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量子數聚(北京)科技有限公司

2019-05-28

渤海糧倉科技示範工程

2015-12-01
11508次浏覽
發布者:山東農業大學
科研項目
關鍵字:大數據

1.課題介紹    

    “渤海糧倉”實質是“環渤海低平原區糧倉”的簡稱。

    環渤海低平原區是指渤海西部海拔低于20米的低平原區,位于華北平原東部,屬于黃淮海平原的一部分,由黃河、海河、灤河、遼河等河流沖積而成,主要涉及山東、河北、天津、遼甯三省一市,是我國重要的糧棉、果蔬産區。長期以來,這個區域受自然和經濟社會因素的影響,淡水資源匮乏、土壤瘠薄鹽堿,存在面積廣闊的中低産區和大面積的鹽堿荒地,是我國重要的後備耕地資源。據統計,僅河北、山東和天津的60個縣市(區),就有糧食單産低于400公斤/畝的中低産田4000多萬畝,另外,區域内尚有1000多萬畝鹽堿荒地可供開發利用。如果采取措施加以改造,推動中低産糧田産能提升和棉改糧、荒變糧,平均每畝增産200斤,該區域就有100億斤的糧食增産潛力。正是基于此,2011年,中國科學院原副院長李振聲院士提出了建設“渤海糧倉”的戰略構想。

    “渤海糧倉”建設戰略構想提出,針對環渤海低平原區土壤瘠薄鹽堿、淡水資源匮乏等問題,綜合采取以“土、肥、水、種”為核心的改良增産措施,改造利用鹽堿荒地,提升中低産田産能。其中,“土”,指土地整治、土壤改良,即采取整治改造、灌排配套、深耕深松、潛群井強灌強排、冬季鹹水結冰灌溉、暗管排鹽等工程和技術措施進行鹽堿地改良和中低産田改造;“肥”,指地力提升,即采取稭杆還田、有機肥、生物菌肥、土壤調理劑等技術措施培肥地力;“水”,指水位控制和水分高效利用,即采取擡升耕作面、降低地下水位、以水壓鹽、微鹹水安全灌溉、起壟、覆膜等技術措施,抑制返鹽和充分利用有限的水資源;“種”,指優良作物品種應用,即重點選育推廣耐鹽抗旱高産作物品種如小偃81、小偃60、青麥6号等小麥、玉米品種,提高單産。此外,配套農機、農藝措施,摸索棉改糧田、糧棉兩年三作、玉米-玉米、小麥-玉米、小麥-棉花、小麥-牧草等栽培模式,帶動相關産業發展,實現增産增收增效,建設形成環渤海生态高值農業産業帶。

    “渤海糧倉”科技示範工程山東項目區主要涉及東營、濱州、德州三個市。2011年“渤海糧倉”戰略構想提出後,濱州市當年10月份就在無棣縣水灣鎮進行了棉改糧先期試驗,種植小麥2.67公頃。2012年夏,該試驗田小麥單産達到4725公斤/公頃,創出重度鹽堿地種植小麥高産紀錄。科技部、中科院決定實施“渤海糧倉”科技示範工程後,2012年秋,山東全省示範區小麥種植面積達到733.33公頃,其中濱州666.67公頃、東營68.47公頃。

    2013年夏,“渤海糧倉”無棣核心試驗區鹽堿地“棉改糧”的380多公頃小麥平均産量達到5100公斤/公頃,其中,重度鹽堿地塊平均單産達到2250公斤/公頃,輕度鹽堿地平均單産達到6000公斤/公頃。小麥豐收後,無棣試驗區接茬種植的326.67公頃玉米又實現了平均産量6000公斤/公頃的豐收。沾化種糧大戶張汝和第一年棉改糧種植的66.67公頃小麥,平均産量4545公斤/公頃,高産地塊青麥6号單産達到6735公斤/公頃、玉米單産達到6000公斤/公頃。2013年秋,全省示範區面積達到10200公頃。其中,小麥種植面積濱州市4266.67公頃、東營1406.67公頃、德州2000公頃,東營種植水稻2533.33公頃(産量達4500多公斤/公頃)。

