01目標和概述

中國由于人口基數(shù)龐大，耕地資源相對匱乏，社會制度獨特，因此中國農(nóng)業(yè)未來的發(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，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和市場化水平的提升，安全、綠色、有機、高品質(zhì)和高附加值的“高價值農(nóng)業(yè)”也會有越來越廣闊的市場空間，并成為效率農(nóng)業(yè)的補充。

目前各種“高價值農(nóng)業(yè)”種植蓬勃發(fā)展，如蘑菇、三紅梨、無核梨、無核石榴、火星果、紅香果、鐵皮石斛等。僅以蘑菇種植市場為例，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、光照對蘑菇生長起著關(guān)鍵作用，需要精確的控制。一個智能的生長控制系統(tǒng)不僅是熱了就開空調(diào)，冷了就開暖氣那么簡單。當啟動風扇降低CO2濃度的時候，在夏季將給生長房間帶入熱風，在冬季則帶入冷風。如何計算一項操作措施，會對多種因素產(chǎn)生的綜合變化？如何計算制冷/熱的輸出強度，能讓溫度的快速達到目標，并降低震蕩曲線？如何計算新風和內(nèi)風的比例？如何計算夏季室外溫度對控制參數(shù)的影響？以上問題，需要在網(wǎng)關(guān)上運行一個高智能的蘑菇生長環(huán)境控制程序。 

開發(fā)控制算法的主體一般是蘑菇種植行業(yè)的專家，不是計算機技術(shù)的專家，他們需要一個更簡單的開發(fā)環(huán)境。Intel Device Resource Management Library網(wǎng)關(guān)應用軟件開發(fā)包支持合作伙伴快速開發(fā)行業(yè)應用程序，又免于陷入管理各種類型的設(shè)備的細節(jié)。同時控制算法又是一個不斷迭代優(yōu)化的過程。客戶可以應用遠程應用管理系統(tǒng)，將改進的算法以一種低成本的方式更新到已運行的設(shè)備上。

當蘑菇生長的過程數(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)驗的認知局限性，持續(xù)的改進生長控制參數(shù)，提高生產(chǎn)的質(zhì)量與品質(zhì)，也是本解決方案的一個重要目標。大數(shù)據(jù)對蘑菇生產(chǎn)企業(yè)的商業(yè)機會：

• 持續(xù)改進節(jié)能水平；

• 持續(xù)改進生產(chǎn)過程與參數(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

邊緣計算物聯(lián)網(wǎng)CLOUDPEAK-GW-012規(guī)格參數(shù)見表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：

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

• 資源管理系統(tǒng) (iAgent)；

• 智能業(yè)務運行環(huán)境。 

Application Management Service（AMS）負責整個網(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，如iAgent，Runtime Engine軟件的升級管理，同時也支持遠程安裝及管理用戶開發(fā)的網(wǎng)關(guān)應用程序。AMS提供遠程配置管理，任何應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AMS下發(fā)到對應的設(shè)備，由應用程序來加載使用。

iAgent是整個網(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，以及為用戶開發(fā)的IoT應用提供訪問接口。iAgent是一個插件的容器和消息總線，可以加載不同的插件來完成各種任務，如在工廠環(huán)境里，每一種工業(yè)總線可以有一個專門的插件來處理。插件之間通過iAgent消息總線通信。所有的插件可以運行在同一個容器進程，也可以讓某個插件運行在單獨的進程。

智能業(yè)務運行環(huán)境是一個嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)應用運行環(huán)境。用戶開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應用可以運行于其上，通過使用iAgent IoT SDK庫，用戶的IoT應用可以快速的監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)變化，注冊接收本網(wǎng)關(guān)內(nèi)的任何數(shù)據(jù)更改事件，以及直接訪問連接到網(wǎng)關(guān)的執(zhí)行裝置。

2.4　蘑菇生長控制應用

蘑菇生長控制算法基于iAgent IoT SDK開發(fā)，極大簡化了程序復雜度。

SDK主要包含以下功能：

• 設(shè)備查詢與狀態(tài)事件注冊；

• 資源目錄查詢與事件注冊；

• 資源訪問(GET, PUT, POST)；

• 配置下載更新；

• 組管理。

2.5　蘑菇生長過程回溯與食品安全方案

當前的系統(tǒng)設(shè)計中，主要解決的問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（如蘑菇本身，也可稱為業(yè)務實體）關(guān)聯(lián)起來。如用戶關(guān)心每個蘑菇批次的完整生長過程以及與最終質(zhì)量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要提供某一個時刻在某個傳感器上的數(shù)據(jù)對應到哪批蘑菇。 

對于一批蘑菇的完整生長過程，需要能夠建立各個參數(shù)的記錄與關(guān)聯(lián)，便于過程控制與大數(shù)據(jù)分析。參數(shù)可以包含種子來源批次、育種使用的菌料來源批次、菌料的養(yǎng)分數(shù)據(jù)、培養(yǎng)過程中的溫濕度參數(shù)、生長房中的參數(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生長過程，以及過程中的各種參數(shù)，如溫濕度、菌料成分數(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，追回問題批次產(chǎn)品和查找原因。

03方案特點與價值

（1）優(yōu)異的全方位擴展性

• 系統(tǒng)部署：從單點平滑逐步擴展到整個廠房，再到整個園區(qū)；

• 軟件應用開發(fā)部署：從數(shù)據(jù)收集展示功能平滑升級到高級智能控制； 

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

• 多種部署場景：無縫集成多種物理網(wǎng)絡以快速響應需求。

（2）通過數(shù)據(jù)分析增產(chǎn)增收

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

• 平臺運營積累海量數(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

• 每個房間所以部件均為無線連接為主，無需布線施工；

• 大部分的網(wǎng)關(guān)和終端器件均可從市場購買，最優(yōu)性價比；

• 系統(tǒng)的擴展性大幅減少滿足后期需求變化的成本。

摘自《自動化博覽》2019年增刊《邊緣計算2019專輯》