農業物聯網共性關鍵技術研究與應用示范-資料下載頁

　　

【正文】 發明人： 吳威。曹靖。高健。周忠。趙沁平（2）發明專利：傳感器設備及網絡系統、服務器節點、通信路徑構筑方法專利申請號： 申請人： 夏普株式會社發明人： 石田昭人（3）發明專利：傳感器裝置及控制方法、服務器節點、傳感器網絡系統 專利申請號： 申請人：夏普株式會社發明人： 石田昭人（4）發明專利：傳感器網絡系統和傳感器節點專利申請號： 200810005863. 2申請人： 株式會社日立制作所發明人： 浦野雄大。室啟朗。小高俊之。大串穣。脅坂義博（5）發明專利：無線傳感器網絡節點傳感器標準化接口電路 專利申請號： 申請人： 杭州電子科技大學發明人： 趙備。申興發。戴國駿。曾虹。劉鵬。張建輝（6）發明專利：無公害農產品的長期安全預警方法專利申請號： 申請人： 貴州省理化測試分析研究中心發明人： 譚紅。何錦林。羅艷（7）發明專利：基于網絡的農產品質量安全快速監測系統及其方法專利申請號： 200610027477. 4申請人： 上海農業信息有限公司發明人： 占錦川（8）發明專利：基于網絡的農產品質量安全快速監測系統專利申請號： 申請人： 上海農業信息有限公司發明人： 占錦川（9）發明專利：食用農副產品質量安全管理與監控追蹤方法及系統專利申請號： 申請人： 上海農業信息有限公司發明人： 占錦川。朱軼峰（10）發明專利：食品安全監控系統專利申請號： 申請人： 上海農業信息有限公司發明人： 占錦川（11）發明專利：用于食品安全追溯的監管數據庫系統及其數據處理方法專利申請號： 申請人： 薛明亮發明人： 薛明亮（12）發明專利：基于射頻識別的果蔬供應鏈監管與追溯系統專利申請號： 申請人： 深圳先進技術研究院發明人： 彭磊。于峰崎。耿永清（13）發明專利：蔬菜全程質量控制追溯技術專利申請號： 申請人： 深圳市湖爾美農業生物科技有限公司發明人： 徐代安（14）發明專利：提供第三方認證的食品安全追溯系統專利申請號： 申請人： 江蘇克蒂納信息技術有限公司發明人： 陳淵。林琳（15）發明專利：用于食品安全追溯的監管數據庫系統專利申請號： 申請人： 薛明亮發明人： 薛明亮（16）發明專利：零售終端食品安全信息追溯系統專利申請號： 申請人： 上海追索信息科技有限公司。上海凱士電子有限公司發明人： 原立軍。葉家梁。邵春根（17）發明專利：一種通過RFID實現產品質量追溯的系統專利申請號： 申請人： 周波發明人： 周波本項目的創新點：在傳感器接口標準化方面：針對專利15相關內容分析，本項目采取的技術路線和方案將通過標準化的物理接口和數據接口實現傳感器的互換和即插即用；在網絡接口方面，在考慮異構網絡接入的基礎上，采用技術手段實現智能節點和終端廣泛的互操作。在農產品質量追溯信息體系方面：國內外主要是從農產品質量安全管理和認證體系中采用HACCP國際標準實現農產品全產業鏈過程監管，但并沒有從技術方面針對農產品質量安全體系角度建立可信信息的獲取方法，并在相關技術手段基礎上，實現過程關鍵點全程監控。相關內容現有專利都沒有涉及。在農業物聯網數據獲取方面：這是國際上首次提出的概念，本項目將基于傳感網絡技術、關鍵點儀器檢測和人工輸入手段相結合，針對農產品生產安全和質量安全構建農業物聯網信息獲取系統，并設計應用程序接口和中間件實現數據庫的跨平臺應用。所采集的具體思路和方案與現有專利617有很大差別。三、研究內容與考核指標1．