    渤海糧倉科技示範工程山東項目區建設受到了省委省政府的高度重視。山東項目區建設中,在山東省科技廳的統一部署和大力支持下,充分利用互聯網、物聯網及大數據等現代信息技術,由山東農業大學開發了具有自主知識産權的“神農物聯”物聯網檢測設備,“神農物聯”是智慧稻草人的升級版,不僅采集數量種類和數量大大增加,而且采集數據準确性和可靠性有很大提高,滿足了渤海糧倉工程建設要求。在“神農物聯”設備研發成功的基礎上,山東農業大學成功研發了集數據采集、處理、分析和服務功能于一體的渤海糧倉科技示範工程大數據平台。

    渤海糧倉科技示範工程大數據平台主要包括大數據系統和綜合服務系統兩大塊。大數據主要包括數據采集、挖掘分析、監測預警和決策服務四大模塊。其中,數據采集模塊,通過科學組配氣象、苗情、土壤和地下水等各類傳感器,組成地空一體傳感器簇,構建作物生長過程環境信息智能化感知系統,實時采集傳輸各類數據,為後續數據分析、監控預警、決策服務提供全天候、立體化數據支撐。挖掘分析模塊,通過集成大數據和農業科學分析技術,構建農業大數據分析技術系統,挖掘分析相關曆史數據和實時數據,應用可視化技術,動态呈現處理分析結果,為及時指導農業生産、監控預警和管理決策提供可靠依據。監控預警模塊,通過實時采集和數據挖掘分析,對氣象、土壤、地下水、病蟲害等影響農業生産的因子和作物生長指标,進行動态監測,根據作物适宜生長阈值實施預警,為提前預防和科學處置農業生産中的病蟲災害提供警示信息。決策服務模塊,通過對曆史和實時數據進行綜合分析,提出鹽堿地改良、作物栽培、病蟲害防治等技術措施,通過立體化發布,為政府、企業、農戶生産管理和決策提供科學依據,為推進渤海糧倉科技示範工程健康發展服務。

    綜合服務系統主要包括信息咨詢、經驗交流、農機服務、特色産品和實時服務播報五大模塊組成。信息咨詢模塊主要對用戶在線留言問題整理、分析,并向客戶提供解決問題解決方案、策略、建議、規劃或措施等;經驗交流主要對各地渤海糧倉建設經驗進行分析總結,及時共享典型經驗和技術;農機服務主要針對渤海糧倉區農機資源進行統一調配,實現農機功能發揮最大化;特色産品主要渤海糧倉項目示範區特色産品進行宣傳,幫助示範用戶開拓市場;實時服務播報主要對氣象災害及具體服務措施等進行實時發布。


2.專家介紹

柳平增陳國慶高明秀


3.實驗室介紹

智慧農業重點實驗室


4.科研成果

   【1】渤海糧倉科技示範工程“神農物聯”系列設備

    神農物聯系列感知設備是為滿足科技部“渤海糧倉”科技示範工程建設需求,在山東省科技廳資助下,由山東農業大學大數據研究中心自主研發、溫孚江校長親自命名的農田感知物聯網專用設備。

    “神農物聯”系列設備依據感知因子數量和成本不同依次命名為“神農物聯Ⅰ号”,“神農物聯網Ⅱ号”和“神農物聯Ⅲ号”。    
    主要功能:主要感知氣象、苗情和土壤三類信息。

    1.氣象信息包括:光照,風速,風向,二氧化碳濃度,空氣溫濕度,降雨量及蒸發量等;

    2.苗情信息包括:作物長勢及病蟲害等;

    3.土壤信息包括:土壤溫度,土壤濕度,土壤值,土壤鹽分,土壤電導率,地下水位,水質電導率等。

      數據服務:感知數據實時傳送到山東農業大學大數據管理平台進行分析、監控預警和決策服務,為農業生産提供全天候、立體化數據支撐。

    下圖為“神農物聯Ⅰ号”,“神農物聯網Ⅱ号”和“神農物聯Ⅲ号”圖片:


