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01目標(biāo)和概述

中國(guó)由于人口基數(shù)龐大，耕地資源相對(duì)匱乏，社會(huì)制度獨(dú)特，因此中國(guó)農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向一定是在高科技含量基礎(chǔ)上，提升資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，并能夠確保主糧自給自足的“高效率農(nóng)業(yè)”；同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)化水平的提升，安全、綠色、有機(jī)、高品質(zhì)和高附加值的“高價(jià)值農(nóng)業(yè)”也會(huì)有越來(lái)越廣闊的市場(chǎng)空間，并成為效率農(nóng)業(yè)的補(bǔ)充。

目前各種“高價(jià)值農(nóng)業(yè)”種植蓬勃發(fā)展，如蘑菇、三紅梨、無(wú)核梨、無(wú)核石榴、火星果、紅香果、鐵皮石斛等。僅以蘑菇種植市場(chǎng)為例，據(jù)行業(yè)專家介紹2016年總產(chǎn)值在2000億元以上。在蘑菇種植中，溫度、濕度、二氧化碳、光照對(duì)蘑菇生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用，需要精確的控制。一個(gè)智能的生長(zhǎng)控制系統(tǒng)不僅是熱了就開(kāi)空調(diào)，冷了就開(kāi)暖氣那么簡(jiǎn)單。當(dāng)啟動(dòng)風(fēng)扇降低CO2濃度的時(shí)候，在夏季將給生長(zhǎng)房間帶入熱風(fēng)，在冬季則帶入冷風(fēng)。如何計(jì)算一項(xiàng)操作措施，會(huì)對(duì)多種因素產(chǎn)生的綜合變化？如何計(jì)算制冷/熱的輸出強(qiáng)度，能讓溫度的快速達(dá)到目標(biāo)，并降低震蕩曲線？如何計(jì)算新風(fēng)和內(nèi)風(fēng)的比例？如何計(jì)算夏季室外溫度對(duì)控制參數(shù)的影響？以上問(wèn)題，需要在網(wǎng)關(guān)上運(yùn)行一個(gè)高智能的蘑菇生長(zhǎng)環(huán)境控制程序。 

開(kāi)發(fā)控制算法的主體一般是蘑菇種植行業(yè)的專家，不是計(jì)算機(jī)技術(shù)的專家，他們需要一個(gè)更簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Intel Device Resource Management Library網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)包支持合作伙伴快速開(kāi)發(fā)行業(yè)應(yīng)用程序，又免于陷入管理各種類型的設(shè)備的細(xì)節(jié)。同時(shí)控制算法又是一個(gè)不斷迭代優(yōu)化的過(guò)程?？蛻艨梢詰?yīng)用遠(yuǎn)程應(yīng)用管理系統(tǒng)，將改進(jìn)的算法以一種低成本的方式更新到已運(yùn)行的設(shè)備上。

當(dāng)蘑菇生長(zhǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)不斷被采集保存于云端，如何有效利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，克服人工經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)知局限性，持續(xù)的改進(jìn)生長(zhǎng)控制參數(shù)，提高生產(chǎn)的質(zhì)量與品質(zhì)，也是本解決方案的一個(gè)重要目標(biāo)。大數(shù)據(jù)對(duì)蘑菇生產(chǎn)企業(yè)的商業(yè)機(jī)會(huì)：

• 持續(xù)改進(jìn)節(jié)能水平；

• 持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程與參數(shù)；

• 提升生產(chǎn)的品質(zhì)與產(chǎn)量；

• 產(chǎn)品支持溯源，打造品牌與增加客戶信任度。
  

02解決方案詳細(xì)介紹

2.1　總體方案（如圖1所示）

2.2　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)CLOUDPEAK-GW-012

邊緣計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)CLOUDPEAK-GW-012規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3　Inte l Dev ice Resource Management Library（IDRML）中間件

如圖3所示，IDRML網(wǎng)關(guān)軟件有三大模塊組成：

• 應(yīng)用軟件管理系統(tǒng)（Application Management Service）；

• 資源管理系統(tǒng) (iAgent)；

• 智能業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)境。 

Application Management Service（AMS）負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)關(guān)上的所有軟件組件的生命周期管理，包含IDRML網(wǎng)關(guān)軟件自身組成模塊的升級(jí)，如iAgent，Runtime Engine軟件的升級(jí)管理，同時(shí)也支持遠(yuǎn)程安裝及管理用戶開(kāi)發(fā)的網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序。AMS提供遠(yuǎn)程配置管理，任何應(yīng)用程序需要的配置文件，可以從云端設(shè)定內(nèi)容，然后通過(guò)AMS下發(fā)到對(duì)應(yīng)的設(shè)備，由應(yīng)用程序來(lái)加載使用。

iAgent是整個(gè)網(wǎng)關(guān)的資源接入和調(diào)配中心，其核心功能包含各種類型設(shè)備的接入與管理，內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集引擎，和云端的交互，以及為用戶開(kāi)發(fā)的IoT應(yīng)用提供訪問(wèn)接口。iAgent是一個(gè)插件的容器和消息總線，可以加載不同的插件來(lái)完成各種任務(wù)，如在工廠環(huán)境里，每一種工業(yè)總線可以有一個(gè)專門(mén)的插件來(lái)處理。插件之間通過(guò)iAgent消息總線通信。所有的插件可以運(yùn)行在同一個(gè)容器進(jìn)程，也可以讓某個(gè)插件運(yùn)行在單獨(dú)的進(jìn)程。