研究內容、擬解決的技術難點、技術路線和創新點在物聯網標準體系基礎上研究農業物聯網標準體系；針對農業物聯網感知層應用特點，制定農業物聯網傳感器接口規范；在標準體系指導下建設具有廣泛互操作能力的傳感器數據模型、描述協議和交互機制，以支撐農業物聯網應用系統的可重用；開發滿足傳感器接口標準的傳感器節點及其應用集成開發平臺，作為農業物聯網應用示范系統建設的基礎；開發面向農產品質量安全智能傳感系統與智能終端；將上述農業物聯網關鍵技術標準化應用到典型農業領域，建立面向農產品質量安全監測與追溯的農業物聯網應用示范系統。項目總體思路 ：“建立農業物聯網標準體系→制定農業物聯網傳感器接口規范→建設具有廣泛互操作能力的傳感器數據模型、描述協議和交互機制→開發滿足傳感器接口標準的傳感器節點及其應用集成開發平臺→開發農產品質量安全監測與可信追溯系統平臺，建立農業物聯網應用示范工程”。（一） 農業物聯網標準體系課題目標和研究內容在物聯網標準體系基礎上進行擴展，體現農業的特點，建立農業物聯網標準體系，依此開展農業物聯網標準化方面的研究，同時也為以后開展其他行業物聯網標準化工作提供了可以遵循的研究方法。關鍵技術問題農業信息獲取特殊性，涉及傳感器種類繁多、機理復雜，數據存在有異構性，應用需求存在多樣性，從而導致提煉農業物聯網參考模型是一個難點，并在此基礎建立的統一標準體系面臨巨大的挑戰。具體技術路線圖 1農業物聯網標準體系（1）感知層數據采集與感知主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。感知層的自組網通信技術主要針對局部區域內各類終端間的信息交互而采用的調制、編碼、糾錯等通信技術，實現各終端在局部區域內的信息交互而采用的媒體多址接入技術，實現各終端在局部區域內信息交互所需的組網、路由、拓撲管理、傳輸控制、流控制等技術。感知層信息處理技術主要指在局部區域內各終端完成信息采集后所采用的模式識別、數據融合、數據壓縮等技術，以提高信息的精度，降低信息冗余度，實現原始級、特征級、決策級等信息的網絡化處理。感知層節點級中間件技術主要指為實現傳感網業務服務的本地或遠端發布，而需在節點級實現的中間件技術，包括代碼管理、服務管理、狀態管理、設備管理、時間同步、定位等。（2）網絡層網絡層主要用于實現感知層各類信息進行廣域范圍內的應用和服務所需的基礎承載網絡，包括移動通信網、互聯網、衛星網、廣電網、行業專網，及形成的融合網絡等。根據應用需求，可作為透傳的網絡層，也可升級滿足未來不同內容傳輸的要求。經過十余年的快速發展，移動通信、互聯網等技術已比較成熟，在物聯網的早期階段基本能夠滿足物聯網中數據傳輸的需要。（3）應用層應用層主要將物聯網技術與智能農業系統相結合，實現廣泛的物物互聯的應用解決方案。主要包括業務中間件和行業應用領域。其中物聯網業務中間件子層用于支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通的功能。（二） 農業物聯網傳感器接口規范課題目標和研究內容在傳感器網絡國家標準化體系指導下，針對農業物聯網應用中的典型傳感器，設計標準化的傳感器物理接口、傳感器數據接口系統解決方案，解決異構網絡和跨平臺應用下傳感器節點的廣泛互操作問題，實現產業化和降低成本，為農業物聯網的大規模應用奠定基礎。具體研究內容農業物聯網是典型異構、多源信息，涉及的傳感器的原理、信號類型和使用環境最為復雜。