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1、计划类别： 科技支撑计划农业 指南代码： 2006 申报ID号： 江苏省科技计划项目申报书( 科技支撑计划 )项目名称： 基于传感网的温室农作物生长测控系统的设计与实现 承担单位： 淮安信息职业技术学院 所在地区： 淮安市高教园区 单位地址：大学城枚乘东路3号 邮编： 项目负责人： 王威 电话： 主管部门： 科研产业处 申报日期： 2011 年 3 月 6 日江苏省科学技术厅二一一年 一、立项依据1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势现代农业正在朝着智能化、精准化和集约化的方向发展，它摒弃了粗犷型的增长模式，给国家和地区，尤其是经济落后地区，带来了巨大的经济效益和社会效益，同时带动了区
2、域经济的发展。如何方便、有效地对温室农作物的生长参数进行监测和控制，如何提高农业生产的信息化水平是目前设施农业、智能农业研究的重点。国内外都进行深入细致的研究,特别是发达国家在这方面应用相当广泛,下面就国内外该领域的科技创新发展概况与发展趋势加以阐述:（1）国外科技创新发展概况自20世纪70年代以来，国外温室农业发达国家在温室环境配套工程技术方面也进行了大量研究，并取得了一些技术成果。以荷兰为代表的欧美国家温室园艺规模大、自动化程度高、生产效率高，温室农业主体没备温室内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制；以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境进行自动监测和调控，实
3、现温室作物全天候、周年性的高效生产；美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率。具体应用比如：英国无线系统公司开发的一系列的无线通讯设备，如适于分布广泛的花园温室或储藏室的无线的霜冻和入侵警报系统、便携的无线电视系统、远程无线洒水系统、加热和通风控制系统等等；希腊loukfarm公司开发的温室控制单元系统由计算机、气象站和营养液控制系统组成。该系统与装有控制软件的计算机相连，可以 进行数据采集和处理，还可以 进行远程控制；
4、美国Green Air公司生产的GHC100模型6温室控制器具有全方位的控制能力，可实现从简单的低成本通风控制到全方位的温室控制，为植物提供最优的生长环境。国外温室农业智能化发展的方向是：内部环境因素(如温度、湿度、光照、CO2浓度等)的调控由过去单因素控制向利用环境计算机多因子动态控制系统发展；温室环境控制和作物栽培管理向智能化、网络化方向发展，即将计算机技术作为一种手段，融于各类技术之中，实现整个系统的自动监测与集中控制。（2）国内相关技术发展现状当前，我国的温室农业发展正在朝着智能化、精准化、信息化迈进，一些研究和试验正在紧密、有序地开展。国内有关科研院所在温室环境管理系统、栽培模式、温
5、室降温、补光、除湿和增施CO2，等方面也展开了卓有成效的研究工作，初步形成了具有中国特色的现代化设施农业技术体系。如北京市农业机械研究所研发了具有中国特色的节能日光温室及适应于不同领域的新型系列温室、现代化温室环境智能控制系统等设施设备；国家农业信息技术研究中心进行了温室环境监控系统和决策支持系统的研究开发。以上是我国在温室农业下所作出的一些成绩，但是从总体上来讲，我们相距国外的应用、科研水平，离真正的智能农业的要求还有一定的距离。国内温室农业发展的现状是：环境调控技术与设备落后，智能化程度不高，对于农作物的生长参数测控缺乏理论基础与量化指标；绝大多数园艺智能设施类型过于简易，因此对环境的调节
6、和控制十分有限，因此对农作物的生长测控不够精细；缺乏与我国相适应的温室优化控制软件；温室内的物理模型、作物的生长模型和温室生产的模型不够合理。（3）温室农作物生长测控技术的发展趋势随着技术的发展，温室环境监控技术正向智能、精确化、信息化、节能化等方向发展，以下三个方面将是温室农作物生产测控研究的几个重要方向:作物模型的研究以及作物模型与温室智能控制的结合作物模型用于描述作物生长发育情况与作物生长环境因素之间的关系，作物模型是实现精准农业的基础，也是实现自动化农业生产的关键技术。作物模型大致可分为机理模型和经验模型， 温室控制系统需要建立用环境参数描述的作物模型，并与作物的生长模型相结合，根据作
7、物品种提供相应的控制策略，实现全自动的智能温室。基于传感网和工业以太网的温室监控系统。无线传感器网络技术作为一种新型网络技术，以其低功耗、自由组网、低价位等特点，特别适合温室内空间繁杂、有线布线不方便的应用场合，低廉的价格和维护成本也使得传感网技术在温室农业发展中的应用更具优势。另外，工业以太网具有和Internet相兼容的结构和协议，因此通过工业以太网接入Internet将节省软硬件的开发，大大提高系统的稳定性并降低维护成本。随着电 子技术的发展，嵌入式系统功能越来越强大，不但能实现设备控制和通用网络的功能，而且还能在其内部集成网络服务器功能。嵌入式系统体积小，价格低，安装和使用方便，对环境
8、要求不高，能够满足农业生产的需要。Internet和移动通信技术相结合的远程监控系统针对农业对象的多样性、地域广阔、偏僻分散、远离都市社区等特点，把Internet和移动通信技术引入到温室远程监控系统，利用Internet和移动通信技术来解决温室远程监控系统的“ 最后一公里” 问题将是一种很好的解决方案，这将会在实际应用中有着长远的重要的意义，也是今后控制系统发展的一个重要方向。本课题就是以温室农作物的生长参数作为测控的主要对象，运用传感网的技术对作物的生长参数进行测量、传输、存储、分析和控制的，这是智能农业中一个重要的运用，也是改变传统温室大棚栽种中管理科技含量低、效率低、投入产出比低的一个
