、モノのインターネット技術をコアとして、センサーネットワーク、無線通信、エッジコンピューティングの深い統合を通じて、生産環境の改善を実現します。分レベルの監視、秒レベルの応答、自動制御。このプラットフォームは、人材不足の問題を解決するだけでなく、データ蓄積とプロセス最適化を通じて、農業生産を“経験主導型”から“データ駆動型”に転換し、複製可能で普及可能な標準化された生産モデルを構築します。

2.システム通信アーキテクチャ設計

プラットフォームの採用クラウド·ネットワーク·エンド階層型分散アーキテクチャイーサネット、WiFi、4 G、5 Gおよびその他の通信モードの自由な切り替えをサポートし、さまざまなフィールド条件に適応します。

• 雲の層：農業IoTクラウドプラットフォームは、WEBプラットフォーム、PCエンドソフトウェア、Android/iOS APP、WeChatミニプログラムなどのマルチ端末アクセスを提供し、監視室の大画面集中表示をサポートし、すべてのソフトウェアを生涯無料で使用できます。
• ネットワーク層スマートゲートウェイは、プロトコル変換とデータ集約を実現し、5 G/4 Gフルネットコム（モバイル/ユニコム/テレコム）、イーサネット、WiFiアクセスをサポートし、安定した信頼性の高いデータ伝送を確保します。
• ターミナルレベル。：農業インテリジェント制御キャビネット、統合空気温度湿度センサー、光度センサー、CO センサー、紫外線センサー、風速風向センサー、土壌温度湿度/PH/ECセンサーなどの環境モニタリング機器、およびポンプ、ファン、ローラーローラーシャッター、ウェットカーテン、肥料、充填ランプ、ソレノイドバルブなどの実行機構の現場展開。

適応型通信メカニズムイーサネット/WiFiを使用した高速データ伝送を実現するネットワーク環境があり、ネットワーク環境が自動的に4 G/5 Gモバイルネットワークを切り替えることができ、遠隔地でも安定したアクセスが可能です。ゲートウェイは32のエンドノードをサポートし、空の環境では最大3kmの伝送距離を提供します。

III.総合的な環境モニタリング能力

プラットフォームは、作物成長のすべての要素をカバーする2種類のコアデータ収集を実現します。

1.温室効果環境モニタリング：気温、湿度、光度、CO CO2濃度、紫外線強度、風速、風向、大気圧など8つの気象パラメータをリアルタイムで収集します。3秒ごとに更新、1分ごとに記録デフォルトのクラウドストレージは3年間、任意の分レベルのデータを正確にクエリできます。

2.土壌水分モニタリングGPRS/4 G無線ネットワークを介して、土壌温度、土壌水分、pH、EC値（導電率）などの主要指標を正確に監視し、遠隔伝送を実現します。システムは全天候型のノンストップ監視をサポートし、監視センターは自動的に受信し、データベースに各監視ポイントのデータを自動的に保存します。

回収装置は鋳造アルミニウム製シェルを採用し、IP 68の保護レベル農地の高温多湿粉塵環境に適応する。一部の機器はバッテリ駆動に対応し、20μAの固定消費電力、3-5年の寿命。

四、インテリジェント制御戦略体系

プラットフォームは6種類の柔軟な制御モードを提供し、環境規制と省エネ最適化を実現します。

1.タイミング/固定点モード年/月/日/時/分/秒レベルの時間設定をサポートし、0.1秒までの正確な遅延制御が可能です。例えば毎日8 00、12 00、16 00の通気は、性の强い日常操作に适する。

2.昼と夜のパターン昼/夜に応じて異なる制御戦略を設定し、ポイント遅延をサポートします。例えば、夏の日中の高温時間帯は自動的にファンウォーターカーテン冷却を開き、夜間は基本換気のみを維持し、エネルギー消費を節約します。

3.リンク/連動モード：自動ドア開閉禁止に入る人員への赤外線監視などのスイッチ量入力リンケージ出力をサポートします。モータの正回転と反転相互排他などの出力チャンネルインターロックをサポートし、機器の損傷を避けるために。

4.センサトリガーモード温度≥40 ° Cのような環境パラメータのしきい値自動制御に基づいて、自動ドア/ローラーシャッターを開き、温度≤33 ° Cの自動シャットダウン。湿度≤ 40%のソレノイドバルブ灌漑を開き、湿度≥ 75%の閉じ、クローズドループフィードバックを達成する。

5.条件付き組み合わせモード：ファンを開くときに“6時-12時の時間と湿度60%”、ファンを閉じるときに“6時-10時と温度30℃”などの複数条件論理組み合わせ判断をサポートし、複雑なプロセスのニーズを満たします。

