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量子数聚(北京)科技有限公司

2019-05-28

渤海粮仓科技示范工程

2015-12-01
11632次浏览
发布者:山东农业大学
科研项目
关键字:大数据

1.课题介绍    

    “渤海粮仓”实质是“环渤海低平原区粮仓”的简称。

    环渤海低平原区是指渤海西部海拔低于20米的低平原区,位于华北平原东部,属于黄淮海平原的一部分,由黄河、海河、滦河、辽河等河流冲积而成,主要涉及山东、河北、天津、辽宁三省一市,是我国重要的粮棉、果蔬产区。长期以来,这个区域受自然和经济社会因素的影响,淡水资源匮乏、土壤瘠薄盐碱,存在面积广阔的中低产区和大面积的盐碱荒地,是我国重要的后备耕地资源。据统计,仅河北、山东和天津的60个县市(区),就有粮食单产低于400公斤/亩的中低产田4000多万亩,另外,区域内尚有1000多万亩盐碱荒地可供开发利用。如果采取措施加以改造,推动中低产粮田产能提升和棉改粮、荒变粮,平均每亩增产200斤,该区域就有100亿斤的粮食增产潜力。正是基于此,2011年,中国科学院原副院长李振声院士提出了建设“渤海粮仓”的战略构想。

    “渤海粮仓”建设战略构想提出,针对环渤海低平原区土壤瘠薄盐碱、淡水资源匮乏等问题,综合采取以“土、肥、水、种”为核心的改良增产措施,改造利用盐碱荒地,提升中低产田产能。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、潜群井强灌强排、冬季咸水结冰灌溉、暗管排盐等工程和技术措施进行盐碱地改良和中低产田改造;“肥”,指地力提升,即采取秸杆还田、有机肥、生物菌肥、土壤调理剂等技术措施培肥地力;“水”,指水位控制和水分高效利用,即采取抬升耕作面、降低地下水位、以水压盐、微咸水安全灌溉、起垄、覆膜等技术措施,抑制返盐和充分利用有限的水资源;“种”,指优良作物品种应用,即重点选育推广耐盐抗旱高产作物品种如小偃81、小偃60、青麦6号等小麦、玉米品种,提高单产。此外,配套农机、农艺措施,摸索棉改粮田、粮棉两年三作、玉米-玉米、小麦-玉米、小麦-棉花、小麦-牧草等栽培模式,带动相关产业发展,实现增产增收增效,建设形成环渤海生态高值农业产业带。

    “渤海粮仓”科技示范工程山东项目区主要涉及东营、滨州、德州三个市。2011年“渤海粮仓”战略构想提出后,滨州市当年10月份就在无棣县水湾镇进行了棉改粮先期试验,种植小麦2.67公顷。2012年夏,该试验田小麦单产达到4725公斤/公顷,创出重度盐碱地种植小麦高产纪录。科技部、中科院决定实施“渤海粮仓”科技示范工程后,2012年秋,山东全省示范区小麦种植面积达到733.33公顷,其中滨州666.67公顷、东营68.47公顷。

    2013年夏,“渤海粮仓”无棣核心试验区盐碱地“棉改粮”的380多公顷小麦平均产量达到5100公斤/公顷,其中,重度盐碱地块平均单产达到2250公斤/公顷,轻度盐碱地平均单产达到6000公斤/公顷。小麦丰收后,无棣试验区接茬种植的326.67公顷玉米又实现了平均产量6000公斤/公顷的丰收。沾化种粮大户张汝和第一年棉改粮种植的66.67公顷小麦,平均产量4545公斤/公顷,高产地块青麦6号单产达到6735公斤/公顷、玉米单产达到6000公斤/公顷。2013年秋,全省示范区面积达到10200公顷。其中,小麦种植面积滨州市4266.67公顷、东营1406.67公顷、德州2000公顷,东营种植水稻2533.33公顷(产量达4500多公斤/公顷)。

