农业物联网系统可行性研究报告书.docx

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农业物联网系统可行性研究报告书

第1章项目申报单位概况

1.1项目承担单位

1.2承担单位简介

1.3申请单位近三年经营状况

第2章项目建设的背景及必要性

2.1项目概要

物联网（TheInternetofthings）是近年来新兴的一种信息技术，被认为是继计算机和句_联网后又一次新的信息技术革命。

伴随着温家宝总理着重提出的“物联网”概念，物联网己成为信息产业中的下一个战略高点，我国己将“物联网”明确列入《国家中长期科学技术发展规划（2006一2020年）》和2050年国家产业路线图。

所谓农业物联网，是指通过物联网技术实现农作物生长、农产品生产流通等信息的获取，通过智能农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、灌溉、植保以及农民教育相结合，以提升农业生产、管理、交易和物流等各环节的智能化程度，为推进社会主义新农村建设提供新一代技术支撑平台。

本项目为农业物联网系统建设项目，主要建设内容为3000平方米的物联网信息服务中心、大型智能化育秧工厂、农田环境远程监控系统、农产品检测检验与质量追溯系统、农产品物流服务平台、农产品网上信息发布与交易平台等。

通过农业物联网系统的实施，能够实时收集农田温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据信息，监视农作物灌溉情况，监测土壤和空气状况的变更，根据用户需求，随时进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农产品产量。

利用物联网技术建立农产品食品安全追溯系统，为农产品增加RFID标签，建立对农产品的种植、生产、加工、运输与销售的全过程跟踪和监控，实现“从农田到餐桌”的全过程质量追溯体系。

该项目的实施通过先进的物联网技术实现三个10%的目标。

即减少投入（包括生产资料、人工及管理）10%；增加产量10%；在提高农产品质量、安全性方面增收10%。

2.2项目建设背景

随着微电子、计算机和网络信息技术在各个领域的渗透和普及，以全球互联网为基础的“物联网”正在兴起，并被业界称之为第三次信息技术革命。

网络信息技术的提升对科学和社会经济的发展带来了巨大的机遇。

有关资料表明，过去三十年，网络信息科技对发达国家经济增长贡献率达到40%,而采用全新框架的“物联网”将会导致整个互联网和其他应用网络体系的重建，进而创造一个更大的市场需求，成为拉动科技创新，促进经济增长的强大动力，因此欧美等发达国家纷纷投入研究，“物联网”已经成为未来高科技领域国际竞争的热点。

我国农业正处于传统农业向现代农业的转型时期，全面实践这一新技术体系的转变，网络信息化技术将发挥独特而重要的作用，也为现代农业发展提供了前所未有的机遇。

充分利用智能化信息管理技术发展现代化农业，同样成为当今各个发达国家农业发展的热点之一。

以欧美为代表的世界发达国家，在农业信息网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，全方位推进农业网络信息化的步伐，利用“5S”技术（GPS,RS,GIS,ES,DSS）、环境监测系统、气象与病虫害监测预警系统等，对农作物生产进行精细化管理和调控，有力地促进了农业整体水平的提高。

上个世纪90年代，在我国随着互联网技术的成熟和普及，计算机互联网络开始进入农业领域，从事农业人员甚至普通农民，即可以随时随地及时快捷的获得各种科技信息、管理信息、市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信息等等。

互联网络和计算机信息技术的结合，正在改变因农业高度分散、生产规模小、时空变异大、量化与规模化程度差、稳定性和可控程度低等行业性弱点。

网络信息技术在农业领域的普及和应用，使“电脑上也能把地种”的愿望变为可能，使“运筹帷幢决胜千里”的管理调控理念梦想成真。

2009年8月，温家宝总理提出建立中国传感信息中心的战略设想，物联网再度成为热点，也为发展“农业物联网”或“物联网农业”提供了契机和动力，农业网络信息化建设似乎又迎来了新的春天。

随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽，通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，足不出户就可以监测到农田信息，实现科学种植、科学管理，促进了现代农业发展方式的转变.农业物联网技术的推广应用，也是农业现代化水平的一个重要标志.