6. Scene Modeシングル：時間シーンに基づいて循環動作または複雑なロジックを設定します。例えば、“第一路動作20分後第二路動作10分”の循環灌漑戦略は、水と肥料の一体化管理に適しています。

エッジコンピューティングとDLCロジックのインテリジェント自動制御

プラットフォームの利点はエッジコンピューティング能力つまり、クラウドに完全に依存することなく、ローカル制御キャビネットでインテリジェントなロジック演算を実現し、制御のリアルタイム性と信頼性を確保します。

環境制御DLCロジック：作物の成長期と栽培技術の要件を組み合わせて、温度と湿度のトリガー閾値を設定し、自動温度制御と湿度を実現します。例えば、夏モードは自動的にサンシェードネット、ファン、ウォーターカーテンを連動させます。冬モードは作物の耐寒性に応じてシャッター照明時間を設定し、換気と光のバランスを確保します。

スマートシャッターシステム屋外気象データに基づく自動制御。雨が降ると自動的にシャッターを閉めます。晴れた日は自動的にシャッターを開き、日照時間を増やします。強風の日は自動的に保護シールドを閉じます。システムは気象連携による真の“無人”を実現します。

季節パターンの設定：春夏と冬の調整戦略をプリセットし、ワンクリックで切り替える：

• 春の春：：シェルター内の温度が高すぎる、タイムリーな換気と湿度低減、遅い苗の促進
• 夏の夏：日よけ、換気、冷却と湿度の連携、高温ストレスを防止
• 秋の秋灌漑時間の科学的管理、合理的な土壌水分の維持、根の酸素不足の防止
• 冬の冬照明と換気を確保し、有害ガスを排除し、作物のストレス耐性を高める

エッジコンピューティングの確保ネットワーク切断時に自動的に実行可能事前設定されたポリシー、ネットワーク後の履歴データの自動転送、99.9%以上のシステム可用性の“オフライン実行、クラウド管理”デュアルモード保証を実現します。

クラウド構成とゼロコード可視化

プラットフォームの提供ゼロコードクラウド構成ユーザーはプログラミングスキルなしでパーソナライズされた監視インターフェースを構築できます。

• 動的構成編集：フィールドプロセスレイアウト図の無料アップロード、ドラッグアンドドロップによるセンサー、コントローラアイコンの追加、データチャネルのリアルタイムバインディング
• チャンネルの深度のカスタマイズ：実際のデバイスに応じてAI、DI、DOチャンネル名を編集し、レンジ変換式、単位、小数点以下の桁数を設定します。
• ダイナミックアイコンライブラリ：スイッチ、バルブ、モーター、アラームなどのGIFアニメーションアイコンを内蔵し、ユーザーが自主的に動的図をアップロードすることをサポートし、設備状態の可視化を実現
• リアルタイムで有効化：すべての端末に同期した後すぐに構成構成構成を保存し、携帯電話/コンピュータ/大画面インターフェイスを統一的に更新
• マルチスクリーン適応：同じ構成は自動的にPC大画面、携帯電話の垂直画面、監視室のテレビ壁などの異なる表示装置に適応します。

この機能により、農家は現場に完全に対応した仮想ツインシステムを作成し、直感的な“WYSIWYG”管理体験を実現できます。

データ分析とインテリジェント警報システム

データストレージと分析プラットフォームのデフォルト保存3年間の歴史データ毎分正確に記録できます。データ曲線はマウスホイールの拡大と縮小をサポートし、短期変動と長期トレンドの分析を容易にします。すべてのデータはワンクリックでExcel形式にエクスポートでき、エッジコンピューティング機能と組み合わせて栽培プロセス改善のためのデータガイダンスを提供します。

3段階のインテリジェント警報メカニズム：

1. センサーオーバーランアラーム温度·湿度、CO 、土壌ECなどのパラメータが設定された上限と下限を超えた
2. デバイス状態アラーム：バルブ故障、ポンプ過負荷、アクセス制御異常、水位上限など
3. システム動作アラーム：通信中断、電圧異常、機器オフラインなど

アラームはマルチチャネルプッシュをサポート：APPプッシュ、WeChat公開番号、SMS農家に最初に知らせる。アラーム閾値は柔軟に設定でき、遅延アラームと回復確認をサポートし、誤検出干渉を回避します。

集中管理とビデオ監視の統合

デバイスの一元管理：サポートGISマップ位置ホイール表示、地図上のすべての温室は位置とリアルタイム状態でマークされ、クリックするとシングルシェルフ監視インターフェイスに入ることができます。多設備集中監視をサポートし、一人で数百の温室を管理でき、管理半径を大幅に向上させる。

ビデオ監視の深い統合：シームレスなドッキングHikvision、蛍石クラウドおよび他の主流のネットワークカメラ、監視インターフェイスでビデオとデータを分割表示“データ+ビデオ”の二重検証を実現します。例えば、ローリングスクリーンの動作を確認する際には、機械の動作状態と環境パラメータの変化を同時に観察し、制御命令を正確に実行することができます。