    渤海粮仓科技示范工程山东项目区建设受到了省委省政府的高度重视。山东项目区建设中,在山东省科技厅的统一部署和大力支持下,充分利用互联网、物联网及大数据等现代信息技术,由山东农业大学开发了具有自主知识产权的“神农物联”物联网检测设备,“神农物联”是智慧稻草人的升级版,不仅采集数量种类和数量大大增加,而且采集数据准确性和可靠性有很大提高,满足了渤海粮仓工程建设要求。在“神农物联”设备研发成功的基础上,山东农业大学成功研发了集数据采集、处理、分析和服务功能于一体的渤海粮仓科技示范工程大数据平台。

    渤海粮仓科技示范工程大数据平台主要包括大数据系统和综合服务系统两大块。大数据主要包括数据采集、挖掘分析、监测预警和决策服务四大模块。其中,数据采集模块,通过科学组配气象、苗情、土壤和地下水等各类传感器,组成地空一体传感器簇,构建作物生长过程环境信息智能化感知系统,实时采集传输各类数据,为后续数据分析、监控预警、决策服务提供全天候、立体化数据支撑。挖掘分析模块,通过集成大数据和农业科学分析技术,构建农业大数据分析技术系统,挖掘分析相关历史数据和实时数据,应用可视化技术,动态呈现处理分析结果,为及时指导农业生产、监控预警和管理决策提供可靠依据。监控预警模块,通过实时采集和数据挖掘分析,对气象、土壤、地下水、病虫害等影响农业生产的因子和作物生长指标,进行动态监测,根据作物适宜生长阈值实施预警,为提前预防和科学处置农业生产中的病虫灾害提供警示信息。决策服务模块,通过对历史和实时数据进行综合分析,提出盐碱地改良、作物栽培、病虫害防治等技术措施,通过立体化发布,为政府、企业、农户生产管理和决策提供科学依据,为推进渤海粮仓科技示范工程健康发展服务。

    综合服务系统主要包括信息咨询、经验交流、农机服务、特色产品和实时服务播报五大模块组成。信息咨询模块主要对用户在线留言问题整理、分析,并向客户提供解决问题解决方案、策略、建议、规划或措施等;经验交流主要对各地渤海粮仓建设经验进行分析总结,及时共享典型经验和技术;农机服务主要针对渤海粮仓区农机资源进行统一调配,实现农机功能发挥最大化;特色产品主要渤海粮仓项目示范区特色产品进行宣传,帮助示范用户开拓市场;实时服务播报主要对气象灾害及具体服务措施等进行实时发布。


2.专家介绍

柳平增陈国庆高明秀


3.实验室介绍

智慧农业重点实验室


4.科研成果

   【1】渤海粮仓科技示范工程“神农物联”系列设备

    神农物联系列感知设备是为满足科技部“渤海粮仓”科技示范工程建设需求,在山东省科技厅资助下,由山东农业大学大数据研究中心自主研发、温孚江校长亲自命名的农田感知物联网专用设备。

    “神农物联”系列设备依据感知因子数量和成本不同依次命名为“神农物联Ⅰ号”,“神农物联网Ⅱ号”和“神农物联Ⅲ号”。    
    主要功能:主要感知气象、苗情和土壤三类信息。

    1.气象信息包括:光照,风速,风向,二氧化碳浓度,空气温湿度,降雨量及蒸发量等;

    2.苗情信息包括:作物长势及病虫害等;

    3.土壤信息包括:土壤温度,土壤湿度,土壤值,土壤盐分,土壤电导率,地下水位,水质电导率等。

      数据服务:感知数据实时传送到山东农业大学大数据管理平台进行分析、监控预警和决策服务,为农业生产提供全天候、立体化数据支撑。

    下图为“神农物联Ⅰ号”,“神农物联网Ⅱ号”和“神农物联Ⅲ号”图片:


002.jpg003.jpg004.jpg

    【2】通用农业物联网智能处理终端

    物联网农业生产操控终端可完成现场设备的自动操控,实现自动智能控制功能,如设施农业生产环境的自动调控,畜禽养殖环境的自动调控等。

    特点:系统结构灵活,易于扩展,体积小巧易于布设。

    应用范围:可广泛应用于设施农业、畜禽养殖及工业自动化控制场所。


0000.jpg     QQ截图20150513174000.png

    【3】通用农业物联网传输终端

    通用农业物联网传输终端能完成信息的可靠传输功能。终端可根据实际需要选用不同功率通讯模块,实现不同距离信息的可靠传输。终端可方便和GPRS模块连接,以实现信息的长距离传输。

    特点:体积小,布设方便,可扩展性强。

    应用范围:可广泛于大田、温室及畜禽养殖场所,还可用于工业信息传输场所。


007.jpg                           008.jpg

    【4】通用农业物联网感知终端

    通用农业物联网感知终端可完成现场信息的自动感知。终端配置有标准的传感器接口,可方便连接各种传感器件。

    特点:体积小巧,可靠性高,抗干扰能力强。

    应用范围:可适用于大田、设施农业及畜禽养殖场所,还可用于工业信息自动感知场合。


009.jpg        QQ截图20150513174158.png


5.专利成果

【1】小麦玉米周年生产变量肥水一体化灌溉系统,CN 104206098 A

【2】一种采用动态平衡法采集大田土壤气体的简易装置,CN 203299032 U

【3】秸秆青贮打捆玉米联合收获机,CN 201440819 U

【4】一套适合评价土壤中农药残留毒性变化的方法,CN 104198678 A

【5】基于物联网的设施环境综合参数测试仪,CN 203405235 U

【6】自动识别玉米茎叶图像的方法和系统,CN 103116747 A

【7】一种有机水稻本田双功能层除草的方法,CN 103918510 A

【8】玉米种子图像采集直立摆放装置,CN 203210230 U

【9】一种玉米施肥设备,CN 202979649 U

【10】麦田除草剂组合物及其应用,CN 1309902 A

【11】玉米种子切割器,CN 202622864

【12】基于ZigBee和GPRS的农田环境气象信息采集系统,CN 203465825 U

【13】利用气象条件提高冬小麦弱势粒的粒重增加产量的方法,CN 103947401 A

【14】基于物联网的烟草种植田间小气候信息感知系统, CN203519055U

【15】基于物联网的田间烟草长势信息感知系统,CN 103487092 A

【16】蔬菜农事信息感知系统,CN 203325031 U

【17】蔬菜种植环境信息感知系统,CN 203310435 U

【18】蔬菜冷链物流阶段信息感知终端,CN 203260176 U

【19】基于物联网的果园环境信息监控系统, CN 202547690 U

【20】基于多传感器信息融合的农业型机器人, CN 202837960 U

【21】基于物联网的农作物生产智能测控系统(发明),CN 102314166 A

【22】基于物联网的农作物生产智能测控系统(实用新型),CN 201859337 U


6.软著成果

【1】泰山花样年华景区未来田园物联网信息系统,2014SR203453

【2】渤海粮仓数据采集系统,2014SR123629

【3】渤海粮仓物联网信息采集系统,2014SR214542

【4】智慧农业通用GPRS信息接收处理系统,2013SR082456

【5】基于物联网的果园信息智能监测系统,2013SR079190

【6】基于手机的生姜溯源系统,2013SR000334

【7】基于物联网的生姜溯源信息管理系统,2013SR000898

【8】基于物联网的畜禽产业信息服务平台, 2014SR214536

【9】基于物联网的家禽养殖信息服务系统, 2014SR20038


7.论文成果

【1】宋长青,高明秀,周虎.高等农业院校农业大数据研究现状及发展思路[J].中国农业教育,2014,05:16-20.

【2】温孚江.农业大数据与发展新机遇[J].中国农村科技,2013,10:14.