物联网在农业和农村信息化领域中得到广泛应用，如:

精准农业、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统、食品安全追溯系统等.数字农业重大专项已在中国新疆、黑龙江、吉林、北京、上海、河北、江苏等地建立起26个设施农业数字化技术、大田作物数字化技术和数字农业继承技术综合应用示范基地。

中国科学院中国新农村信息化研究中心是较早开展大田农业精准生产、农资农产品物联网溯源系统开发的科研单位，他们于2009年开始与沈阳军区的双山农场合作进行了大田农业的精准生产和管理系统的开发研究，在2010和2011年的实地演示中，获得中国科学院、沈阳军区、中国农业部、黑龙江省各级领导的一致好评。

基本实现了土壤信息的快速获取、大田资源苗情、墒情的实时监控、水肥药的自动浇灌、产量分布的自动测量；2010年他们开始研发农资、农产品物联网溯源系统，基本实现了低成本可视化、产品可溯源、物流智能配送可追踪和智能服务个性化在2011年的深圳高交会上进行了成功的演示，获得了广泛的好评。

另外，国家农业信息化工程技术研究中心成功研制了基于GNSS,GZS,GPRS等技术的农业作业机械远程监控调度系统，可优化农机资源分配，避免农机自目调度。

中国农业大学建立了蛋鸡健康养殖网络系统和水产养殖环境智能监控系统。

我国每年还通过还农业环境监测网络实施农业环境的常规监测；利用传感器网络实现了农业墒情的自动监测并在各地进行了有效的推广应用。

2.3项目建设的目的和意义

2.3.1减少农业投入品消耗，减少农业污染

传统的农业作业靠大量使用化肥、农药，过量消耗水源来提高农业产量，已经造成水土流失、生态环境恶化、生物多样性损失等不良影响。

虽然我国用世界9%的耕地养活了世界21%的人口，但却使用了世界上35%的化肥。

我国化肥的生产量和施用量居世界首位，单位面积使用量是美国的2.6倍，但化肥利用率低，氮仅为30%-35%、磷仅为10%-20%，钾仅为35%-50%;农药利用率也很低下，仅在30%左右。

化肥、农药的过量和不合理使用，造成化肥、农药残留，造成土质酸化、硬化、环境破坏等，也使农产品的农药残留、抗生素残留、激素残留、重金属残留超标，严重影响了农产品质量安全，对农业生产的可持续性和环境保护造成严重威胁。

另外，传统农业生产采用漫灌供水方式，不仅对水资源造成大量浪费，还使农川残留的农药、化肥流入江河，给水体生态带来严重的危害，是造成河网水质恶化的重要因素，严重威胁居民饮水安全。

在农作物生产管理中，针对不同的作物对象（如:

葡萄、草苟、蔬菜等），综合应用现代物联网技术，建立数字化、信息化技术和控制作业装备高度集成系统，从而形成从生物及环境信息实时获取、无线传输、数字化分析处理到科学管理决策、实施完整的智能管理系统，实现农业广域空间分布的资源、环境和生产管理信息的高效实时采集、监测、科学分析处理，优化资源配置和生产科学管理，提高农业生产的科学性、主动性，减少低效投入，改变传统农业用大量施肥、用药和漫灌水提高产量的方式，消除传统农业造成的资源浪费和环境污染等不良影响，从而达到减少投入、节约资源、改善环境的目的，从而提高农户亩产的经济效益。

2.3.2提高病虫害防治水平

进行农业生态环境监测能够提高病虫害防治水平。

通过部署相应的传感器对环境进行实时监测，获取相应的数据进行分析，以提前预防病虫害，并可迅速采取相应措施抑制病虫害的发病条件，控制农药使用，达到提高产品质量及降低生产成本的目的。

2.3.3提高农作物种植水平

农业物联网在现代农作物智能种植领域中的应用主要包括:

收集温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据信息，监视农作物灌溉情况，监测土壤和空气状况的变更，根据用户需求，随时进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农作物种植水平。

在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据，从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的

2.3.4提高农产品物流水平

通过在农产品运输车辆安装GPS定位、温度、湿度等传感器，利用GPRS,WCDMA等2G或3G技术，向调度中心实时传递车辆位置、载荷、温度及湿度等信息，实现高效调度，从而有效降低农产品运输损失率物联网在农产品流通中的另外一项主要应用是农产品运输车辆及货物的快速识别，通过RFID电子标签在农产品运输的“绿色通行证”的应用，可以起到有效防止伪造和涂改通行证的作用，并可实现远程扫描获取运输车辆及货物信息，实现快速放行。

2.3.5建立农产品质量安全监测系统，实现农产品安全溯源

食品安全己经成为当今社会的热点和焦点问题，如何利用信息技术为食品安全生产服务是现在而临的一个主要问题。

在农业物联网中使用RFID技术，以数据网格与RFID相结合的方式构建基于数据网格的RFID农产品质量跟踪与追溯系统，使用RFID电子标签、二维条码等技术建立生产和流通档案，并在仓储、销售等环节通过读取设备获取农产品产地和生产过程等相关信息，实现农产品溯源，能够有效提高加工环节质量安全可追溯系统数据采集与传输的准确性，进而提高质量安全可追溯系统求解的精度。

借助物联网技术来实现农产品可溯源，以增加农产品的安全性。

第3章项目前期开发情况及技术基础

3.1项目前期开发情况

本项目为与中国移动公司和武汉理工大学合作开发实施农业物联网系统，已签订合作开发协议。

3.2主要技术基础

3.2.1实施农田环境远程监控系统的相关技术

3.2.1.1信息感知技术

在现代农业领域，信息的感知包括土壤信息感知、农作物生命信息感知、环境信息感知、植物生长信息感知、农产品品质信息与流通溯源信息感知等。

核心技术包括:

信息快速采集光谱技术、计算机视觉技术、传感技术、3S技术等。

物联网信息感知技术可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量、有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等，从而进行科学预测，帮助农民抗灾、减灾、科学种植，提高农业综合效益。

如图1是一种常用的农业传感节点硬件构成图。

3.2.1.2综合应用技术

农业物联网技术的综合应用指获取的主要农业数据，开发应用于农业生产的智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统等。

如图2是一种农业生产智能化专家管理系统系统技术路线图。

3.2.2实施食品安全可追溯的相关技术

食品的可追溯系统就是食品供应体系中食品构成与流向的信息与文件记录系统。

这就意味着，要建立食品供应链各个环节上信息的标识、采集、传递和关联管理，实现信息的整合、共享，才能在整个供应链中实现可追溯能力。

因此，从本质上说，可追溯系统就是一套信息管理系统。

综合当前国内外的实践经验，实施可追溯系统主要涉及以下几个方面的技术。

3.2.2.1信息标识技术

可追溯系统实际上就是一套信息管理系统。

信息管理的前提是用能够广泛接受的标准进行信息的标识表示，然后才能进行信息的采集和传递。

随着全球化的发展，在实施可追溯的时候必须考虑到信息流动的全球性，必须采用全球通用的标准体系来进行可追溯信息的管理。

当前国际上普遍采用的是由国际物品编码协会GS1（GlobalStandard1，由欧洲物品编码协会EAN和美国统一代码委员会UCC联合而成）开发的全球统一标识系统EAN·UCC系统来实施商品信息的标识、采集和传递。

EAN·UCC系统是以对贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等的编码为核心，集条码和射频等自动数据采集、电子数据交换、全球产品分类、全球数据同步、产品电子代码（EPC）等技术系统为一体的，服务于物流供应链的开放的标准体系。

目前，全球共有100多个国家和地区的、来自工业、商业、出版业、医疗卫生、物流、金融保险和服务业等行业超过100万家的企业，采用EAN·UCC系统，对物品进行标识和供应链管理。

