农业大数据应用体系架构和平台建设方案Word格式文档下载.docx
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随着全球气候变化,突发性大面积的病虫害发生频繁,严重危害了我国粮食安全和农业生产稳定发展。
全国农作物病虫害发生48亿次,年损失粮食多达2157万吨。
突发大面积的玉米黏虫,缺乏专用高效的施药技术装备致使防治不利,仅这次玉米黏虫发生面积近5000万亩,占全国玉米播种面积的9.72%,其中严重发生面积650万亩,占到全国播种面积的1.26%,这类突发性大面积的病虫害已经影响国家粮食安全,破坏农业可持续发展。
作业效率高
无人机施药作业效率高,较常规机具可提高100~150倍,而作业成本5~8元/亩,仅为常规作业的1/4~1/6。
高效、低成本的无人机施药技术为解决突发性大面积病虫害防控难题提供了全新的技术与装备。
大大降低植保成本
从水资源来看:
无人机节省水资源90%;
从农药来看:
无人机精准施放节省农药50%;
从喷洒工具来看:
无人机的喷洒成本只是传统农业机器的15~25%。
通过上述调研情况来看,农业无人机的喷洒方式大大降低了农业植保客户的成本。
提高农药有效利用率,减少农药使用量
农药施用技术与装备涉及我国粮食安全、食品安全、生态安全和农业丰产、农民丰收,在我国农业生产中起着举足轻重的作用。
提高农药有效利用率,减少农药使用量,控制和逐步降低农业生态环境污染,提高农产品、食品的安全质量水平,是农业可持续发展的必然要求,符合国家中长期规划重点支持方向要求。
操作简单
植保无人机在田头地埂就能升起降落,实现低空飞行,可在视距范围内控制飞行喷洒效果。
非常适用于各类复杂地形农田和不同种类高矮的农植物与树林,相邻农田种植不同农作物情况下也可精准的喷洒。
配备先进的导航自驾系统可以通过地面基站或者一台笔记本电脑设计飞行路线实现飞机自主喷洒农药。
雾化均匀、精准喷洒和植保效果好
植保无人机可采用远距离遥控操作和飞控导航,自主飞行只需在喷洒作业前,将农田的GPS信息采集到,并把航线规划好,输入到地面站的内部控制系统中,地面站对飞机下达指令,飞机就可以载着喷洒装置,自主将喷洒作业完成,完成之后自动飞回到起飞点,而在飞机喷洒作业的同时,还可通过地面站的显示界面做到实时观察喷洒作业的进展情况。
利用农业植保无人机向下的强烈旋转气流在喷洒农药时可以在翻动和摇晃农作物的同时,在下方的农作物形成一个紊流区,可以非常均匀地喷洒农药,因此能将部分农药喷洒到茎叶背面和根部,这是目前人工和其他喷洒设备无法做到的喷洒质量。
由于无人机下旋风力集中而有力,采用超细雾状喷洒比较容易透过植物绒毛的表面形成一层农药膜均匀而有效的杀灭害虫。
人药分离,避免药物中毒
传统农药喷洒模式下,由于人就在农药的覆盖范围下,极易发生农药中毒事件,而且概率极大,然而植保无人机是自主飞行喷洒农药,喷洒作业人员避免了直接暴露于农药范围内的危险,保障了人员的安全。
即使采取手动遥控作业,人员与植保机距离较远,发生操作故障或紧急情况时也不会对操作人员造成危害。
1.1.3、市场机会与发展前景
1)政策引导
农业大数据应用体系架构和平台项目符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(重点支持方向;
符合“全国新增千亿斤粮食生产能力规划”和“粮食丰产工程”的要求;
符合中央一号文件“加快推进农业机械化”的要求;
符合农业部“关于推进农作物病虫害专业化防治的意见”精神;
符合我国现代农业发展的需求。
加快农业机械化建设及布局,充分发挥农业机械集成技术、节本增效、推动规模经营的重要作用,不断拓展农机作业领域,提高农机服务水平。
加大信贷支持力度,鼓励种养大户、农机大户、农机合作社购置大中型农机具。
落实支持农机化发展的税费优惠政策,推动农机服务市场化和产业化。
2)巨大的市场空间
未来无人机植保需求将会更加强劲;
而按照我国18亿亩耕地红线测算,目前无人机植保的占有率为3%,未来的发展潜力无限,而且会集中式爆发,因此无人机植保的发展空间将是巨大的。
1.1.4、当前无人机农业植保服务的制约因素
新生事物,市场和用户需要一个认知和接受的过程