需要針對農業物聯網感知層信息獲取和信息傳輸，建立滿足應用的傳感器接口模型和接口規范，包括傳感器物理接口、數據接口、用戶接口和網絡接口，為智能標準化接口模塊設計提供依據。關鍵技術問題l 多源信息與數據的標準化：農產品從農場到餐桌全產業鏈所設計的信息類型復雜，如何建立統一的標準實現數據的跨平臺應用是可追溯系統廣泛應用的基礎。l 農業物聯網傳感器物理接口輸出信號適配處理：農業物聯網傳感器，作為智能農業信息接入的最前端，相對來說它具有種類繁多、信息獲取多源化、信號處理復雜、傳輸方式多樣等特點，制定較為統一的輸出信號適配處理方式是一難點，但又極為重要。具體技術路線傳感器物理接口和數據接口是將傳感器連接到網絡的硬件、軟件規范。本研究將采用黑箱方法，以傳感器的輸出信號及其適配處理方式建立傳感器模型。對于傳感器物理接口：將根據傳感器的輸出信號類型進行分類，著重從模擬、數字、無線，以及其它非標準類型等幾個方面對傳感器的輸出信號規范及其接入到網絡的適配處理方式等做出規范說明。對于傳感器數據接口：將通過數據描述文件和應用程序訪問接口，實現傳感器屬性描述、通道訪問和用戶訪問。通過設計應用程序接口，實現對傳感器通道數據的讀寫、狀態的查詢等。通過定義網間應用程序接口，實現用戶程序與傳感器網絡節點之間的信息交互，實現傳感器網絡實時數據服務。（1）農業物聯網典型傳感器模型：針對農業中的資源利用、農業生態環境監測、農業生產精細管理、農產品與食品安全管理與溯源等應用領域，分析農業物聯網典型傳感器的應用場景、信號輸出方式、網絡接入方式等，歸納傳感器的典型輸出信號、接線方式等，最終建立面向輸入輸出的傳感器模型，為農業物聯網傳感器接口規范，特別是物理接口規范的制定提供依據。（2）農業物聯網傳感器物理接口規范：在農業物聯網傳感器模型基礎上，從模擬、數字、無線，以及其它非標準類型的輸出信號入手，對農業物聯網典型傳感器的輸出信號特征及其接入到網絡的適配處理方式等做出規范說明，同時從功耗，防水、防潮濕、防高溫、防灰塵等特殊要求方面研究農業物聯網傳感器的環境規范。輸出信號規范方面：從模擬接口、數字接口、無線接口，以及其它接口等幾個方面對傳感器的輸出信號類型及其電氣特性加以規范，目的是方便后續連接設備如傳感器網絡節點的適配處理，并形成標準化的適配模塊。適配處理規范方面：傳感器的輸出信號經過規范后形成若干主要信號類型，針對不同的信號類型形成規范的適配處理方式，指導適配模塊的設計、生產和集成。（2）農業物聯網傳感器數據接口規范：農業物聯網傳感器數據接口主要規范應用程序訪問接口和數據接口描述文件。訪問接口包括通道訪問接口和用戶訪問接口，前者是應用軟件與傳感器通道數據之間的橋梁，后者是傳感器系統用戶程序與傳感器網絡節點軟件（或智能傳感器）之間的橋梁。 數據接口描述文件規范方面：采用XML語言，從數據接口模型和描述規范兩個方面來著手設計數據接口描述文件。數據接口模型是對數據內容的約定，描述規范是對訪問形式的約定。數據接口模型涉及傳感器基本信息、通道信息、數據格式和交互協議等重要內容。描述規范提供一套如何組織數據接口模型信息的方法。從而按照該數據描述文件，支撐應用程序訪問接口規范，實現傳感器系統應用程序的可重用。訪問接口規范方面：通過分析上層開發應用的需要，制定規范以提供通道訪問接口和網絡用戶訪問接口。通道訪問接口通過定義一組應用程序接口，實現對傳感器通道數據的讀寫、狀態的查詢等。