因此，该系统已经成为事实上的国际标准。

EAN·UCC系统包括三个方面的内容：

编码体系：

为贸易产品与服务（即贸易项目）、物流单元、资产、位置以及特殊应用领域等提供全球唯一的标识；

数据载体：

包括条码、RFID；

数据交换：

包括EDI和XML。

由于采用EAN·UCC系统可以对食品供应链全过程中的产品及其属性信息、参与方信息等进行有效地标识，建立各个环节信息管理、传递和交换的方案，实现对供应链中食品原料、加工、包装、贮藏、运输、销售等环节进行跟踪和掌控，在出现问题时，能够快速、准确地找出问题所在，从而进行妥善处理。

因此，该系统也成为当前国际上普遍采用的实施可追溯的技术体系。

目前，欧盟等国已经采用EAN·UCC系统成功地对牛肉、鱼、蔬菜等开展了食品跟踪，有效地对食品供应链全过程进行跟踪与追溯，建立了从“农场到餐桌”的食物供应链跟踪与追溯体系，取得了积极的效果。

EAN·UCC系统的编码体系提供了建立可追溯系统的基础，即信息标识技术的标准，它对供应链各参与方、贸易项目、物流单元、资产、服务关系等进行编码，其编码结构保证了在相关应用领域中提供全球唯一的标识代码，解决了供应链上信息编码不唯一的难题。

这些标识代码是计算机系统信息查询的关键字，是信息共享的重要手段。

同时也为采用高效、可靠、低成本的自动识别和数据采集技术奠定了基础。

该系统对不同的编码对象采用不同的编码结构，并且这些编码结构间存在内在联系，因而也具有整合性。

在提供唯一的标识代码的同时，EAN·UCC编码体系也提供附加信息的标识，例如有效期、系列号和批号，这些都可以用条码或RFID标签（射频识别标签）来表示。

3.2.2.2信息采集技术

在对有关信息用全球通用的标准的标识以后，还需要用全球通用的标准载体来承载这些信息，以便于信息的采集，实现供应链全程的无缝链接。

目前，最常用的信息采集技术是条码技术，RFID（RadioFrequencyIdentification，射频识别）技术和EPC（ElectronicProductCode，产品电子代码）技术也正逐渐受到人们的关注。

条码技术将计算机技术与信息技术结合起来，集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一体。

条码技术利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理之目的。

条码技术具有以下特点：

（1）简单。

条码符号制作容易，扫描操作简单易行。

（2）信息采集速度快。

普通计算机的键盘录入速度是200字符/分钟，而利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的20倍。

（3）采集信息量大。

利用条码扫描，依次可以采集几十位字符的信息，而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密度，使采集的信息量成倍增加。

（4）可靠性高。

键盘录入数据，误码率为三百分之一，利用光学字符识别技术，误码率约为万分之一。

而采用条码扫描录入方式，误码率仅有百万分之一，首读率可达98%以上。

（5）灵活、实用。

条码符号作为一种识别手段可以单独使用，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。

同时，在没有自动识别设备时，也可实现手工键盘输入。

（6）自由度大。

识别装置与条码标签相对位置的自由度要比光学字符识别（OCR）大得多。

条码通常只在一维方向上表示信息，而同一条码符号上所表示的信息是连续的，这样即使是标签上的条码符号在条的方向上有部分残缺，仍可以从正常部分识读正确的信息。

设备结构简单、成本低。

条码符号识别设备的结构简单，操作容易，无需专门训练。

与其他自动化识别技术相比较，推广应用条码技术，所需费用较低。

利用条码技术采集信息的速度快、可靠性高、灵活、实用等特点，以及在供应链管理中的成熟、广泛应用，建立对产品的可追溯标签，实现有关信息的标准采集，这也是实施可追溯的关键之一。

