沃柑果園智慧平臺建設(shè)規(guī)范

1沃柑果園智慧平臺建設(shè)規(guī)范本文件界定了沃柑果園智慧平臺的術(shù)語和定義，規(guī)定了智慧果園云大腦、環(huán)境感知采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)、果園標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)、算法模型庫系統(tǒng)、智能應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)等方面的技術(shù)要求。本文件適用于廣西柑果園智慧平臺的建設(shè)。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1智慧平臺smartplatform基于完善的感知、傳輸、計(jì)算、儲存等信息基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建沃柑果園統(tǒng)一的支撐平臺，向果園管理單位、企業(yè)和個人需求提供各類應(yīng)用，最終通過門戶展現(xiàn)給用戶。4智慧果園云大腦4.1一般要求應(yīng)滿足以下要求：a)采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)與智能化裝備技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)完成各種信息、數(shù)據(jù)與知識單元的處理、存儲和分析，通過人工智能技術(shù)完成環(huán)境數(shù)據(jù)的智能識別、學(xué)習(xí)、推理和決策，最終完成智能裝備作業(yè)指令的下達(dá)，實(shí)現(xiàn)果園的智能監(jiān)測與智慧管理；b)由環(huán)境感知采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)、果園標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)、算法模型庫系統(tǒng)、智能應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)等分系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。2圖1智慧果園云大腦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2功能要求應(yīng)滿足以下功能要求：a)采集層實(shí)現(xiàn)智慧果園各類關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與采集，對土壤、水肥、氣象及圖像視頻進(jìn)行監(jiān)測和感知采集。b)傳輸層通過各類網(wǎng)絡(luò)鏈路高效傳輸，通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星北斗等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。c)數(shù)據(jù)層基于數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)，可提供各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問、規(guī)范、校驗(yàn)、交換、目錄等數(shù)據(jù)服務(wù)功能，具備果園生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)的匯聚與交換傳輸能力，為其他應(yīng)用單元提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資源。3d)決策層提供智慧果園的基礎(chǔ)公共信息資源服務(wù)，應(yīng)包括果園標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)、算法模型庫系e)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)，對智能裝備提供決策指令、自動導(dǎo)航、目標(biāo)識別及協(xié)同作業(yè)功能。5環(huán)境感知采集系統(tǒng)5.1一般要求5.1.1環(huán)境感知采集系統(tǒng)由監(jiān)測傳感器設(shè)備、通訊系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)等部分構(gòu)成。5.1.2監(jiān)測傳感器設(shè)備類型包括：視頻監(jiān)控設(shè)備、土壤監(jiān)測傳感器、地表環(huán)境監(jiān)測傳感器等監(jiān)測傳感器設(shè)備。5.2土壤監(jiān)測指標(biāo)5.2.1土壤常規(guī)指標(biāo)土壤常規(guī)指標(biāo)應(yīng)包括土下20cm、40cm、60cm土壤溫度、濕度以及土壤pH值等指標(biāo)。5.2.2土壤肥力指標(biāo)土壤肥力指標(biāo)應(yīng)包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮、速效磷、全磷、速效鉀、全鉀、鎂、鐵、錳、鋅、硼、硒等微量元素含量。5.2.3土壤安全性指標(biāo)土壤安全性指標(biāo)應(yīng)包括鎘、總汞、總砷、鉛、鉻、銅等污染物含量。5.3水肥質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)灌溉水質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)包括總汞、總鎘、總砷、總鉛、六價鉻、氟化物、氰化物、石油類、氯化物等污染物含量。5.4氣象監(jiān)測指標(biāo)地表環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)包括對空氣溫度、相對濕度、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、CO2濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、大氣壓等。