通道訪問接口的具體實現要依賴于數據接口描述文件。用戶訪問接口通過定義一組面向上層應用的應用程序接口，實現用戶程序與傳感器網絡節點之間的信息交互。同樣，用戶訪問接口的具體實現也依賴于數據接口描述文件。（三） 面向廣泛互操作的農業物聯網傳感數據建模及應用課題目標和研究內容全面分析農業物聯網典型應用系統，以農業物聯網傳感器節點為應用對象，研究統一的傳感數據模型及傳感數據描述協議；探索在統一傳感數據模型下的傳感數據交互機制對系統互操作性影響的一般規律，設計面向初始化通信的傳感數據交互機制；結合典型農業物聯網應用系統對傳感數據互操作的要求，研究基于傳感數據模型的農業物聯網應用系統可重用設計方法。具體研究內容（1）農業物聯網傳感數據建模與傳感數據描述協議研究：從概念模型、工程模型等方面逐步建立以農業物聯網傳感器節點為中心的傳感數據模型，確定模型的編碼表示方式——傳感數據描述協議，形成傳感數據的靜態描述框架設計方法。（2）面向初始化通信的傳感數據交互機制及其系統互操作性影響的一般規律：探索農業物聯網傳感數據交互機制對系統互操作屬性影響的一般規律，包括可伸縮性、可修改性、可移植性，以及包括實時性、可靠性等，研究面向初始化通信的傳感數據交互機制，以疏通引導農業物聯網傳感數據交互方式的多樣性，形成了傳感數據的動態交互協議設計方法。（3）底層信息處理規范：研究制訂農業物聯網底層數據協同、壓縮、融合標準，規范化底層信息處理模型，有效提高設備間互操作的工作效率，保障底層信息處理的簡潔、有效、不失真。（4）基于傳感數據模型的農業物聯網應用系統可重用設計方法：以傳感數據的靜態描述框架和動態交互機制為基礎，探索農業物聯網多傳感器應用系統的可重用設計方法，實現即插即用。關鍵技術問題（1）建立農業物聯網傳感數據模型：傳感數據模型是探索農業物聯網傳感數據靜態描述框架和動態交互機制設計方法的基礎。傳感數據模型的建立是一個不斷求精、反復論證的過程，需要眾多的農業物聯網傳感器系統典型應用場景作為指導。它是系統互操作設計的前提。（2）農業物聯網傳感數據交互機制對系統互操作性影響的一般規律：農業物聯網傳感數據交互通常根據特定任務而呈現多樣性，表現在采樣速率、數據包格式、應答方式等多個方面，其設計方法多數是在功能要求基礎上，以系統實時性和可靠性為導向的。然而隨著技術系統復雜程度和計算資源的提高，系統互操作性顯得尤為重要。探索一般規律，指導農業物聯網傳感數據交互機制設計，在保證系統實時性可靠性的同時，最大限度地提高農業物聯網互操作性極為重要。具體技術路線在農業物聯網傳感器節點數據模型上設計其表示方式“靜態的傳感器數據描述協議”,以初始化通信為導向設計農業物聯網傳感數據交互機制，在此基礎上提出農業物聯網應用系統可重用設計方法。（1）農業物聯網傳感數據建模與傳感數據描述協議研究：采用本體理論和方法建立傳感數據的概念模型，用于描述農業物聯網應用系統中的傳感器特性參數、數據格式和信號處理過程等重要內容。概念模型的建立主要包括術語獲得、概念分類、明確屬性和約束、一致性檢查，以及修正和評估等過程。采用標準描述語言對概念模型進行形式化描述，形成規范表達的傳感數據模型。將該傳感數據模型作為標準，指導和約束農業物聯網標準化傳感器節點的設計和開發。（2）面向初始化通信的農業物聯網傳感數據交互機制及其系統互操作性影響的一般規律：以農業物聯網典型應用系統為背景，首先確立針對傳感數據交互設計的實現前的評估機制，按照一定的分類方法學作為指導