无人机农业植保服务起步较晚,属于新生事物,市场和用户需要有一个认知和接受的过程,随着植保无人机功能的不断完善,推广速度的不断加快,市场的认知程度在不断提高,植保无人机的市场前景非常广阔,必将占领主流农业植保市场。
缺少无人机喷洒施药经验及技术
目前,在国内农业植保无人机在开展植保作业时,农药配比仍然是固有模式,缺少一套与植保无人机低空低量高效施药所配套的施药技术,也是当前市场的短板,使用者没有一套科学完善的判别标准以确定在喷雾过程中所需要的雾滴粒径、雾滴沉积分布密度、农药浓度等施药参数,需要建立一个以无人机农业喷洒为基础的行业大数据分析平台,基于无人机的喷洒参数建立分析模型,不断完善植保用药的专业性。
真正可用好用的无人机并不多
植保无人机的企业较多,而大多数的机型都以多旋翼为主,主要因为飞控的成熟性,产品结构简单,技术门槛低,操作简单,所以市场上一些打着植保无人机企业是鱼龙混杂,真正掌握飞控技术只有少数。
相对于无人机中直升机系列的技术要求就很高了,现在国内能研发生产出植保无人直升机很少,这也代表一些企业在无人机领域的高度,植保无人机能否自主飞行、断点续航、断点记忆选配功能,在针对物种的时候能否定高、定速、定流量,均是最终能高效统防统治的基本要求。
飞手人员短缺,无法满足日益庞大的无人机植保市场需求
我国农业植保无人机仍然处在蓝海市场,飞手、设备都供不应求,有专家预计到2020年,无人机植保从业人员需求量是40万人。
我国目前在册的专业飞手不到1万人,人才缺口巨大。
1.2、平台定位
1.2.1、建立行业运营平台
建立一套完善的农业植保运营管理平台,整合整个产业链,为无人机厂家、飞手、农药企业、植保客户提供全方位对接与服务,建立无人机与飞手、飞手与植保客户、农药厂商与植保客户的联系与沟通,打通了各个环节的断点和信息不对称。
同时,在植保服务的过程中,采集整个无人机植保服务的全过程数据,通过手动录入或自动采集等方式,完成平台的数据积累。
1.2.2、建立植保行业大数据中心
平台以无人机植保农药喷洒这一行业细分领域为基础,通过人工录入植保服务过程,连接无人机、地面站、监测仪等相关采集设备,抓取互联网上的一些专业数据库以及与相关农业科学院所等专业机构的合作,采集地理信息,气象信息、土壤信息、农作物信息、病虫害信息、农药信息、药剂配比信息、配件信息、无人机飞行信息、飞手信息、飞行轨迹、药剂喷洒控制信息等等建立分析模型,通过效果评测信息逐步完善分析模型,从而形成覆盖农业无人机植保领域的大数据中心,成为行业的智脑,填补行业的空白。
目前,平台已经完成针对280万亩的农田进行数据采集工作,未来2~3年,预计采集的样本数据不少于5000万亩,这些数据的积累和沉淀将会是海量的、无比庞大的,其具有的数据意义是具有覆盖性及高价值的。
1.2.3、完善植保全过程的管理手段
通过强大的数据分析、信息交换、海量存储、智能分析等业务能力,逐步完善植保全过程的管理手段,提高信息化装备,健全信息服务质量,提高平台农业植保工作服务能力,可为农业植保行业相关企业、从业者和种植户提供专业化、智能化的农业大数据服务,利用平台的基础服务用户能够更快,在提高植保无人机施药效率和施药效果的同时,进一步降低种植户农业植保作业成本,提升经济收入,为农业植保工作宏观决策提供坚实科学的大数据依据,带动并促进无人机植保服务的行业发展,促进我国农业智能化水平的提升、助力农业现代化快速发展。
1.2.4、参与整个植保链条,服务于整个植保链条,获取收益
平台从无人机厂家、到飞手培训、农药厂商的洽谈及植保客户服务,全程参与整个植保链条,按照每亩收取一定服务费,通过平台的大数据分析能力及信息化手段为整个产业链进行服务,提高整个产业链条的服务能力及工作效率。
1.3、建设意义
1.3.1、依托信息化手段,推动农业植保服务的发展
农业大数据应用体系架构和平台,依托物联网、移动互联网、互联网等手段,为质保服务产业链打造综合化农业植保服务管理平台,可有效降低信息获取及农业植保工作开展成本,提升农业植保产业链各方沟通及工作效率,打造新型农业植保服务体系,弥补产业链的空白地带,推动我国农业向现代化转型工作方向发展。
