OneNET溫室大棚智能管理系統(tǒng)解決方案OneNET溫室大棚智能管理系統(tǒng)解決方案中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司2016年10月

目錄TOC\z\o"1-3"\u\h目錄 21.方案概述 31.1方案背景 31.2方案目標 32.系統(tǒng)架構(gòu) 42.1設(shè)備層 52.2網(wǎng)絡(luò)層 62.3平臺層 62.4應(yīng)用層 73.網(wǎng)絡(luò)拓撲 74.系統(tǒng)功能 84.1WEB端功能介紹 84.2APP端功能介紹 125.系統(tǒng)性能與安全 156.系統(tǒng)可擴展性 167.系統(tǒng)優(yōu)勢 167.1技術(shù)優(yōu)勢 167.2服務(wù)優(yōu)勢 17

1.方案概述1.1方案背景隨著國家層面對土地集約化經(jīng)營深度，規(guī)?；臏厥掖笈锓N植已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，對于大規(guī)模的大棚種植，需要大量人力，工作效率低下，以及難以避免的人工誤差和安全隱患。為了降低消耗，建立一個大棚生產(chǎn)與管理的快速信息通道，實時掌握植被生長環(huán)境及實現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理。通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，對環(huán)境、植物信息檢測，實現(xiàn)溫室、農(nóng)業(yè)大棚信息檢測和標準化生產(chǎn)監(jiān)控；利用智能溫濕度控制、精細化水肥控制，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、管理可控化，達到改善品質(zhì)、節(jié)省人力、杜絕安全隱患、提高經(jīng)濟效益的目的；為政府監(jiān)管部門，提升農(nóng)情、農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)田水利的綜合管理水平。1.2方案目標針對農(nóng)業(yè)大棚種植分布廣、監(jiān)測點多、布線和供電困難等特點，中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司推出基于OneNET平臺的溫室大棚智能管理系統(tǒng)解決方案。方案結(jié)合了當前最先進的自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信以及軟件技術(shù)，根據(jù)不同地域的土壤類型、灌溉水源、灌溉方式、種植作物等劃分不同類型區(qū)，在不同類型區(qū)內(nèi)選擇代表性的地塊，建設(shè)具有土壤含水量，地下水位，降雨量等信息自動采集、傳輸功能的監(jiān)測點。通過灌溉預(yù)報軟件結(jié)合信息實時監(jiān)測系統(tǒng)，獲得作物最佳灌溉時間、灌溉水量及需采取的節(jié)水措施為主要內(nèi)容的灌溉預(yù)報結(jié)果，定期向群眾發(fā)布，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)民實時實量灌溉，達到節(jié)水目的。再有，系統(tǒng)可以支撐海量傳感數(shù)據(jù)上傳存儲于云平臺，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源，建立一體化的農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)解決方案，為政府提供有利監(jiān)管和決策依據(jù)，為企業(yè)帶來更大的價值，為民眾提供更放心的產(chǎn)品。圖1.2系統(tǒng)應(yīng)用場景2.系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)基于OneNET提供底層采集數(shù)據(jù)的上報、存儲和檢索，以及設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和終端設(shè)備的控制管理，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基于企業(yè)應(yīng)用圖形界面展示工具，實現(xiàn)針對客戶業(yè)務(wù)的工藝圖設(shè)計和展示，通過工藝圖上節(jié)點與采集量測關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)展示。系統(tǒng)框架采用了多層分布式體系結(jié)構(gòu)作為應(yīng)用平臺主開發(fā)架構(gòu)，以B/S作為開發(fā)模式，構(gòu)成多層的實時信息采集、處理、展示的信息監(jiān)控平臺。系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖2.0所示，分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層四個層級。圖2.0系統(tǒng)架構(gòu)圖2.1設(shè)備層設(shè)備層是系統(tǒng)底層的信息采集監(jiān)控設(shè)備和控制設(shè)備，及其相關(guān)的網(wǎng)關(guān)集中采集器等通訊設(shè)備，硬件主要分為四種：無線傳感器：含空氣溫濕度、光照、CO?