002.jpg003.jpg004.jpg

    【2】通用農業物聯網智能處理終端

    物聯網農業生産操控終端可完成現場設備的自動操控,實現自動智能控制功能,如設施農業生産環境的自動調控,畜禽養殖環境的自動調控等。

    特點:系統結構靈活,易于擴展,體積小巧易于布設。

    應用範圍:可廣泛應用于設施農業、畜禽養殖及工業自動化控制場所。


0000.jpg     QQ截圖20150513174000.png

    【3】通用農業物聯網傳輸終端

    通用農業物聯網傳輸終端能完成信息的可靠傳輸功能。終端可根據實際需要選用不同功率通訊模塊,實現不同距離信息的可靠傳輸。終端可方便和GPRS模塊連接,以實現信息的長距離傳輸。

    特點:體積小,布設方便,可擴展性強。

    應用範圍:可廣泛于大田、溫室及畜禽養殖場所,還可用于工業信息傳輸場所。


007.jpg                           008.jpg

    【4】通用農業物聯網感知終端

    通用農業物聯網感知終端可完成現場信息的自動感知。終端配置有标準的傳感器接口,可方便連接各種傳感器件。

    特點:體積小巧,可靠性高,抗幹擾能力強。

    應用範圍:可适用于大田、設施農業及畜禽養殖場所,還可用于工業信息自動感知場合。


009.jpg        QQ截圖20150513174158.png


5.專利成果

【1】小麥玉米周年生産變量肥水一體化灌溉系統,CN 104206098 A

【2】一種采用動态平衡法采集大田土壤氣體的簡易裝置,CN 203299032 U

【3】稭稈青貯打捆玉米聯合收獲機,CN 201440819 U

【4】一套适合評價土壤中農藥殘留毒性變化的方法,CN 104198678 A

【5】基于物聯網的設施環境綜合參數測試儀,CN 203405235 U

【6】自動識别玉米莖葉圖像的方法和系統,CN 103116747 A

【7】一種有機水稻本田雙功能層除草的方法,CN 103918510 A

【8】玉米種子圖像采集直立擺放裝置,CN 203210230 U

【9】一種玉米施肥設備,CN 202979649 U

【10】麥田除草劑組合物及其應用,CN 1309902 A

【11】玉米種子切割器,CN 202622864

【12】基于ZigBee和GPRS的農田環境氣象信息采集系統,CN 203465825 U

【13】利用氣象條件提高冬小麥弱勢粒的粒重增加産量的方法,CN 103947401 A

【14】基于物聯網的煙草種植田間小氣候信息感知系統, CN203519055U

【15】基于物聯網的田間煙草長勢信息感知系統,CN 103487092 A

【16】蔬菜農事信息感知系統,CN 203325031 U

【17】蔬菜種植環境信息感知系統,CN 203310435 U

【18】蔬菜冷鍊物流階段信息感知終端,CN 203260176 U

【19】基于物聯網的果園環境信息監控系統, CN 202547690 U

【20】基于多傳感器信息融合的農業型機器人, CN 202837960 U

【21】基于物聯網的農作物生産智能測控系統(發明),CN 102314166 A

【22】基于物聯網的農作物生産智能測控系統(實用新型),CN 201859337 U


6.軟著成果

【1】泰山花樣年華景區未來田園物聯網信息系統,2014SR203453

【2】渤海糧倉數據采集系統,2014SR123629

【3】渤海糧倉物聯網信息采集系統,2014SR214542

【4】智慧農業通用GPRS信息接收處理系統,2013SR082456

【5】基于物聯網的果園信息智能監測系統,2013SR079190

【6】基于手機的生姜溯源系統,2013SR000334

【7】基于物聯網的生姜溯源信息管理系統,2013SR000898

【8】基于物聯網的畜禽産業信息服務平台, 2014SR214536

【9】基于物聯網的家禽養殖信息服務系統, 2014SR20038


7.論文成果

【1】宋長青,高明秀,周虎.高等農業院校農業大數據研究現狀及發展思路[J].中國農業教育,2014,05:16-20.

【2】溫孚江.農業大數據與發展新機遇[J].中國農村科技,2013,10:14.

【3】溫孚江.農業大數據研究的戰略意義與協同機制[J].高等農業教育,2013,11:3-6.

【4】宋長青,高明秀,周虎,宋棣.農業大數據與現代農業發展探析[J].中國農業信息,:1.

