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1.行业背景
农业四情远程监测系统是一种综合性的农业环境监测设备，里面包括了气象要素监测，土壤墒情监测和苗情监测以及虫情监测等，基本囊括了农业生产过程中可能遇到的问题和所需要的数据信息，对农业生产现代化的发展有重要的帮助作用。
当前作物栽培的发展方向是提高产量、保证质量、节本增效，因而运用四情监控系统来抓好栽培的科学处理是非常契合农业的科学打开观的，它搜集有机水稻基地温、光、水、气、热等气候条件，来实时监测、搜集土壤温度、水分、CO2等有关数据政策，然后通过精准操作、精密处理，来进步栽培处理功率，降低处理本钱，完结更高的出产效益。
农业的未来，在于农业科技的不断进步。随着传统农业向智慧农业的转变，互联网、大数据、人工智能等技术结合应用到了农业生产的各个环节，大大提高了劳动力、资本等各项生产要素资源的配置与利用效率。
2.需求分析
2.1行业需求
随着时代的发展，农业需要做到对大田的墒情、病虫情一目了然，能实时查看农作物的生长情况，春季田管也变得更有针对性。实现对农田生态环境和农作物“四情”即苗情、墒情、病虫情和气象监测的动态高精度监测。
实现对每个监测点的环境、气象、病虫状况、作物生长情况等进行实时监测，结合系统预警模型，对作物实时远程监测与诊断，并获得智能化、自动化的解决方案。重点实现如下功能。
- 气象检测。
- 土壤墒情检测。
- 苗情检测
- 虫情检测
- 远程监测
2.2需求分析
- 现场分散，施工困难
由于农田所处位置比较偏远，覆盖范围较大，没有网络，没有供电，一般的通讯设备不能在这种环境下工作，应用lora通讯方案较为合适。
- 环境恶劣，需要设备工业品质设备
可能会有大量灰尘，灰尘积累增加可能会产生静电，为保证系统的稳定工作，设备必须具有很强的抗静电能力。同时户外安装的设备应该具有耐高低温和防雷特性。
- 数据需远程监测
农业四情监测系统需要数据远程监测，农业四情的状态实现远程监测，无人值守的环境下实现遇到问题可以及时处理，保障农作物的健康生长。
3.系统解决方案
3.1系统概述
本方案在总体设计中是以网络信息技术为核心，在工业控制与物联网技术相融合基础上，建立的一套高科技智能远程在线监控系统。远程在线监控系统是利用计算机、数据通讯网络、智能控制设备等来完成对四情系统远程监测与控制的一体化管理系统，通过融合互联网、大数据、地理信息、智能分析、等前沿技术，建立能源传输智能监控与可视化管理平台，最终实现全面监控、智能运维、辅助决策、可视化运营管理，有效促智慧农业的发展。
3.2系统设计
通过结合物联网通信技术，我们推出云+网+端的lora组网方案，此方案最大的特点是系统部署简单、灵活、客户现场采集设备可以快速上云，云服务器自带固定公网IP，企业客户无需部署运营商专线。云服务器只需要安装组态软件，即可实现在云服务器远程监测农田四情状态，通过云服务监控系统可以实时采集现场数据终端数据。从而实现对现场设备及数据远程在线监控。
3.3网络拓扑
3.4系统组成
整个远程监控系统由数据中心端、网络传输端和现场数据采集端三部分组成。
现场数据采集前端设备负责时时采集场站内的情况，数据业务采用温湿度传感器、虫情测报灯、苗青测试仪、气象检测仪实时现场采集各传感器数据。 并通过lora的频段将数据传输到OGC300。
网络传输端是信号传送的通道，负责与监控中间建立网络通道，将前端设备采集的信息传送给监控中心的远程监控平台，远程监控平台并将监控中心下达的指令传送给前端设备。
在云服务器上部署远程在线监控平台，对整个系统进行统一管理。通过平台将所有站点业务数据汇聚，实现远程在线监控。
3.4.1数据中心端设计
数据中心端主要由两部分组成：
- 远程在线监控平台软件（客户定制）
- 云服务器-阿里云
数据中心端，可轻松实现远程在线监控平台实时采集现场终端设备的运行参数、视频图像等数据。并对数据存储、显示、计算分析。实现对数据采集设备运行情况、相关运行参数的实时监控。远程在线监控系统还可以使用户通过浏览器或手机APP方式在任何位置远程查看运行状态和监控画面。
平台实现的主要功能：
数据监控功能：
- 远程设备状态监控。
- 设备故障报警。
- 参数分析判断功能。
- 温湿度/虫量趋势显示。
3.4.2网络传输端设计
- 网络传输端功能
网络传输端是整个远程在线监测系统联络的枢纽，部署在农田站点的各类采集终端通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。网络传输端采用工业级无线lora网关作为数据通信载体，lora网关在接收到终端采集的数据后，工业级无线lora网关通过4G网络接入互联网，通过连接云服务器，把站内数据实时上传到数据中心。
- Lora网关设置
Lora网关设置好应用ID、信道和速率。为不同的业务规划不同的信道及速率。将现场终端设备都嵌入lora模块，每个lora模块设置里的应用ID、信道、速率与lora网关保持一致，每个lora节点的ID设置要唯一，以便lora网关可以分辨数据对应的业务。