、土壤、水體、土壤PH等信息采集傳感器；圖2.1.1無線傳感設(shè)備無線強電控制器：可以控制380V,220V,24V的各種類型的電氣設(shè)備，如卷簾機、卷膜機、放風機、灌溉系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等；圖2.1.2無線控制設(shè)備智能攝像頭：用于實時監(jiān)控現(xiàn)成生產(chǎn)環(huán)境的高清攝像頭；智能網(wǎng)關(guān)：支持GPS、3G/4G、WiFi和有線連接，內(nèi)部集成核心的UnitCore植物生長專家模塊、農(nóng)業(yè)專家服務(wù)系統(tǒng)和權(quán)限系統(tǒng)。圖2.1.3智能網(wǎng)關(guān)2.2網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備與智能網(wǎng)關(guān)、智能網(wǎng)關(guān)與OneNET云平臺之間數(shù)據(jù)信息傳輸形成網(wǎng)絡(luò)傳輸層，采用自組局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)、公共通信網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)組合形成；無線傳感器、無線控制器與智能網(wǎng)關(guān)之間通過ZigBee協(xié)議實現(xiàn)自組局域網(wǎng)信息傳輸；智能網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器之間通過物聯(lián)網(wǎng)卡/以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)信息傳輸，以公共通信網(wǎng)進行短彩信的信息傳輸；智能攝像頭與云服務(wù)器之間通過以太網(wǎng)將視頻信息傳輸。2.3平臺層云平臺以O(shè)neNET平臺為主體，底層采用分布式部署，支持異地災(zāi)備服務(wù)。底層設(shè)備通過集成OneNET平臺HTTP協(xié)議接入到平臺，與平臺建立通信連接；第三方后臺通過OneNET平臺調(diào)取API接口，實現(xiàn)WEB后臺、微信公眾號和APP后臺等無縫對接，支持新增功能平滑升級、新增設(shè)備平滑擴容。OneNET各功能模塊的功能描述如下：數(shù)據(jù)分析：提供大數(shù)據(jù)存儲與分析框架，為基于大棚種植系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)能力服務(wù)；設(shè)備管理：在OneNET層面對底層終端設(shè)備的信息及控制管理；規(guī)則引擎：提供可編輯的規(guī)則觸發(fā)引擎，為告警管理提供靈活易用的開發(fā)框架；OTA：遠程升級功能，提供給底層設(shè)備遠程固件升級的功能；消息路由：實現(xiàn)上下行數(shù)據(jù)消息路由功能；消息分發(fā)：可實現(xiàn)多播、單播、廣播等多種模式的消息分發(fā)功能；推送通知：可將報警信息和采集數(shù)據(jù)通過短信、郵件、消息等方式推送至用戶或第三方系統(tǒng)；協(xié)議轉(zhuǎn)換：實現(xiàn)底層設(shè)備的傳輸數(shù)據(jù)解包、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及協(xié)議適配；數(shù)據(jù)鑒權(quán)：針對底層設(shè)備數(shù)據(jù)上傳的數(shù)據(jù)鑒權(quán)和用戶通過OneNET獲取數(shù)據(jù)的鑒權(quán)管理；負載均衡：解決底層設(shè)備并發(fā)數(shù)據(jù)請求的連接壓力，通過分布式集群處理滿足高并發(fā)連接請求。2.4應(yīng)用層應(yīng)用層基于OneNET的上層應(yīng)用，由多個子系統(tǒng)組成應(yīng)用模塊，客戶端通過調(diào)取各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)視圖層前端展示；各子系統(tǒng)介紹如下：大棚運維子系統(tǒng)：底層設(shè)備的運維管理及控制管理功能；用戶管理子系統(tǒng)：用戶信息和角色權(quán)限的管理功能；農(nóng)產(chǎn)品溯源子系統(tǒng)：基于底層設(shè)備采集信息的整合，滿足農(nóng)作物生產(chǎn)信息檢索查看需求；信息管理子系統(tǒng)：信息內(nèi)容管理及推送信息/報警信息等管理；大棚運營子系統(tǒng)：基于大棚作物的產(chǎn)能，通過數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)運營分析及能耗分析功能。3.網(wǎng)絡(luò)拓撲本方案結(jié)合最先進的網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)及軟件技術(shù)實現(xiàn)對大棚種植的遠程監(jiān)管和控制。