【3】温孚江.农业大数据研究的战略意义与协同机制[J].高等农业教育,2013,11:3-6.

【4】宋长青,高明秀,周虎,宋棣.农业大数据与现代农业发展探析[J].中国农业信息,:1.

【5】苑进,胡敏,KeshengWang,刘雪美,宁堂原,米庆华.基于高斯过程建模的物联网数据不确定性度量与预测[J].农业机械学报,2015,05.

【6】王文山,柳平增,臧官胜,高鈺舒等.基于物联网的果园信息检测系统的设计[J].山东农业大学学报,2012,4(2):239-24

【7】邓振民,柳平增,马彬彬,赵丽,成子强. 基于空间信息技术的动物疾病预警研究进展[J]. 山东农业大学大学(自然科学版),2013.44(2):300-306.

【8】马彬,柳平增等. 商品蛋鸡性能辅助决策系统的设计[J]. 《软件》,2013.06

【9】柳平增,王秀娟,马鸿渐,陈栋,张耘凡,柳建增. 生姜产业链物联网信息感知系统研究[J].农业机械化学报,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.新闻报道

【1】中央电视台:春耕遇上互联网(连续报道) 

【2】中央电视台:春耕遇上互联网

【3】大众网:山东农大在东营建立监测基站 “渤海粮仓”搭建更广阔平台

【4】山东农科频道:农业傍上“大数据”(20140807) 

【5】东营市科技局:大河息壤.渤海粮仓

【6】金色乡村:水肥一体化基质栽培纯净

【7】山东省科技厅:山东盐碱地小麦种植示范取得可喜成果

【8】农大报:山东农大助力“渤海粮仓”科技示范工程

【9】科技日报:农业大数据助推“渤海粮仓”工程

【10】农民日报:“渤海粮仓”工程让盐碱地变良田

【11】科技日报:科技撑起“渤海粮仓”

【12】中国食品安全报:山东“渤海粮仓”科技示范工程实现丰收增产

【13】农大报:山东农大助力“渤海粮仓”科技示范工程

【14】农大报:积极行动起来,投身到“渤海粮仓”研究中去

【15】农大报:张宪省考察盐碱地小麦生长情况


9.图说数据

    1、苗情分析决策

    小麦苗情是小麦长势的直接反映,也是小麦产量预测的重要指标。以渤海粮仓科技示范工程山东项目区9区县小麦苗情进行的系统采集和分析为例。


0002.png

图4 9县苗情与氮、播期、磷等指标的相关关系分析

    从9区县的苗情分类信息分布图中可以发现,河口区、垦利县及夏津县,三类苗比重较大,通过与有效氮相关关系分析,可以得出氮素偏低地区的三类苗比例较大;通过与播期的相关关系分析,可以得出晚播小麦的三类苗情比例较大。

    通过对以上数据的分析,平台得出了“18%的地块有机质含量低,应加大有机肥的施用;东5功能区有效氮含量低,需要及时补施氮肥;42%的地块有效磷含量偏低,应及时补充;示范区地块有效钾含量普遍较高,能够满足生产需要;分析结果表明,滨州、东营两地市示范区地块呈现盐高碱高的特点,德州示范区地块呈现盐低碱高的特点,应根据具体情况采取调控措施”的分析结论,向示范区用户进行反馈,进而指导农业生产。

    2.干热风预警

    干热风是小麦生长发育后期的一种高温低湿并伴有一定风力的农业气象灾害。是我国北方麦区小麦生产中主要的气象灾害之一。全国较为严重的干热风平均10年1-2次,而一般区域性干热风几乎年年都有发生。一般年份干热风可使小麦减产1-2成,严重年份减产3成以上。

    平台对无棣核心示范区50年来5月15日-6月10日间形成干热风的主要气象因子历史数据进行了分析,见图5,得出了干热风预警值。并根据实时获取数据实现了干热风的趋势预警,如图6,预警信息通过平台实时传输到管理部门及生产管理人员。