アカウント権限システム柔軟な組織管理をサポート：

• 1対多数の管理1人の管理者が複数のハウス/設備を管理
• 複数対1のコラボレーション：複数のオペレータが同じデバイスを管理
• 階層アクセス権：管理者（設定権限）、オペレータ（制御権限）、オブザーバー（表示権限）に分かれており、家族農場、協同組合、農業企業の異なる規模の管理ニーズを満たしています。

IX.民営化展開と二次開発支援

大規模な農業企業、政府規制プラットフォーム、科学研究機関のカスタマイズされたニーズを満たすために、プラットフォームは提供します。民営化計画の展開：

• カスタム導入：企業すべてのサーバーへの配備をサポートし、プラットフォームスタイル、ロゴ、ドメイン名をカスタマイズする
• フル機能APIインターフェイスRESTful APIを提供し、ユーザー自身のアプリ、アプレット、Webフロントエンドの開発をサポートします。プラットフォーム開発の難易度を80%削減し、開発労力を80%削減
• データ主権データセキュリティコンプライアンス要件を満たすために、データストレージの場所とアクセスを完全に制御
• システム統合システム：ERP、MES、農産物トレーサビリティ、Eコマース販売などのサードパーティシステムとのドッキングをサポートし、業界チェーン全体のデータフローを開きます。

このソリューションは、パブリッククラウドの利便性を維持しながら、プライベートクラウドの制御性を提供し、“すぐに使える”と“深いカスタマイズ”のバランスを実現します。

X.システムのコア利点と実装利点

8つの主な利点：

1. 簡単なインストールワイヤレス展開、複雑な配線なし、建設サイクルを70%短縮
2. 安定した信頼性IP 68保護、インダストリアルグレード設計、オフライン動作、システム可用性99.9%
3. 柔軟な拡張：ビルディングブロック型モジュール設計、測定制御ポイントを任意に増やすことができ、シングルゲートウェイは32ノードをサポート
4. スマートで効率的エッジコンピューティングローカル応答100ms、クラウド戦略最適化、±0.5 ° Cの制御精度
5. コスト経済学従来のPLCシステムと比較して、総合コストを60%削減（配線+人件費+メンテナンス）
6. 広く使われる：温室温室、畑灌漑、畜産養殖、水産養殖、菌キノコ育成などに適用する。
7. データの価値AIモデルトレーニングとプロセス最適化の基盤を提供する3年間の履歴データ蓄積
8. エコオープン。民営化展開とAPI二次開発をサポートし、産業用モノのインターネットエコシステムを構築する

ベネフィット定量化の実施：

• 節水30%~ 50%：精密灌漑と水分モニタリングの組み合わせ
• 40%以上の節電：スマートシャッターと換気最適化
• 人件費を70%削減：リモート集中管理
• 作物の10- 20%の増加最適な環境制御
• リスク損失を80%削減リアルタイムアラートと迅速な対応

典型的なアプリケーションシナリオとケース

シナリオ1：ハイエンド施設野菜ハウス

• 20の環境モニタリング拠点と10の実装システムの展開
• 自動制御温度25±2℃、湿度70± 5%、CO2濃度800-1000ppm
• トマトの生産量を18%増加させ、品質率を25%向上させる

シーン2：温室で花を育てる

• 14時間/日の精密制御、5000-15000ルクスの強度調整可能
• 水と肥料の統合精密灌漑、EC値は1.2- 1.8 mS/cmで安定
• 花の直径が15%大きくなり、開花時期は3-5日早くなります。

シナリオ3：家畜の環境制御

• アンモニア濃度、湿度、自動換気の監視
• 冬の断熱と換気のバランスにより、呼吸器疾患の発生率を30%削減
• 飼料肉比率が5%改善、養殖効率が大幅に向上

XII.今後の方向性

スマート農業クラウドプラットフォームは、AI、ビッグデータ、デジタルツイン技術を深く統合し、進化を続けます。

• 予測的な規制気象予報と過去のデータを組み合わせ、環境変化を48時間前に予測し、パラメータを積極的に調整
• 作物の成長モデル機械学習に基づいて異なる作物の最適な成長曲線を構築し、水と肥料と光熱戦略を動的に最適化する
• デジタルツインハウスシミュレーション最適化、故障プレビュー、プロセス検証のためのバーチャルハウスモデルの構築
• ブロックチェーン追跡：：環境データ、農業慣行、品質検査データをチェーンにアップし、農産物の改ざん不可能なトレーサビリティ証明書を提供する。
• 産業用インターネット農業資材、農業機械、販売、金融をつなぎ、産業チェーン全体のデジタルエコロジーを構築する

システムは、農業生産を“自動化”から“インテリジェント化”へと推進し、農業近代化2035の目標のためのコア技術サポートを提供します。