农业大数据应用体系架构和平台通过采集植保无人机和物联网相关环境和植保数据,实现病虫害预警等功能,同时以平台为媒介链接基层农技推广人员、高效及科研院所的农业科技人员等,构建面向种植大户的植保服务体系,开展植保服务信息推送、病虫害远程诊断等服务,最终利用平台积累的大数据分析区域植保相关信息,为区域现代化农业发展提供决策依据。
1.3.2、建立植保运营大数据信息库
1)完善无人机施药安全性
植保无人机根据其型号不同,在农药喷洒的过程中也需要进行科学化的管理手段,如果不能进行精准分析,反而会导致浪费农药、降低防治效果,增加防治次数、相邻地块的敏感作物受损、过量喷药、农药残留超标、空气和水源污染等一系列后果,对人类、动物和植物产生不良的影响。
为降低农药漂移,针对不同的无人机平台,研究机身下方药液雾滴在气流场中的运动情况,分析环境因素(温度、风速、风向等)、施药量、作业速度等因子与药液飘移距离、飘移量的复杂关系,评估施药安全性,制定措施,减少农药对生态的污染。
2)精准施药控制系统研究
根据农用轻型无人机施药方式与方法,重点研究施药过程全程自动控制技术,针对我国的无人机平台,研究设计开发新型的精准施药系统与GPS导航系统,实现喷洒精确对接、定点施药、自动导航、高效自主作业,避免施药过程中重喷漏喷现象,解决施药操控问题。
基于大数据的分析结果,反向推进无人机厂家研究开发新型施药控制系统,从而进一步推进施药的精准度,进而促进我国农业生产中的用药总量控制和减少,利国利民。
3)无人机植保作业的科学化管控
农业大数据应用体系架构和平台项目航路规划和实时显示系统,集GPS和GIS于一体,实现自动规划农田边界、自动规划飞行航路、测算农田面积、实时显示飞行轨迹、定点精准施药功能。
1.3.3、以大数据为核心竞争力的行业软件平台,提升无人机植保服务的专业化
无人机农业植保行业与传统的农业植保相比,优势巨大,并且有广阔的市场发展前景,但是在植保过程中缺少专业化的服务体系和科学化的管理手段,探索规模化、社会化无人机植保病虫害防治的区域经营模式,以及植保、农机等多角色联合的无人机植保病虫害防治技术与装备推广机制,最终提出包括无人机植保过程的科学化管理、无人机施药配比、用药选择、装备配置体系,是提升无人机植保服务的关键性因素。
农业植保大数据行业软件,以其强大的数据分析能力,解决了植保过程中从无人机选择、农药选择、农药科学配比、无人机飞行高度、植保过程轨迹规划等等一系列的突出问题,同时在这个过程中也对无人机的相关配件、农药企业提出了改进的要求,软硬结合,相互促进,随着无人机施药技术的发展,将带动新型药剂产业和无人机施药装备产业的发展,从而使无人机植保的服务更加专业化、科学化。
1.4、国内外同类产品分析
1.4.1、国内市场分析
本平台是基于无人机农药喷洒的农业植保服务大数据运营平台,目前国内尚未有同类产品。
1.4.2、国外市场分析
从目前调查的结果来看,国外目前的情况也只是在无人机农业上的发展速度比较快、无人机的飞手相对成熟,但是在农业无人机植保大数据运营平台这个方向上也属于相对空白阶段。
第二部分、项目方案
农业大数据应用体系架构和平台包括展现层、应用层、数据处理层、设备层。
主要由行业应用平台、大数据分析平台两个子平台组成。
平台总体架构图如下:
平台总体架构图
以下通过对行业应用平台、大数据分析平台、网络拓扑图、研发技术路径、解决关键问题五部分对农业大数据应用体系架构和平台进行详细介绍:
2.1、行业应用平台
行业应用平台主要实现的是通过对无人机农业植保过程中,农药喷洒操作的全流程数据以及相关影响因素数据的采集,信息化管理整个过程,起到提高无人机植保工作效率的目的,达到可以进行数字化模拟及流程回溯的效果。
行业应用平台对无人机农业植保过程中产生的数据进行详细记录采集,录入到系统中,根据不断积累的无人机农业植保数据,利用系统中大数据分析技术,针对不同地区、不同地形、不同土壤、不同农作物、不同气象条件下、不同病虫害程度、不同无人机型号、不同农药等等因素,给与种植户合理的农药使用建议,使种植户在最少农药使用量、最合理配比的情况下,达到最大的防治效果,达到在降低农业种植成本、提高农作物产量、减少农作物农药残留、提高农作物安全性的情况下,增加种植户经济收益的目的。