【5】苑進,胡敏,KeshengWang,劉雪美,甯堂原,米慶華.基于高斯過程建模的物聯網數據不确定性度量與預測[J].農業機械學報,2015,05.

【6】王文山,柳平增,臧官勝,高鈺舒等.基于物聯網的果園信息檢測系統的設計[J].山東農業大學學報,2012,4(2):239-24

【7】鄧振民,柳平增,馬彬彬,趙麗,成子強. 基于空間信息技術的動物疾病預警研究進展[J]. 山東農業大學大學(自然科學版),2013.44(2):300-306.

【8】馬彬,柳平增等. 商品蛋雞性能輔助決策系統的設計[J]. 《軟件》,2013.06

【9】柳平增,王秀娟,馬鴻漸,陳棟,張耘凡,柳建增. 生姜産業鍊物聯網信息感知系統研究[J].農業機械化學報,2013年12期.

【10】Pingzeng Liu, Yuchao Chang,Zhenmin Deng,etc. Research on tourist city traffic signal intelligent control method[J].Advanced Matrrials Research,201

【11】Liu Pingzeng, Bi Shusheng,Zang Guansheng, Wang Wenshan, Gao Yushu,Deng Zhenmin.Obstacle Avoidance System for Agricultural Robots Based on Multi-se

【12】Liu Pingzeng, Bi Shusheng, Zhang Lige, Liang Yong. Realization of General Fuzzy Control Terminal Based on Transducer[J]. 2010 International Confer


8.新聞報道

【1】中央電視台:春耕遇上互聯網(連續報道) 

【2】中央電視台:春耕遇上互聯網

【3】大衆網:山東農大在東營建立監測基站 “渤海糧倉”搭建更廣闊平台

【4】山東農科頻道:農業傍上“大數據”(20140807) 

【5】東營市科技局:大河息壤.渤海糧倉

【6】金色鄉村:水肥一體化基質栽培純淨

【7】山東省科技廳:山東鹽堿地小麥種植示範取得可喜成果

【8】農大報:山東農大助力“渤海糧倉”科技示範工程

【9】科技日報:農業大數據助推“渤海糧倉”工程

【10】農民日報:“渤海糧倉”工程讓鹽堿地變良田

【11】科技日報:科技撐起“渤海糧倉”

【12】中國食品安全報:山東“渤海糧倉”科技示範工程實現豐收增産

【13】農大報:山東農大助力“渤海糧倉”科技示範工程

【14】農大報:積極行動起來,投身到“渤海糧倉”研究中去

【15】農大報:張憲省考察鹽堿地小麥生長情況


9.圖說數據

    1、苗情分析決策

    小麥苗情是小麥長勢的直接反映,也是小麥産量預測的重要指标。以渤海糧倉科技示範工程山東項目區9區縣小麥苗情進行的系統采集和分析為例。


0002.png

圖4 9縣苗情與氮、播期、磷等指标的相關關系分析

    從9區縣的苗情分類信息分布圖中可以發現,河口區、墾利縣及夏津縣,三類苗比重較大,通過與有效氮相關關系分析,可以得出氮素偏低地區的三類苗比例較大;通過與播期的相關關系分析,可以得出晚播小麥的三類苗情比例較大。

    通過對以上數據的分析,平台得出了“18%的地塊有機質含量低,應加大有機肥的施用;東5功能區有效氮含量低,需要及時補施氮肥;42%的地塊有效磷含量偏低,應及時補充;示範區地塊有效鉀含量普遍較高,能夠滿足生産需要;分析結果表明,濱州、東營兩地市示範區地塊呈現鹽高堿高的特點,德州示範區地塊呈現鹽低堿高的特點,應根據具體情況采取調控措施”的分析結論,向示範區用戶進行反饋,進而指導農業生産。

    2.幹熱風預警

    幹熱風是小麥生長發育後期的一種高溫低濕并伴有一定風力的農業氣象災害。是我國北方麥區小麥生産中主要的氣象災害之一。全國較為嚴重的幹熱風平均10年1-2次,而一般區域性幹熱風幾乎年年都有發生。一般年份幹熱風可使小麥減産1-2成,嚴重年份減産3成以上。