0003.jpg0004.jpg

 图5 无棣核心区50年干热风气象因子数据                                图6 无棣核心区干热风气象因子预警


10.渤海粮仓课题所用数据的表结构及数据(部分)

Phenomena气象数据采集表。

字段序号

字段名称

字段说明

字段类型

字段大小

是否主键

允许空

备注

(1)

id

编号

int

20

PK


编号

(2)

date

采集时间

datetime

0


Y

采集时间

(3)

airtemp

空气温度

varchar

20


Y

空气温度

(4)

airhumi

空气湿度

varchar

20


Y

空气湿度

(5)

sundate

光照强度

varchar

20


Y

光照强度

(6)

co2

Co2含量

varchar

20


Y

Co2含量

(7)

windspeed

风速

varchar

20


Y

风速

(8)

winddirec

风向

varchar

20


Y

风向

(9)

evap

蒸发量

varchar

20


Y

蒸发量

(10)

areaid

地区编号

varchar

20


Y

地区编号

(11)

plotid

地块编号

varchar

20


Y

地块编号

(12)

typeid

物联网类型

varchar

20


Y

物联网类型

(13)

test1

测试

varchar

20


Y

测试

(14)

test2

测试

varchar

20


Y

测试

(15)

DTU

测试

varchar

20


Y

测试

 

样本数据:

0005.png

土壤Soil数据表

字段序号

字段名称

字段说明

字段类型

字段大小

是否主键

允许空

备注

(1)

id

编号

int

20

PK


编号

(2)

date

采集时间

datetime

0


Y

采集时间

(3)

soiltemp1

20cm土壤温度

varchar

20


Y

空气温度

(4)

soiltemp2

40cm土壤温度

varchar

20


Y

空气湿度

(5)

soiltemp3

60cm土壤温度

varchar

20


Y

光照强度

(6)

soilhumi1

20cm土壤湿度

varchar

20


Y

Co2含量

(7)

soilhumi2

40cm土壤湿度

varchar

20


Y

风速

(8)

soilhumi3

60cm土壤湿度

varchar

20


Y

风向

(9)

yanfen

土壤盐分

varchar

20


Y

蒸发量

(10)

ph

土壤ph值

varchar

20


Y

地区编号

(11)

soilelectric

土壤蒸发量

varchar

20


Y

地块编号

(12)

poilid

地区编号

varchar

20


Y

地区编号

(13)

aeraid

地块编号

varchar

20


Y

地块编号

(14)

typeid

物联网类型

varchar

20


Y

物联网类型

(15)

test1

测试

varchar

20


Y

测试

(16)

test2

测试

varchar

20


Y

测试

(17)

DTU

测试

varchar

20


Y

测试

 

样本数据:

0006.png 

站点site数据表

字段序号

字段名称

字段说明

字段类型

字段大小

是否主键

允许空

备注

(1)

id

编号

int

20

PK


编号

(2)

pro

datetime

0


Y

(3)

area

地市

varchar

20


Y

地市

(4)

areaid

地市编号

varchar

20


Y

地市编号

(5)

plot

地块

varchar

100


Y

地块

(6)

town

乡镇

varchar

100


Y

乡镇

(7)

plotid

地块编号

varchar

20


Y

地块编号

(8)

square

面积

varchar

20


Y

面积

(9)

plant

种植作物

varchar

100


Y

种植作物

(10)

typeid

物联网类型

varchar

20


Y

物联网类型

(11)

fzr

负责人

varchar

20


Y

负责人

(12)

jd

经度

varchar

20


Y

经度

(13)

wd

纬度

varchar

20


Y

纬度

(14)

jd1

经度

varchar

20


Y

经度

(15)

wd1

纬度

varchar

20


Y

纬度

 

样本数据

0007.png


11.进入系统

渤海粮仓科技示范工程大数据平台:http://bhlc.sdau.edu.cn/

                                                          

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