行业应用平台主要包含电商推广平台、植保作业平台、飞手平台、药剂平台、无人机平台五大功能模块详述如下:
2.1.1、电商推广平台
电商推广平台功能模块主要实现的是不断加强与顾客交流、不断了解顾客需求信息记录及对客户在平台下单和支付的流程数据的管理,同时利用大数据分析技术针对目标客户进行高效的营销推广管理。
包括订单管理、支付结算、精准营销、客户关系管理四个主要功能模块。
1)订单管理
程序描述
用户登陆系统后,在系统订单管理模块中,可以查看自己的订单信息,包括未支付、已支付、未收货、已收货等分类信息。
功能
功能说明:
订单信息展示列表界面。
点击“订单管理”后,直接打开订单信息,展示内容为订单基础信息(部分)项目。
未支付:
用户已经下单的信息,但是没有完成支付的信息列表。
已支付:
用户下单且已经通过系统支付功能完成支付的信息列表。
未收货:
对已经完成支付的订单商品进行了发货操作,但是用户还没有进行收货。
已收货:
用户已经收到货品,并且进行了收货确认。
具有查询功能,可以根据商品名称、时间、状态等进行查询信息显示。
2)支付结算
用户登陆系统后,在系统支付结算模块中,可以查看自己的支付结算信息,包括未支付、已支付分类信息。
支付信息展示列表界面。
点击“支付结算”后,直接打开支付信息,展示内容为支付结算基础信息项目。
用户将选中的商品已经形成订单,但是未进行支付的列表信息。
用户针对已经形成订单且完成支付操作的列表信息。
具有查询功能,可以根据时间、状态、金额等进行查询信息显示。
3)精准营销
利用农业大数据应用体系架构和平台中大数据分析技术,针对系统中已经获取的大量土壤、气象、地域、农作物等数据信息处理后,得出我国某区域内的农作物在种植过程中,非常适合使用已经与我司合作的农业植保无人机进行作业,则我司及其合作无人机植保公司即可将此区域内的种植企业、农村合作社、种植大户等进行有针对性的、重点营销对象进行市场公关。
用户登陆系统后,在系统精准营销模块中,可以查看精准营销信息,包括营销计划、营销推广方案、营销过程、潜在客户、营销结果、问题分析等分类信息。
精准营销功能展示列表界面。
点击“精准营销”下的功能分类后,直接打开对应信息,展示内容为精准营销各分类相关基础信息项目。
具有查询功能,可以根据时间、名称、执行状态等进行查询信息显示。
4)客户关系
利用农业大数据应用体系架构和平台中精准营销功能模块得到的目标客户所在区域后,市场专员将会对目标客户区域内的种植企业、农村合作社、种植大户等客户信息进行搜索整理,然后通过系统中客户关系管理模块下新增潜在客户功能,将潜在客户信息录入到系统中,由市场专员进行后续跟进洽谈合作。
市场专员根据获得的潜在客户信息制定初步拜访计划,市场专员需要在每次拜访后进行工作日志的记录,包括工作进展、客户状态、遇到的问题、准备的解决方案、问题处理结果等信息。
如市场专员与某一个客户联系沟通一段时间后,即可对客户状态给与一个结果判断,将放弃客户做出标记,将合作客户信息进行完善等等。
对已经合作的客户需要做好客户维系计划和维系过程、结果记录等。
用户登陆系统后,在系统客户关系模块中,可以查看客户信息,包括客户名称、客户联系人、客户类型、采购规模、合作信息、市场专员等分类信息。
客户关系展示列表界面。
点击“客户关系”后,直接打开对应信息,展示内容为客户关系相关基础信息项目。
具有查询功能,可以根据名称、负责人、客户类型、采购规模等进行查询信息显示。
主要功能包括下图所示:
客户关系管理功能
2.1.2、植保作业平台
植保作业平台主要实现对无人机农业植保服务全流程的信息化管理,包括各角色协同合作办公、植保前期准备和估算物资、植保中期制定技术和植保实施、植保后期验收和效果评测流程的把控管理,利用信息化系统提高管理能力。
主要包括协同办公管理、项目管理、实施管理、植保评测管理四个主要功能模块。
1)协同办公
协同办公模块主要是为了建立以协同办公为核心的协同工作平台,提高工作效率;
建立广泛的沟通渠道;
基于灵活的信息发布功能,建立协同系统和文化宣传阵地,实现内容信息共享、工作协同;
宣传和谐的企业文化,促进企业健康发展;
对市场、可研、生产、销售、安全、售后等核心价值链信息资源进行整合,提高核心竞争力。