智能業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境。用戶開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以運(yùn)行于其上，通過(guò)使用iAgent IoT SDK庫(kù)，用戶的IoT應(yīng)用可以快速的監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)變化，注冊(cè)接收本網(wǎng)關(guān)內(nèi)的任何數(shù)據(jù)更改事件，以及直接訪問(wèn)連接到網(wǎng)關(guān)的執(zhí)行裝置。

2.4　蘑菇生長(zhǎng)控制應(yīng)用

蘑菇生長(zhǎng)控制算法基于iAgent IoT SDK開(kāi)發(fā)，極大簡(jiǎn)化了程序復(fù)雜度。

SDK主要包含以下功能：

• 設(shè)備查詢與狀態(tài)事件注冊(cè)；

• 資源目錄查詢與事件注冊(cè)；

• 資源訪問(wèn)(GET, PUT, POST)；

• 配置下載更新；

• 組管理。

2.5　蘑菇生長(zhǎng)過(guò)程回溯與食品安全方案

當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要解決的問(wèn)題是連接傳感器和控制單元，收集數(shù)據(jù)與反向控制。還不能將傳感的數(shù)據(jù)和客戶真正關(guān)心的目標(biāo)（如蘑菇本身，也可稱為業(yè)務(wù)實(shí)體）關(guān)聯(lián)起來(lái)。如用戶關(guān)心每個(gè)蘑菇批次的完整生長(zhǎng)過(guò)程以及與最終質(zhì)量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要提供某一個(gè)時(shí)刻在某個(gè)傳感器上的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到哪批蘑菇。 

對(duì)于一批蘑菇的完整生長(zhǎng)過(guò)程，需要能夠建立各個(gè)參數(shù)的記錄與關(guān)聯(lián)，便于過(guò)程控制與大數(shù)據(jù)分析。參數(shù)可以包含種子來(lái)源批次、育種使用的菌料來(lái)源批次、菌料的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)、培養(yǎng)過(guò)程中的溫濕度參數(shù)、生長(zhǎng)房中的參數(shù)、消耗的能源、最終采摘質(zhì)量、打包編碼等。

總之，考慮以下基本需求：

（1）每一批成品包裝可以溯源整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程，以及過(guò)程中的各種參數(shù)，如溫濕度、菌料成分?jǐn)?shù)據(jù)等。

（2）基于批量的數(shù)據(jù)分析相關(guān)性，找到提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少壞品率的優(yōu)化過(guò)程。

（3）出廠批次二維碼管理，用戶微信掃描可得到生產(chǎn)原產(chǎn)地。出現(xiàn)食品安全事故可快速定位產(chǎn)品批次，追回問(wèn)題批次產(chǎn)品和查找原因。

03方案特點(diǎn)與價(jià)值

（1）優(yōu)異的全方位擴(kuò)展性

• 系統(tǒng)部署：從單點(diǎn)平滑逐步擴(kuò)展到整個(gè)廠房，再到整個(gè)園區(qū)；

• 軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)部署：從數(shù)據(jù)收集展示功能平滑升級(jí)到高級(jí)智能控制； 

• 新型設(shè)備投入：無(wú)縫連接系統(tǒng)以滿足客戶逐步升級(jí)的需求；

• 多種部署場(chǎng)景：無(wú)縫集成多種物理網(wǎng)絡(luò)以快速響應(yīng)需求。

（2）通過(guò)數(shù)據(jù)分析增產(chǎn)增收

• 通過(guò)云端/網(wǎng)關(guān)智能種植應(yīng)用程序，將各種生長(zhǎng)參數(shù)精確的控制在預(yù)定的曲線；

• 平臺(tái)運(yùn)營(yíng)積累海量數(shù)據(jù)，后期可基于大數(shù)據(jù)分析，完善參數(shù)曲線，持續(xù)增產(chǎn)增收。

（3）良好的成本控制

• 每個(gè)房間所以部件均為無(wú)線連接為主，無(wú)需布線施工；

• 大部分的網(wǎng)關(guān)和終端器件均可從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)，最優(yōu)性價(jià)比；

• 系統(tǒng)的擴(kuò)展性大幅減少滿足后期需求變化的成本。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年增刊《邊緣計(jì)算2019專輯》