5.5圖像視頻監(jiān)測指標(biāo)圖像視頻監(jiān)測主要是通過攝像頭采集果園環(huán)境圖片及視頻信息，主要指標(biāo)包含圖片、視頻、時間、分辨率等。5.6環(huán)境感知傳感器分布要求環(huán)境感知傳感器分布應(yīng)滿足以下要求：a)環(huán)境感知傳感器安裝時，非災(zāi)害監(jiān)測類型傳感器裝置應(yīng)避免安裝于容易發(fā)生坍塌、雷電、水淹等自然災(zāi)害的地區(qū)，應(yīng)盡量選擇地表與天氣環(huán)境穩(wěn)定的區(qū)域，優(yōu)先安裝于通訊網(wǎng)關(guān)可覆蓋的區(qū)域內(nèi)；b)環(huán)境感知傳感器安裝時，應(yīng)避免安裝于機(jī)械裝備作業(yè)路徑上；c)環(huán)境感知傳感器安裝時，元素監(jiān)測類傳感器裝置應(yīng)避免安裝于肥料、農(nóng)藥加工區(qū)域；d)環(huán)境感知傳感器安裝時，應(yīng)嚴(yán)格遵循傳感器裝置可覆蓋的監(jiān)測面積；e)環(huán)境感知傳感器安裝時，應(yīng)充分考慮各種類型傳感器裝置間不同功能的相互協(xié)作。46數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用有線連接或無線連接形式，有線連接宜采用有線局域網(wǎng)或485線連接方式，通信協(xié)議采用TCP/IP或者RS485協(xié)議；無線連接宜采用Wi-Fi、藍(lán)牙、2.45G等方式，通信協(xié)議采用TCP/IP、Zigbee或者Rola協(xié)議。7數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)7.1一般要求數(shù)據(jù)接口管理系統(tǒng)應(yīng)通過集成多系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，為環(huán)境感知采集系統(tǒng)、果園標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)、算法模型庫系統(tǒng)、智能協(xié)同作業(yè)管理系統(tǒng)、智慧果園決策云平臺以及外部系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換服務(wù)。7.2功能要求數(shù)據(jù)接口管理系統(tǒng)應(yīng)滿足以下功能：a)應(yīng)具備對數(shù)據(jù)輸入接口與數(shù)據(jù)輸出接口的管理功能；b)應(yīng)具備接口的調(diào)用次數(shù)或數(shù)據(jù)流量的限制功能；c)應(yīng)具備接口的各項(xiàng)狀態(tài)查詢功能；d)應(yīng)具備接口突發(fā)情況的告警功能。7.3接口類型數(shù)據(jù)接口的常見類別包括但不限于：a)數(shù)據(jù)訪問類接口：用于實(shí)時訪問數(shù)據(jù)提供者的數(shù)據(jù)信息，包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問接口、數(shù)據(jù)庫訪問接口、文件訪問接口等各種數(shù)據(jù)源接口；b)數(shù)據(jù)規(guī)范類接口：用于將數(shù)據(jù)提供者的數(shù)據(jù)信息按照一定的原則和規(guī)則進(jìn)行獲取和規(guī)范化，將非標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)，并按照指定的方式存儲；c)數(shù)據(jù)核驗(yàn)類接口：用于按照數(shù)據(jù)共享開放準(zhǔn)則、信息保護(hù)和訪問服務(wù)約束，進(jìn)行跨層級、跨部門、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)在線核驗(yàn)，返回核驗(yàn)信息；d)數(shù)據(jù)服務(wù)類接口：用于將數(shù)據(jù)提供者的數(shù)據(jù)資源封裝為數(shù)據(jù)服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)的調(diào)度和管理；e)數(shù)據(jù)交換類接口：按照統(tǒng)一的規(guī)則，將數(shù)據(jù)提供者結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的交換；f)數(shù)據(jù)目錄類接口：為數(shù)據(jù)使用者或數(shù)據(jù)消費(fèi)者提供數(shù)據(jù)資源的發(fā)現(xiàn)、注冊、編目、發(fā)布和檢8果園標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)8.1水需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫應(yīng)具備沃柑水分需求規(guī)律知識，為沃柑水分需求標(biāo)準(zhǔn)模型提供基礎(chǔ)知識服務(wù)，為灌溉決策提供依據(jù)。8.2肥需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫應(yīng)具備沃柑對氮、磷、鉀等肥料的需求規(guī)律知識，為沃柑肥料需求標(biāo)準(zhǔn)模型提供基礎(chǔ)知識服務(wù)，為施肥決策提供依據(jù)。8.3病蟲害標(biāo)準(zhǔn)知識庫應(yīng)具備沃柑常見的黑點(diǎn)病、炭疽病、黃斑病、黃龍病、紅蜘蛛、蚜蟲、橘粉虱、潛葉蛾等主要病蟲害防治標(biāo)準(zhǔn)知識庫，并具備病蟲害圖像模型庫，為病蟲害自動識別提供基礎(chǔ)知識服務(wù)。8.4果實(shí)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)知識庫5應(yīng)具備沃柑的種植、采摘、剪枝、疏花疏果、加工、包裝、倉儲、流通和銷售等環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫與操作規(guī)范。