    平台對無棣核心示範區50年來5月15日-6月10日間形成幹熱風的主要氣象因子曆史數據進行了分析,見圖5,得出了幹熱風預警值。并根據實時獲取數據實現了幹熱風的趨勢預警,如圖6,預警信息通過平台實時傳輸到管理部門及生産管理人員。


0003.jpg0004.jpg

 圖5 無棣核心區50年幹熱風氣象因子數據                                圖6 無棣核心區幹熱風氣象因子預警


10.渤海糧倉課題所用數據的表結構及數據(部分)

Phenomena氣象數據采集表。

字段序号

字段名稱

字段說明

字段類型

字段大小

是否主鍵

允許空

備注

(1)

id

編号

int

20

PK


編号

(2)

date

采集時間

datetime

0


Y

采集時間

(3)

airtemp

空氣溫度

varchar

20


Y

空氣溫度

(4)

airhumi

空氣濕度

varchar

20


Y

空氣濕度

(5)

sundate

光照強度

varchar

20


Y

光照強度

(6)

co2

Co2含量

varchar

20


Y

Co2含量

(7)

windspeed

風速

varchar

20


Y

風速

(8)

winddirec

風向

varchar

20


Y

風向

(9)

evap

蒸發量

varchar

20


Y

蒸發量

(10)

areaid

地區編号

varchar

20


Y

地區編号

(11)

plotid

地塊編号

varchar

20


Y

地塊編号

(12)

typeid

物聯網類型

varchar

20


Y

物聯網類型

(13)

test1

測試

varchar

20


Y

測試

(14)

test2

測試

varchar

20


Y

測試

(15)

DTU

測試

varchar

20


Y

測試

 

樣本數據:

0005.png

土壤Soil數據表

字段序号

字段名稱

字段說明

字段類型

字段大小

是否主鍵

允許空

備注

(1)

id

編号

int

20

PK


編号

(2)

date

采集時間

datetime

0


Y

采集時間

(3)

soiltemp1

20cm土壤溫度

varchar

20


Y

空氣溫度

(4)

soiltemp2

40cm土壤溫度

varchar

20


Y

空氣濕度

(5)

soiltemp3

60cm土壤溫度

varchar

20


Y

光照強度

(6)

soilhumi1

20cm土壤濕度

varchar

20


Y

Co2含量

(7)

soilhumi2

40cm土壤濕度

varchar

20


Y

風速

(8)

soilhumi3

60cm土壤濕度

varchar

20


Y

風向

(9)

yanfen

土壤鹽分

varchar

20


Y

蒸發量

(10)

ph

土壤ph值

varchar

20


Y

地區編号

(11)

soilelectric

土壤蒸發量

varchar

20


Y

地塊編号

(12)

poilid

地區編号

varchar

20


Y

地區編号

(13)

aeraid

地塊編号

varchar

20


Y

地塊編号

(14)

typeid

物聯網類型

varchar

20


Y

物聯網類型

(15)

test1

測試

varchar

20


Y

測試

(16)

test2

測試

varchar

20


Y

測試

(17)

DTU

測試

varchar

20


Y

測試

 

樣本數據:

0006.png 

站點site數據表

字段序号

字段名稱

字段說明

字段類型

字段大小

是否主鍵

允許空

備注

(1)

id

編号

int

20

PK


編号

(2)

pro

datetime

0


Y

(3)

area

地市

varchar

20


Y

地市

(4)

areaid

地市編号

varchar

20


Y

地市編号

(5)

plot

地塊

varchar

100


Y

地塊

(6)

town

鄉鎮

varchar

100


Y

鄉鎮

(7)

plotid

地塊編号

varchar

20


Y

地塊編号

(8)

square

面積

varchar

20


Y

面積

(9)

plant

種植作物

varchar

100


Y

種植作物

(10)

typeid

物聯網類型

varchar

20


Y

物聯網類型

(11)

fzr

負責人

varchar

20


Y

負責人

(12)

jd

經度

varchar

20


Y

經度

(13)

wd

緯度

varchar

20


Y

緯度

(14)

jd1

經度

varchar

20


Y

經度

(15)

wd1

緯度

varchar

20


Y

緯度

 

樣本數據

0007.png


11.進入系統

渤海糧倉科技示範工程大數據平台:http://339yg.caifu71868.cn

                                                          

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