整套系統(tǒng)的拓撲架構(gòu)如圖4.1所示;主要包括底層終端設(shè)備（傳感設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)）、網(wǎng)絡(luò)傳輸（物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）、云服務(wù)支撐平臺（OneNET云平臺、大棚管理云平臺）以及系統(tǒng)應(yīng)用終端（服務(wù)器、PC終端、移動終端等）。圖3.1大棚種植系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖OneNET云平臺作為整套系統(tǒng)的核心，擔負著對所有底層終端的管理和監(jiān)控責任，對設(shè)備上傳的海量數(shù)據(jù)進行分析和處理，并向管理平臺進行有效的消息輸出。同時，系統(tǒng)具有靈活的可擴展性和適應(yīng)性，能夠針對企業(yè)的管理需求進行入網(wǎng)設(shè)備的自由增減，對分散布局的底層終端進行集中管理，實時掌握設(shè)備運行情況和網(wǎng)絡(luò)在線情況；通過靈活對接應(yīng)用臺，向用戶提供具有價值的內(nèi)容，提高大棚種植管理的智能化水平。整套方案在基于OneNET平臺打造的溫室大棚智能管理平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合豐富的底層終端設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的智能通道，提供“云-管-端”一體化服務(wù)。4.系統(tǒng)功能4.1WEB端功能介紹WEB端集成系統(tǒng)管理、用戶管理、設(shè)備管理、運管分析及在線監(jiān)測等；具體功能如下：4.1.1系統(tǒng)管理設(shè)備類型管理：增加/刪除設(shè)備類型，支持編輯和查看；賬戶管理：增加/刪除賬戶，支持編輯和查看。4.1.2用戶管理角色管理：管理用戶角色，支持編輯和查看；權(quán)限管理：權(quán)限分配，支持按角色分配權(quán)限，查看下級用戶信息；用戶信息管理：支持當前用戶信息（用戶名、手機、郵箱等信息）查看或修改，并可以設(shè)置是否接受報警（短信、站內(nèi)信等）；賬戶信息管理：查看當前賬戶的權(quán)限、上次登錄時間、登錄IP等。4.1.3設(shè)備管理設(shè)備管理：支持增加設(shè)備，刪除設(shè)備，編輯設(shè)備，查看設(shè)備；報警管理：根據(jù)大棚內(nèi)作物生長所需的環(huán)境條件，對系統(tǒng)進行報警預(yù)案設(shè)置。當某個環(huán)境參數(shù)發(fā)生異常時，平臺可以自動給大棚管理員推送警報，當管理員未及時處理時平臺還可根據(jù)預(yù)案自動控制大棚里的農(nóng)機設(shè)備，以達到解除異常的目的。4.1.4運管分析植保記錄查詢：系統(tǒng)保留對大棚作物的植保記錄，并支持查詢功能；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源：整合大棚內(nèi)作物生長環(huán)境的監(jiān)控、視頻監(jiān)控和植保記錄等數(shù)據(jù)信息，提供對作物進行質(zhì)量溯源；生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)分析：統(tǒng)計設(shè)備的各時段數(shù)據(jù)信息，支持按線圖/餅圖/柱狀圖及時間間隔等展示；圖4.1.4運營數(shù)據(jù)展示自動化生長策略設(shè)定：根據(jù)大棚里作物的不同、季節(jié)的不同，手動匹配相對應(yīng)的生長模型，每種模型對應(yīng)一套自動化控制的策略，通過該策略，最大程度的減少人工的干預(yù)，全面提高作物種植的自動化水平；歷史數(shù)據(jù)查詢：支持對每個大棚的歷史數(shù)據(jù)進行查詢，查詢支持按日、周、月等時間段或自定義時間段；圖4.1.5設(shè)備信息數(shù)據(jù)展示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資訊：云平臺會根據(jù)用戶所種植的作物以及偏好信息推送定制化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資訊，幫助提高用戶的種植水平。4.1.5在線管理在線監(jiān)管：結(jié)合地圖顯示大棚生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、以及各種農(nóng)機設(shè)備運行狀態(tài)；環(huán)境數(shù)據(jù)：空氣溫濕度、光照強度、CO2濃度、CO濃度等等；土壤數(shù)據(jù)：土壤溫濕度、土壤水分、土壤PH值等等；設(shè)備運行狀態(tài)：風機、卷簾機、放風機、水閥、生長燈等等；圖4.1.6設(shè)備在線信息展示視頻監(jiān)控：通過360°高清攝像頭24小時監(jiān)控大棚，并支持大棚里作物的生長環(huán)境實時遠程查看。智能報警：查收報警信息，根據(jù)報警信息設(shè)置底層終端狀態(tài)。

4.2APP端功能介紹本系統(tǒng)APP支持Android、IOS終端。主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備控制、信息查看、管理員分配等；具體功能如下：4.2.1環(huán)境監(jiān)測用戶對自己所管理的大棚進行實時監(jiān)測，包括大棚內(nèi)溫濕度、光照強度等，亦支持大棚實時視頻的查看；圖4.2.1APP環(huán)境監(jiān)測