9算法模型庫系統(tǒng)9.1灌溉模型庫9.1.1數(shù)據(jù)采集要求灌溉模型庫采集數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括：a)果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、土層厚度、坡度、坡向、土壤類型等；b)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣溫度、相對濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、歷史及未來天氣信息等；c)土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)：土壤分層溫度、濕度等；d)灌溉作業(yè)數(shù)據(jù)：種植作業(yè)數(shù)據(jù)、灌溉數(shù)據(jù)、采摘數(shù)據(jù)等。9.1.2構(gòu)建模型規(guī)則灌溉模型構(gòu)建應(yīng)以“水需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫”為構(gòu)建基礎(chǔ)，并結(jié)合果樹品種、生長期、地表監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤含水量、土壤水分平衡狀態(tài)、天氣預(yù)測等多源信息，智能生成灌溉方案。9.1.3功能要求9.1.3.1灌溉模型庫應(yīng)滿足果園灌溉方案的自動生成功能。9.1.3.2灌溉方案應(yīng)包括果園灌溉時間、灌溉量、灌溉區(qū)域、灌溉方式等信息。灌溉方案的生成應(yīng)基于果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、土壤墑情數(shù)據(jù)、地表氣象數(shù)據(jù)、灌溉歷史數(shù)據(jù)、多維天氣數(shù)據(jù)以及水需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫，計(jì)算得出完整的灌溉方案。9.2施肥模型庫9.2.1數(shù)據(jù)采集要求施肥模型庫采集數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括：a)果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、土層厚度、坡度、坡向、土壤類型；b)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣溫度、相對濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、天氣歷史及預(yù)測信息等；c)土壤肥力數(shù)據(jù)：有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮、速效磷、全磷、速效鉀、全鉀等；d)施肥作業(yè)數(shù)據(jù)：施肥種類、施肥數(shù)據(jù)、施肥量等。9.2.2構(gòu)建模型規(guī)則施肥模型構(gòu)建應(yīng)以“肥需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫”為構(gòu)建基礎(chǔ)，并結(jié)合果樹品種、生長期、土壤肥力數(shù)據(jù)、土壤養(yǎng)分平衡狀態(tài)、天氣預(yù)報等多源信息，智能生成施肥方案。9.2.3功能要求9.2.3.1施肥模型庫應(yīng)滿足果園施肥方案的自動生成功能。9.2.3.2施肥方案應(yīng)包括果園施肥時間、施肥量、施肥類型、施肥區(qū)域、施肥作業(yè)方式等信息。9.2.3.3施肥方案的生成應(yīng)基于果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、土壤墑情數(shù)據(jù)、地表氣象數(shù)據(jù)、施肥歷史數(shù)據(jù)、多維天氣數(shù)據(jù)以及肥需求標(biāo)準(zhǔn)知識庫，計(jì)算得出完整的施肥方案。9.3疏花疏果模型庫9.3.1數(shù)據(jù)采集要求疏花疏果模型庫采集數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括：a)果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向等；6b)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣溫度、相對濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、天氣歷史及預(yù)測信息等；c)果樹長勢數(shù)據(jù)：樹體高度、樹干高度、樹干粗度、樹冠直徑、生長期、開花量、掛果量等；d)疏花疏果作業(yè)數(shù)據(jù)：疏花疏果時間、修枝剪枝時間、采摘量等。9.3.2模型構(gòu)建規(guī)則疏花蔬果模型應(yīng)以“果實(shí)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)知識庫”為構(gòu)建基礎(chǔ)，并結(jié)合果樹長勢數(shù)據(jù)、疏花疏果歷史數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)等信息，自動生成疏花疏果剪枝作業(yè)方案。9.3.3功能要求9.3.3.1疏花疏果模型庫應(yīng)滿足果園疏花疏果方案的自動生成功能。9.3.3.2疏花疏果方案應(yīng)包括疏花疏果作業(yè)時間、作業(yè)范圍、作業(yè)方式、推薦留果量等信息。9.3.3.3疏花疏果方案的生成應(yīng)基于果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地表氣象數(shù)據(jù)、果園微觀長勢數(shù)據(jù)、疏花疏果歷史數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)以及疏花疏果標(biāo)準(zhǔn)知識庫，計(jì)算得出完整的疏花疏果方案。9.4采摘模型庫9.4.1數(shù)據(jù)采集要求疏花疏果模型庫采集數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括：a)果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、果園面積、果樹數(shù)量、果樹品種、年產(chǎn)量、果品等級等；b)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣溫度、相對濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、天氣歷史及預(yù)測信息等；c)果樹長勢數(shù)據(jù)：樹體高度、樹干高度、樹干粗度、樹冠直徑、生長期、開花量、掛果量等；d)采摘作業(yè)數(shù)據(jù)：采摘時間、采摘量、采摘方式等。