1、黑龙江省新农村建设农业新品种新技术示范推广项目申 请 书2010 年度项目名称: 黑龙江省大棚温室物联网应用系统项目负责人: 王建华项目联系人: 刘海坤联系电话: 0451-申报学校(盖章): 哈尔滨师范大学填报日期: 2010-10-15黑龙江省教育厅制2项目承诺书申请人承诺：1、项目申请书中填报的各项内容真实准确，并经项目组所有成员一致确认，并愿意承担由于填报不实带来的后果。2、如果项目获得批准立项，本申请书将自动成为项目合同，本人及项目组所有成员将遵守黑龙江省新农村建设科技服务计划项目管理办法的有关规定，认真开展研究工作，取得预期研究成果。申请人（签章）：3年 月 日一、简表项目名称 黑
2、龙江省大棚温室物联网应用系统类 别 新品种 新技术起止时间 2011.12013.12 申请金额 35 万元项目情况已获支持 国家星火计划 国家推广计划 省推广计划姓 名 王建华 性 别 女 出生年月 1956.3职 称 教授 最后学历 研究生 学 位 硕士项目负责人 所学专业 计算机应用技术 从事专业人工智能、地理信息系统 年参加月数 4总人数 正高 副高 中级（初级） 博士生 硕士生7 1 2 4 0 0姓 名 性别 年龄 从事专业 技术职务 单位 学位 本人签字赵松 男 34 网络安全 副教授 哈师大 硕士张珑 男 32 自动控制 副教授 哈师大 硕士那晓东 男 28 遥感遥测 讲师 哈
3、师大 博士邸佳奇 男 29 人工智能 讲师 哈师大 硕士项目组主要成员(不含申请者)段喜萍 女 30 模式识别 讲师 哈师大 硕士4李世明 男 34嵌入式系统讲师 哈师大 硕士李锐 男 26计算机视觉实验师 哈师大 硕士5二、立项依据1、目的意义黑龙江作为全国最大的绿色食品加工基地、无公害农产品生产大省和粮食总产量居全国第二位的农业优势地位。我省提出发展农业物联网应用，打造龙江优质优价的绿色生态农业品牌。一方面重点推广农业大棚温室监控。通过连续监测土壤养分、土壤湿度、墒情数据的监测，实现农、田间自动化管理, 为监管部门科学决策保护粮食安全提供有效数据。另一方面通过食品追溯标签使消费者全面了解产
4、品信息，确保食品安全。由于农业生产不同于工业生产，农业生产过程不可完全模拟，要素的投入不具备完全可控性，而且各要素对产量的影响是一个交叉作用的结构，因此，以微观层面研究为主所取得的结论在实际推广中可能会得到南辕北辙的后果。基于此本项目将作物的模型限定在大棚温室，考虑的因素主要有土壤水分和作物具体属性等自然和生物影响因素，在大量实时测量数据的基础上建立大棚温室的作物模型，解决农业决策依据的问题。“黑龙江省大棚温室物联网应用系统”项目利用研发的农业专家系统实现对农业生产的科学合理的控制，达到节能、增产、高质量、高效的目的。采用物联网技术实现农业生产环境信息的实时采集和利用自组织智能物联网对采集数据
5、进行远程实时报送，并基于传感器网络和全球定位系统实现农产品的数字化物流，集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等实现农产品质量跟踪和溯源。去年以来，国务院先后批准 11 个国家级区域发展规划。在东北地区，辽宁省沿海经济带开发区、吉林省长吉图经济先导区都已经上升为国家发展战略，而黑龙江省作为国家最重要的商品粮基地，以能源、资源著称，为共和国建设做出重要贡献的老工业基地，至今没有一个国家级战略的发展规划。黑龙江省应该借助于物联网技术，在第三次创业浪潮中抓住机遇，提高农业的科技水平，争取将黑龙江省农业的发展尽快纳入到国家区域发展的总体战略中。62、我省现状、发展趋势、市场需求及