4.2.2設(shè)備控制用戶通過app對大棚里的農(nóng)機設(shè)備進行遠程控制；圖4.2.2APP遠程控制4.2.3農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資訊查看云平臺根據(jù)用戶所種植的作物以及偏好信息推送定制化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資訊，幫助提高用戶的種植水平；4.2.4智能報警策略用戶通過app為大棚選擇智能報警策略以及自動化生長策略，靈活方便；4.2.5報警事件查看當大棚內(nèi)發(fā)生異常情況時，用戶通過APP接收到來自云平臺的報警消息推送，推送的頻率以及方式隨報警消息的等級不同而不同；4.2.6農(nóng)產(chǎn)品溯源基于底層設(shè)備的各項采集數(shù)據(jù)，用戶可追溯查看植被各階段的生長數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)，達到農(nóng)產(chǎn)品的信息溯源；4.2.7個人信息管理支持查看或修改當前用戶信息（用戶名、手機、郵箱等信息），并可以設(shè)置是否接受報警（短信、站內(nèi)信等）；4.2.8管理員功能農(nóng)場主分配其它用戶為管理員，而不必使用農(nóng)場主賬號管理大棚，更安全。圖4.2.3APP管理員功能

5.系統(tǒng)性能與安全大棚種植系統(tǒng)包括底層設(shè)備終端，OneNET開放平臺，以及大棚種植系統(tǒng)平臺。隨著設(shè)備量的不斷增加，數(shù)據(jù)量越來越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性越來越重要，尤其是作為底層設(shè)備數(shù)據(jù)的承載層OneNET的平臺的穩(wěn)定性顯得更為突出。OneNET平臺在設(shè)計初期就充分考慮了平臺海量連接時的穩(wěn)定性和安全性，詳細性能指標和安全性如下表5.1所示：類型指標指標定義指標性能指標接入并發(fā)數(shù)平臺支持同時上傳的最大設(shè)備數(shù)200萬/秒訪問并發(fā)數(shù)平臺支持同時調(diào)用訪問的最大連接數(shù)20萬/秒消息路由時延平臺轉(zhuǎn)發(fā)、下發(fā)消息最大時延100毫秒數(shù)據(jù)查詢響應(yīng)時延通過接口查詢得到響應(yīng)最大時延100毫秒上傳間隔允許單個設(shè)備數(shù)據(jù)上傳最小間隔1秒上傳數(shù)據(jù)量允許單次上傳最大數(shù)據(jù)量4MB設(shè)備接入量支持支持最大接入設(shè)備數(shù)量1億可靠性一定時間內(nèi)、在一定條件下無故障運行的可能性99.99%可用性在考察時間，平臺能夠正常運行的概率99.50%安全指標網(wǎng)絡(luò)攻擊防范防止各種網(wǎng)絡(luò)攻擊手段10G高性能入侵防御系統(tǒng)設(shè)備DDos攻擊防范防范網(wǎng)絡(luò)Ddos攻擊40G流量清洗設(shè)備鑒權(quán)管理多級權(quán)限管理體系，保證訪問安全可監(jiān)控用戶鑒權(quán)，應(yīng)用鑒權(quán)，設(shè)備鑒權(quán)加密通信通信連接，數(shù)據(jù)傳輸加密SSL和TLS加密方法數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密存儲提供包括AES-256在內(nèi)的各種加密功能隔離不同的應(yīng)用、數(shù)據(jù)在獨立隔離的環(huán)境中執(zhí)行和保存數(shù)據(jù)隔離，應(yīng)用隔離物理監(jiān)視采取物理措施構(gòu)造、管理和監(jiān)視數(shù)據(jù)中心7X24小時監(jiān)視表5.1OneNET技術(shù)指標6.系統(tǒng)可擴展性系統(tǒng)有良好的可擴展性，包括功能性擴展和性能擴展。功能性擴展方面，OneNET平臺采用松耦合式架構(gòu)，可方便子系統(tǒng)擴展及大數(shù)據(jù)分析；性能擴展方面，OneNET平臺采用分布式部署，可以滿足設(shè)備大量增加后的彈性擴容和大并發(fā)接入。7.系統(tǒng)優(yōu)勢7.1技術(shù)優(yōu)勢1）整合中國移動物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)資源和運營商級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)勢，結(jié)合模組部嵌入OneNET平臺協(xié)議的通信模組，提供“云-管-端”一體化解決方案。2）電信級設(shè)備集群，滿足海量設(shè)備的高并發(fā)快速接入，單套集群可提供200萬并發(fā)連接支持；3）基于分布式存儲和計算Hadoop統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理分析能力，降低了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和應(yīng)用跨領(lǐng)域的復(fù)雜性，可充分挖掘大數(shù)據(jù)深層次價值；4）提供企業(yè)型數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享及聯(lián)動，降低企業(yè)重復(fù)開發(fā)成本；5）支持工業(yè)