用户登陆系统后,在系统协同办公模块中,可以查看本系统中协同办公的过程信息,包括即时沟通、工作协同、信息中心、流程审批、任务布置、任务催办、知识管理等分类信息。
协同办公展示分类功能列表界面。
点击“协同办公”分类功能后,直接打开对应信息,展示内容为分类功能相关基础信息项目。
即时沟通:
内部短信、内部邮件、客户端信息互发等。
工作协同:
工作流处理,协同项目管理、工作计划、工作日志。
信息中心:
公告、新闻、投票等发起、审核、发布等。
流程审批:
发起如请假、外出办公等申请,由对应负责人进行审批回复。
任务布置:
由相应管理人员进行相应任务的布置派发。
任务催办:
由相应管理人员或协作人员发起任务催办信息,系统将催办信息推送给被催办人,由被催办人进行回复。
知识管理:
个人文件柜、公共文件柜、网络硬盘、图片浏览等。
具有查询功能,可以根据时间、负责人、工作名称、文件名称等进行查询信息显示。
协同办公功能示意
2)项目管理
本系统项目管理模块下,主要包括无人机农业植的保合同管理(包括:
合同信息管理、新增植保合同)--植保需求管理(包括:
植保需求管理、创建植保需求)--植保资源估算管理(包括:
资源估算管理、新增资源估算)--植保项目管理(包括:
植保项目管理、创建植保项目、指派项目经理、变更项目经理、我的项目)等功能的全过程管理信息。
项目管理展示植保项目管理分类功能列表界面。
点击“项目管理”分类功能后,直接打开对应信息,展示内容为分类功能相关基础信息项目。
植保合同管理:
包括新增植保合同、查看植保合同、合同金额管理、合同发票管理等。
植保需求管理:
通过植保时间的不同,将植保合同分解为植保需求。
包括创建植保需求、植保需求查看等功能。
植保资源资源估算管理:
主要是对植保需求中的服务实施时,所需的农资、人员、无人机等进行估算。
包括新增植保资源估算、植保资源估算管理等。
植保项目管理:
包括创建植保项目、植保项目查看、项目经理指派、变更项目经理、我的项目(确认接受项目)。
具有查询功能,可以根据合同名称、需求名称、项目名称、时间、项目经理等进行查询信息显示。
性能
栏目点击进入后,栏目界面在3秒钟内完成加载并显示。
查询操作选择查询条件并确认查询后,查询结果在5秒内完成加载并显示。
3)实施管理
本系统中实施管理模块下,包括:
植保任务管理(包括:
任务信息管理、创建植保任务、指派飞手小组、我的任务)--任务实施管理(包括:
任务实施计划、任务计划审批、任务实施日志)--二次喷洒管理(包括:
二次喷洒申请、二次喷洒审批)的全过程管理信息,主要是针对无人机农业植保服务的任务分解、实施计划、实施日志、二次喷洒申请及审核过程的管理。
实施管理展示分类功能列表界面。
点击“实施管理”分类功能后,直接打开对应信息,展示内容为分类功能相关基础信息项目。
植保任务管理:
主要是将植保项目分解为更小单位的植保任务,并指定飞手小组负责此植保任务,飞手队长可以看到被指定的任务信息。
任务实施管理:
主要是飞手队长与客户技术员到田间进行勘测后,制定具体的植保实施计划并提交给项目经理审查;
项目经理审查后,给与批复,然后由飞手队长带领小组的飞手按照植保计划进行植保任务服务实施,并且每日需要填写植保日志记录下具体的工作进展情况和当天植保过程中的相关信息。
二次喷洒管理:
主要实现如果植保喷洒完成后,植保效果由于各种原因没有达到客户满意程度,且客户要求进行重新喷洒时,则由飞手队长进行重新喷洒申请,由项目经理与客户沟通后审批是否同意重新喷洒。
具有创建、查询、修改等功能,可以根据任务名称、任务时间、飞手队长、项目经理等进行查询信息显示。
4)植保评测
飞手小组每天完成植保任务后,都需要要求客户技术员签字一份植保服务确认单,并在植保任务实施完成后3~4天,返回到作业地块进行植保效果查验,请客户进行验收并进行满意度评分。
在客户给与评分完成后,飞手队长则可以进行植保任务验收申请,由项目经理与客户核对后进行审批,并对飞手小组服务给予评价,在系统中记录植保效果等相关信息。
当某个植保项目所属的植保任务都
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