- 工业级设计
方案提供的工业级无线lora网关采用全工业化设计，从处理芯片、通信模块、电子器件全采用工业级标准，产品具备以下可靠性指标：采用工业设计性，金属外壳，防护等级为 IP30 EMC各项等级指标达3 级 串口支持 1.5KV 隔离变压保护 宽温支持：-40 ~70℃ 宽压支持：DC12-48V。
- 设备集中管理规划
考虑到系统中设备安装位置比较分散，维护困难程度比较大。为了更方便的远程集中远程管理设备，传感器检测的数据会汇总到lora网关，再通过4G网络上传至云服务器，通过中心端软件可以直观的查看设备在线情况，以及连接时间。
- SIM卡设计
- 物联网SIM卡:
物联网卡主要是专门面向企业，资费便宜。主要用于需要无线联网设备上实现数据传输功能。物联网为普通物联网卡和工业物联网卡，根据安装环境受环境温度影响较大的站点，可以采用工业物联网卡。工业级物联网卡材质耐高温耐腐蚀，使用年限长，而广泛使用。
我司物联网卡有多种材质与形态，满足客户不同场景的安装与使用需求。结合稳定可靠的工业级设备，丰富的IoT组网解决方案，我们为企业客户提供优质的物联网卡资费解决方案，简化各大行业企业客户所遇到的繁杂的办卡业务流程，评估和计算客户业务所需要的最适合的流量资费，并借此为客户提供卡与通信终端一体化的全面服务。
3.4.3现场数据采集端
现场数据采集端主要由各类内置lora模块的传感器组成，传感器在每隔一段时间感知数据后再通过不同的信道分别向lora网关发送不同业务的数据。
3.4.5实现功能
- 土壤墒情监测
土壤墒情监测系统可对不同层次的土壤温度水分进行动态监测，最低监测三层、最高检测5层土壤温度水分，可快速全面的了解墒情信息。
- 智能虫情检测
智能虫情监测系统运用现代光、电、数控技术、无线传输技术等构建出一套害虫生态监测及预警系统。该系统采用先进的智能识别技术，集害虫诱数据记录于一体，自动完成诱虫，杀虫，虫体分散，拍照，运输，收集，排水等系统作业，并实时将采集到的虫害情况无线上传至云平台。
- 气象监测系统
因不同农作物生长的小气候环境条件不一样，所形成的各自小气候特征会直接影响农作物的生长发育进程和产量。通过对农田、温室、林场小尺度环境的实时气象要素数据的观测，可形成对小区域农业种植提供可靠的气象数据模型支撑。通过现场的气象监测设备，实现对空气温湿度、风速、风向、雨量、光照度、大气压力、紫外线等多种数据24小时全天候监测。
- 苗情检测
可以选择几天上报一次苗情数据，在云平台可以对数据进行统计，根据数据分析，判断农作物的成长速度是否与预期有偏差，如有偏差可以结合其它数据来判断是什么导致的，从而解决问题。
4、方案技术特点
本方案充分遵从各项设计原则，完整地实现了行业的各项需求。
- 先进性：
本系统是融合工业互联网、移动无线通信技术、云计算等前沿技术，建立的一套智能远程在线监控系统。最终实现业务运营全面监控、智能运维、辅助决策、可视化运营管理。体现了当前工业数据通信技术的新发展水平，适应时代发展的要求。
- 可靠性：
此方案通过选用工业级通信产品确保整个设备可靠运行。该产品内置高性能工业级处理器，lora网关采用最先进的LX1302芯片，8通道高速率。抗干扰性强，满足多种多样的工业数据传输需求。并且设备提供多种恢复机制。
* 具备掉电自动保护、来电自动恢复、死机自动重启（看门狗）等保护功能。
* 链路层检测，通过ICMP检测机制，实时检测链路情况，实现掉线自动重拔，保持链路长连接。
* PPP层检测，维持与运营商网络侧的连接，防止被强行休眠，可侦测拨号连接
的稳定性。
*前向纠错机制，即使数据在传输过程中丢包，数据也能恢复正常。
- 双链路备份：
*支持链路备份、浮动路由、提供故障线路的转移保护。。
- 实现现场网络无人值守，无线工业lora网关7*24小时在线。保证系统数据实时采集。
- 安全性：
考虑到监控业务数据具有安全需求，在整个网络设计中要充分考虑到数据的安全问题，在设备的选型上着重衡量设备的安全性，以确保整个系统安全、可靠运行。
- 网络安全防护：支持 SPI 包状态检测防火墙、ACL 访问控制，防 DoS 攻击，入侵保护(禁 Ping)、IP-MAC 绑定等防火墙功能保障网络不受外界功击。
- 通过云服务器将远程用户设备、现场设备和公司总部数据中心网络建立可信的安全连接，实现数据的安全传输，
- 可扩展性：
远程在线监控系统采用工业级无线网络设备，可以选择组建VPN网络系统。系统结构具有可扩展性，完全满足用户对网络功能需求的不断增长。后期用户可以根据需要改变网络结构，增加网络节点，扩充更多的数据采集内容。网络完全支持。
- 经济实用性：
通过技术经济比较，性能价格比较，选择lora网络设备减少了现在复杂环境施工带来的不便。无需供电，也能长时间运行并传输数据，保护了现有设备和投资。同时可以兼容市面上绝大多数的lora模块，更使得用户在系统建设中享受到经济实惠，让整体系统具有最优的性能价格比。
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