6、风险、预期经济和社会效益分析2.1 我省现状、发展趋势物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，物联网产业被当作一个新的经济增长点而得到高度关注。为抓住物联网发展先机，促进物联网产业尽快形成势头和规模，日前，黑龙江省省长栗战书、副省长孙尧先后三次做出重要批示，要求省通信管理局及省内相关部门尽早研究，积极组织实施，大胆探索。黑土地以粮为傲。黑龙江省去年粮食总产 845 亿斤，创历史新高。但生产方式落后、基础设施薄弱、产业化水平低等劣势仍是绕不过的“坎” 。提高农业综合生产能力、加快农业现代化和城乡经济社会发展一体化两大平原农业综合开发试验区正是要从“根”上解决问题。随着我省“八
7、大经济区”和“十大工程”的逐步推进，可以想象农业物联网市场前景非常广阔。本项目从大棚温室物联网应用系统入手，由小及大，扎扎实实的探索黑龙江省农业物联网的实现方式，必将对龙江经济产生极大的促进作用。2.2 市场需求及风险、预期的经济和社会效益分析黑龙江省农业大棚温室监控系统以模块的方式用户提供，提供整个大棚温室的控制系统设计、施工方案和后期的培训和维护。年生产能力根据需要，预测为每年 100 套左右。专家预计，农业大棚温室物联网系统作为一种与互联网、移动互联网同等重要的网络，随着技术日益成熟，应用日益普及，市场规模将会达到数百亿元。本项目的开发不存在技术风险、人员风险和政策风险，但存在一定的市场
8、风险。这种市场风险主要表现在竞争对手的介入。自 2009 年 9月我国成立传感器网络标准工作组以来，全国各省各市均已根据实际情况开展物联网产业。为了在竞争中占据并保持一定的市场份额，并逐步扩大自身的竞争优势，就必须不断的调试和改进产品，最大限度地满足农业生产的需求，巨大的潜在需求和良好的市场前景将使该产品能为本项目的研发提供获得可观的销售收入和丰厚的利润回报。73、项目总体目标、关键技术内容、技术特点3.1 项目总体目标本项目采用物联网技术实现农业生产环境信息的实时采集和利用自组织智能物联网对采集数据进行远程实时报送，基于传感器网络和全球定位系统实现农产品的数字化物流，集成应用电子标签、条码、
9、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等实现农产品质量跟踪和溯源。以便实现对大棚农作物从种植、培养、灌溉，到施肥、收割、加工、销售等所有环节进行有效地全程监控和信息查询。3.2 关键技术内容（1）实现原始农业信息的自动采集和无线传输在原有的传感器技术的基础上，采用 Zigbee 技术实现无线传感器网络，对温度、湿度、CO2 浓度、PH 值和土壤水分等基础的农业信息，进行低功耗、低成本无线采集和传输。（2）物联网嵌入式系统中间件物联网嵌入式中间件包括硬件和软件设计两个方面，在硬件方面要注意通用性、低功耗性、可扩展性和可靠性的设计，在软件方面要注意跨平台开发工具的选取、中间件软件接口的规范化、各方面
10、功能之间的耦合关系、传输速率等问题。（3）适合于大棚温室管理和信息上报查询系统在采集的大棚温室信息的基础上，建立作物的成长模型，进而实现温室管理的专家系统，及时、准确地发现问题，解决问题，指导农业生产，从而有助于保持并提高农作物的产量和质量。通过实现农产品的电子信息写入工作，并同国家质量信息系统相连，以便实现农产品质量跟踪和溯源。3.3 技术特点本系统主要实现了温室的农业信息自动采集、自动控制和农产品的质量跟踪和溯源工作，本系统关键的技术主要体现在：一方面，实现了原有传感器的无线通信和无线数据的中间件设计技术，实现了多样的传感器数据和接收输出端口的一致性，另一方面实现了农业的 RFID 中间件