9、重要途径。2、本项目研究的目的、意义（1）研究的目的通过传感网络上的各个传感器监测温室里农作物的各种生长参数，利用传感器技术、Internet和GPRS技术把监测的数据进行传输、存储、分析，把分析得到的结论性数据用于对农作物的生长环境参数进行反向控制、调节，达到测试分析调节测试的闭环控制。在控制过程中，对于常规的、一般重要性分析结果进行非可控闭环，即系统自行对环境参数进行调节，而不上报给控制人员进行裁决；而对于那些重要参数的调节，或者一些异常的分析结果，则需要首先通知控制人员，在控制人员的控制下完成对作物生长环境的闭环控制。在对采集到的数据进行分析阶段，需要建立温室的综合环境控制模型，最终实现
10、基于经济最优的温室环境参数调控和优化，为实现温室的高效、优质、高产生产提供科学依据。同时，开发温室农作物生长参数测控软件人机平台，给温室管理人员提供可视监控界面，提高控制数据直观性，保证整个系统良好的可控性。以上所有的研究都是为了达到农业生产的精细化和智能化，缩短农作物的生长周期、提高农作物的产量，并最终达到提高农民生活水平和带动苏北经济发展的目的。（2）研究的意义经济价值直接经济价值：提高了温室农作物上周的质量和产量，缩短了生长周期，降低了劳动力成本和科技成本，提高了投入产出比。间接经济价值：提升了温室大棚种植的精细化、智能化程度，对其温室大棚生产方式也起到了宣传推广作用；另外，规范、美观的
11、农业生产方式也可以带来农业观光的额外分支产业的发展。社会价值国家“十二五”规划中关于“高效”农业、“工业反哺农业”等指示，大力发展温室种植的科技含量，提高投入产出比，达到工业为农业服务的目的。响应国家科技规划中设立的科技支撑（农业）项目“设施农业生长参数监测系统与智能控制技术与设备研发”，通过技术更新与产业结构调整，激发农民劳动的积极性，增加农民收入，促进温室种植产业的蓬勃发展。3、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况本项目研究现有起点科技水平目前，我院主要以zigbee、bluetooth、wifi、GPRS、RFID等无线技术作为无线传感网的主要研究对象；考虑到功耗问题，嵌入式
12、系统则主要以ARV单片机为主要CPU，辅以以ARM、MIPS作为系统CPU；软件系统方面则主要以linux和VC为主。本项目的建设，将提高苏北地区温室种植的传感网应用水平，充分体现传感网系统与实际应用紧密结合的价值。淮安信息技术学院作为主要技术承担单位的基于嵌入式技术瓷绝缘子超声探伤仪2007年获省科技厅中小企业创新资金30万元；基于嵌入式技术剩余电流保护装置动作特性测试仪2009年获省科技厅中小企业创新资金项目立项，并已公示。有关的主要论文与知识产权情况本项目前期研究成果基于ARM核的剩余电流保护装置动作特性测试仪、基于嵌入式技术瓷绝缘子超声探伤仪，经省科技查新咨询中心查询，未见公开报导，本
13、项目专利申请已经受理。近三年承担的主要服务项目、标志性工程 “社区医院居民健康档案管理系统”是我院和淮安市王营镇社区卫生院合作的项目。于2008年8月开始调试运行并通过淮安市卫生局与科技局联合组织的项目验收，被推荐为省级社区信息化示范点项目，正拟制在淮安全市社区医院推广的具体方案。 农村信息化服务项目，为支持社会主义新农村建设，提高社会服务能力，积极响应淮安市政府“十百万工程”，我院投入巨资，协助淮安市委、市政府“十乡百村”实现农村信息化示范点建设；实施“百网工程”，建设一百个特色农业网站；建立农民信息技能培训基地，培训万民农民成为具备信息技能的新型农民。 我院利用SMT贴片中心、数控加工中心
14、等国家级高技能培训基地为中小企业培训高技能型人才1000多名，同时为当地企业进行技术改造、新产品研制、小试、产品加工、中试产品生产服务，扩大了服务地方经济的力度。 省“级软件外包人才实训平台“建设，获省政府项目资金310万元，已为淮安市软件企业培训外包人才1200余名。 “LonWorks 智能化家居示范工程”建设，2008年12月通过淮安市科技局组织的科技项目验收。该项目采用LonWorks智能测控网络整合相关智能设备，体现LonWorks技术在解决现场设备与设备之间连网通信的互操作性、易操作性和性能上的特殊优势。主要创新点： 解决传统控制系统各子系统之间彼此孤立的问题；实施并研究Echel
15、on公司最新推出的NES(Networked Energy Services)系统，从能源管理的角度研究解决绿色节能的问题；有效解决了家电上网的问题。“基于.NET技术远程称重系统控制平台”建设，2008年12月通过市科技成果鉴定。在江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司货运码头对4台大型电子皮带秤实施远程控制，系统运行稳定，实现了称重数据的自动记录和管理，提高了劳动生产率、降低了人员劳动强度。每日新增称重3000吨，每日提高的效益与减少的损失折算3万至4万元，每年经济效益可达1200万元，2007年、2008两年新增经济效益达2000万元。该系统同时在江苏清拖农业装备有限公司电子汽车衡地秤系统中应用，日称重量达1500吨以上，日称重量超过4000吨，为企业提高生产效率与减少跑冒滴漏损失所带来的经济效益年均达150万元。淮安信息技术学院作为主要技术承担单