9.4.2構(gòu)建模型規(guī)則采摘模型應(yīng)以“果實(shí)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)知識庫”為構(gòu)建基礎(chǔ)，結(jié)合果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地表監(jiān)測數(shù)據(jù)、果樹長勢數(shù)據(jù)、果園農(nóng)事管理數(shù)據(jù)等多源信息，并利用機(jī)器視覺、光譜分析、深度學(xué)習(xí)等信息技術(shù)，構(gòu)建基于果樹種植分布、果實(shí)成熟程度、果實(shí)品質(zhì)、果實(shí)數(shù)量等參數(shù)的果實(shí)采摘識別模型。9.4.3功能要求采摘模型庫應(yīng)滿足以下功能要求：a)果樹果實(shí)的位置識別；b)果實(shí)品質(zhì)識別與自動分級；c)果實(shí)采摘作業(yè)的動作行為實(shí)現(xiàn)；d)果實(shí)產(chǎn)量的預(yù)測功能。9.5病蟲害防治模型庫9.5.1數(shù)據(jù)采集要求疏花疏果模型庫采集數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括：a)果園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向等；b)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)：空氣溫度、相對濕度、降雨量、露點(diǎn)溫度、光照、光合有效輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、天氣歷史及預(yù)測信息等；c)病蟲害作業(yè)數(shù)據(jù)：噴藥類型、噴藥時間、噴藥量等。9.5.2構(gòu)建模型規(guī)則7病蟲害防治模型庫應(yīng)以“病蟲害標(biāo)準(zhǔn)知識庫”為構(gòu)建基礎(chǔ)，結(jié)合病蟲害類型、嚴(yán)重程度、病害等級等情況，并利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建與果樹品種、生長期、地表數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)等環(huán)境數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的果樹病蟲害防治模型。9.5.3功能要求采摘模型庫應(yīng)滿足以下功能要求：a)病蟲害圖像自動識別功能；b)病蟲害預(yù)測功能；c)病蟲害防治方案生成功能；d)果園施藥方案生成功能。10智能應(yīng)用服務(wù)管理系統(tǒng)10.1一般要求10.1.1應(yīng)通過互聯(lián)網(wǎng)無線通訊設(shè)備與各類智能裝備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)智能裝備作業(yè)指令下達(dá)、導(dǎo)航信息交換、作業(yè)目標(biāo)信息識別、多種類裝備協(xié)同作業(yè)等服務(wù)；10.1.2應(yīng)由智能裝備決策指令模塊、智能裝備自動導(dǎo)航模塊、果園作業(yè)目標(biāo)識別模塊、智能裝備與組件協(xié)同作業(yè)模塊組成。10.2智能裝備類型智能裝備的常見類型包括但不限于：a)果實(shí)采摘機(jī)器人：在果園中作業(yè)實(shí)現(xiàn)果實(shí)的識別、定位與抓??；b)水肥一體化裝備：根據(jù)土壤狀態(tài)和果樹生長規(guī)律，利用一體化灌溉設(shè)備實(shí)現(xiàn)水分和養(yǎng)分的合理配置，可對果樹進(jìn)行均勻、準(zhǔn)確、定期的水肥供應(yīng)；c)果園智能巡查機(jī)器人：可實(shí)現(xiàn)自動化巡園并采集果樹長勢、病蟲害發(fā)生情況、雜草分布情況、開花量、掛果量等信息；d)果園除草機(jī)器人：自動識別并清除雜草；e)果樹噴藥機(jī)器人：可自動開展噴藥植保作業(yè)，在果園中行走并噴灑農(nóng)藥；f)疏花疏果剪枝機(jī)器人：可在果園中自動行走，掃描建立果樹三維數(shù)字模型，根據(jù)剪枝方案執(zhí)行剪枝作業(yè)；g)果實(shí)分選包裝機(jī)器人：自動獲取果實(shí)外觀以及內(nèi)在品質(zhì)信息，分析果實(shí)等級信息，對各級果實(shí)進(jìn)行分揀包裝；h)跟隨搬運(yùn)機(jī)器人：在果園中進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)，自動跟隨果園管理人員移動，用于裝載搬運(yùn)果實(shí)、工具等物品。10.3智能裝備決策指令模塊應(yīng)結(jié)合環(huán)境感知采集系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)知識庫系統(tǒng)以及算法模型庫系統(tǒng)，利用人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)，在邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能決策計(jì)算。指導(dǎo)智能裝備完成轉(zhuǎn)向控制、機(jī)械臂操作、抓取路徑、目標(biāo)抓取、施藥控制等決策指令。10.4智能裝備自動導(dǎo)航模塊應(yīng)具備衛(wèi)星導(dǎo)航、激光雷達(dá)、慣性測量單元、機(jī)器視覺、超聲波傳感器、紅外測距傳感器等感知設(shè)備。指導(dǎo)智能裝備完成自動采摘、自動噴藥、自動除草、自動巡田、自動疏花疏果、跟隨搬運(yùn)等智能化作業(yè)。10.5果園作業(yè)目標(biāo)識別模塊8應(yīng)具備機(jī)器視覺、光譜分析、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，抽