11、的设计。84、现有研究工作基础、现有条件和手段4.1 研究工作基础：本项目以黑龙江省智能教育与信息工程实验室为平台，以黑龙江省信息技术教育实验教学示范中心和黑龙江省服务外包人才培养基地为依托，在网络信息安全、网络通信、无线传感器网络，云计算问题等方面具有较好的研究基础，为本项目的顺利实施提供了可靠保障。在信息安全方面，提出了增强系统安全的算法，提高了系统安全性；在无线传感器网络通信协议研究方面，提出了基于 DSR 的节能路由协议，该方法与以往算法相比较，网络节点的能耗大大降低，延长了网络生存期，提高了网络各节点的剩余能量比。该研究方向在国家自然基金、省教育厅和科技厅的资助下，深入各个方向研究，
12、在 EI 检索期刊上发表文章共计 10 篇，EI 检索的国际会议上发表文章 25 篇。获科研经费40 万余元。4.2 现有条件：哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院经过长期的科学研究与实践探索，逐渐形成了一支结构合理、富有创新精神、敢于挑战的学术队伍，先后被评为省级重点实验室，省级重点学科和省级重点实验示范中心。本课题组在学院的大力支持下，学科实力大大增强，已出版著作8 部，发表学术论文 60 余篇，其中国家级 14 篇。课题组成员在网络安全、嵌入式系统、人工智能等方面做了大量研究，一些高水平的论文先后发表在计算机研究与发展 、 系统工程理论与实践 、和计算机科学等知名学术刊物上。我学院信息
13、系统研究中心将为该项目的实施提供必要的支撑条件包括：1）高性能的软件如 ISE11.0 、Synplyfy8.2 、VxWork、Sybase 、 Modelsim；JBuilder 等 2）硬件设备如示波器、逻辑分析仪、ARM 开发板、Zigbee 开发板、波峰焊机、局域 NT 网络系统、图形工作站所有这些条件可满足本研究数据采集、处理和模型分析的需要，为本项目的实施提供了充分的条件。同时，学校及院图书馆和资料室相关资料丰富，可保障本研究达到预期研究结果。9三、推广方案1、推广过程的可行性分析该项目的农村信息化部分已经进行，目前正在农业信息的采集和农业信息的控制及农业电子标签的实现工作进行深
14、入的调查研究；并正在进行开拓市场的工作。该项目的实施有利于提高我省农业的精准化程度；有利于提高我省农业的产出率；有利于推进我省农业的发展纳入到国家的区域战略范畴；有利于推进物联网产业在黑龙江省的高速发展。通过该项目推广过程的可行性分析，可以得出以下结论：该农业物联网技术上先进、合理，功能上完善、实用，应用前景广阔，具有很大的潜在市场，是一个非常值得推广应用的项目。2、主要研究方法和技术路线本项目主要实现了温室的农业信息自动采集、自动控制和农产品的质量跟踪和溯源工作。主要研究方法包括：传感器数据的 Zigbee 通信方法、现场嵌入式控制中间件的使用方法和农业专家系统和农业 RFID 中间件的设计
15、开发方法。2.1 温室农业信息采集和控制温室农业信息采集和控制系统将温室的温度、湿度、CO2 浓度、光照度、土壤水分、土壤 PH 和土壤电导率等信息采用 Zigbee 通信的方式将各个节点的信息传送给现场嵌入式控制单元。现场嵌入式控制单元采用 ARM 控制实现无线接收模块、信息的存储、分析、建模、控制各个执行机构实现温室的自动控制，同时通过现场总线实现信息的上传和管理信息的接收执行功能。现场的所有采集信息均可以通过控制中心的管理计算机通过 Internet 网络进行定制内容的传输（见图 1） 。2.2 农产品的跟踪和溯源我省是农业大省，应该树立我省的农业绿色品牌，本项目我们采用RFID 技术实
16、现农产品的跟踪和溯源。在现有的农产品电子标签的基础上，开发适合我省大棚温室的 RFID 读写设备，开发农业的 RFID 中间件，开发农产品信息的管理平台，并同国家的质量系统相联网，实现农产品信息的网络共享，实现农产品质量的跟踪和溯源（见图 2） 。10图 1 温室信息采集及控制系统框图图 2 农产品的跟踪和溯源113、项目的进度安排2011 年 1 月 1 日2012 年 6 月 1 日 方案论证、系统设计2012 年 6 月 2 日2013 年 4 月 30 日 硬件设计、软件编码、样机测试及试用2013 年 5 月 1 日2013 年 8 月 30 日 软硬件产品的改进2013 年 9 月
17、 1 日2013 年 12 月 31 日 小批量生产4、项目预期达到的主要经济指标和社会效益指标4.1 主要经济指标农作物温室物联网应用系统的研发在社会主义新农村的信息化建设起到积极的推动作用，能够统一标准、资源整合、节约成本，具有较高的推广应用价值。系统投入运行使用后，预计 3 年内节约信息管理与维护成本 100 万元，对于促进农作物增产增收，产业结构调整，自然灾害预报预警及推动农业发展方面创造利润将超过 300 万元。4.2 社会效益指标本项目的实施可以提高我省农业信息化的水平与能力，可以提高政府对农业生产的宏观监控与应急指挥处理能力，通过大量涉农信息的管理、维护、更新，可以促进基于平台的
18、大规模沟通与多层次、多角度、多对象之间的联系，可以很好的促进农村物质文明建设和精神文明建设。12四、经费预算按年度申请资助金额(万元)2011 2012 201325 5 5预算支出科目金额（万元）计算根据及理由1.设备购置费 7.0 购置无线传感器、网络通讯设备、电子元器件所需费用2.能源材料费 7.0购置温室大棚的建筑材料 3年共计 4.5 万元，车辆及棚内消耗能源费用 2.5 万元3.试验外协费 9.0数据采集处理、分类、集成，农作物温室物联网系统平台的设计与开发。4.资料、印刷费 1.5 相关文献查阅、检索与资料印刷费用5.租 赁 费 1.5 项目试验过程中租赁大棚费用 3 年共 1.
19、5 万元。6.旅差、会议费 2.5项目研究过程中实验调研、参加国内学术会议中的会务、交通等费用7.出版、鉴定、验收费 2.5 发表研究性论文、科研成果鉴定所需费用8.管 理 费 1.75 占总资助额度的 5%9.通讯、劳务和其他费用 2.25 无线网络通讯费用 3 年共2.25 万元其他经费及来源(万元) 013五、项目组主要成员研究成果1、项目组拥有的相关新品种新技术专利证明等（3 年内限 10 项）名 称品系号专利号姓名、第几完成人时间步步高升办公自动化学习软件 V1.0 软著登字第号 王建华、第 1公务员信息化与电子政务远程教学网络课程系统 V1.0 软著登字第号 王建华、第 1高等学校
20、教师工作量管理系统 V2.0 软著登字第号 王建华、第 1基于短消息的移动学习系统 V1.1 软著登字第号 张珑、第 1支持智能辅导的可视化汇编语言集成开发环境系统 V1.0 软著登字第号 张珑、第 12、正在进行或已完成的相关科研项目情况（3 年内限 5 项）项目名称 立项单位姓名、第几承担人立项时间面向对象的高分辨率影像水土保持措施监测 （） 国家自然科学基金面上项目 王建华、第 1基于小波技术提高水土流失治理措施和效果动态监测(F)黑龙江省自然科学基金项目 王建华、第 1智能型开放式课件开发研究（）黑龙江省教育厅科学技术研究项目王建华、第 1基于 iSmarter 的智能教育资源信息平台建设研究(GZ09A108)黑龙江省科技计划项目（攻关） 张军、第 1扎龙保护区丹顶鹤栖息地信息提取及适宜性评价（）国家自然科学基金青年项目 那晓东、第 114六、审批意见学校审查意见（公章）主管部门负责人（签章） 年 月 日专家组意见（公章）负责人（签章） 年 月 日省教育厅审批意见（公章）审批人 （签章） 年 月 日