采用EAN·UCC系统的编码体系可以对食品供应链全过程中的每一个节点进行有效的标识，利用条码技术，建立相关信息的条码载体，通过扫描可以获取各个节点的有关数据编码信息，包括给每一个产品赋予的全球惟一的EAN·UCC代码，即全球贸易项目代码（GTIN）；通过应用标识符（AI）对产品属性进行标识的代码，如批次、有效期、保质期等；通过全球位置码（GLN）对食品供应链中各个环节及参与方进行标识；通过系列货运包装箱代码（SSCC）对食品的运输环节进行标识。

供应链中各个环节的有关信息，采用UCC／EAN－128条码符号来表示（在终端销售环节，贸易项目采用EAN／UPC条码符号进行表示）。

这样就建立了实施可追溯的基础——以条码为基础的标签，为各个环节实施信息传递和交换提供依据。

3.2.2.3信息交换技术

在食品供应链的每个环节建立了可追溯标签之后，还需要在各个环节之间建立无缝链接，实现标签信息传递和交换的关联管理，这样才能实现供应链全程的跟踪和追溯。

否则，任何一个环节断了，整个链条就脱节了，也就无法实现可追溯的目的。

而这需要数据交换的全球通用的技术标准来保证。

为实现贸易伙伴间电子数据信息快速、准确、低成本、高效率的交换，国际物品编码协会GS1制定了电子数据交换（EDI：

ElectronicDataInterchange）的全球标准，它包括电子数据交换标准实施指南（EANCOM）和可扩展的商业标识语言标准（ebXML）两个部分。

EANCOM以EAN·UCC系统的编码体系（GTIN、SSCC、GLN等）为基础，是联合国EDIFACT（联合国有关行政、商业及交通运输的电子资料交换）标准的应用指南，是经过GS1简化而引入的。

EANCOM提供了清楚的定义和说明，让EDI的应用更加简单便捷。

EANCOM在全球零售业有广泛的影响，并已扩展到金融和运输领域。

EAN·UCC编码体系的GTIN、GLN、GDD等标准使全球供应链中产品的标识、分类和描述一致性成为可能，而GDS提供了实施这一目标的最佳途径。

它的实质就是要在供应链上建立一种无缝的信息传递和共享机制，而这正契合了可追溯的信息关联管理的需求。

3.2.2.4物流跟踪技术

只有食品供应链的各个环节之间有效链接起来，才能实现可追溯，这种链接是通过食品的物流运输来实现的。

食品尤其是生鲜食品，对温度等环境变化比较敏感，对物流运输的要求就比较高。

因此，物流运输过程的管理对食品的安全来说就非常重要，必须采取有效手段，来监控、管理食品物流运输过程，使之能够高效进行，同时，在发生食品安全事件时，也能够对运输环节进行追溯。

GIS地理信息系统（GeographicInformationSystem）和GPS全球卫星定位系统（GeographicalPositionSystem）提供了对物流运输过程进行准确跟踪记录的技术。

在物流运输中，GIS/GPS技术可以对车辆进行定位、跟踪、监控。

物流运输过程也就是物品空间位置转移过程，涉及到的商品的运输、仓储、装卸、送递等处理环节。

运用GIS/GPS技术，不仅可以对运输车辆进行实时跟踪、监控，还可以对车辆温度进行监控、调整。

该技术还能根据实时跟踪状况，计算出最佳物流路径，给运输设备导航，减少运行时间，降低运行费用。

因此，GIS/GPS技术可以在可追溯系统中，对商品的物流过程进行全程跟踪记录，提供实施追溯的信息基础。

物联网公共服务平台是中国特色的物联网产业联盟环境的核心，十分有利于在现阶段形成最有生命力的商业模式。

通过平台物联网信息服务，形成以运营商为核心的物联网信息传输交换（智能通道）和龙头企业为核心行业物联网应用服务核心的双核心公共服务环境。

追溯系统的建立将带来巨大的价值，检测认证公共服务平台和标识管理公共服务平台的建设将对消费者、对社会和对企业有利：

第4章项目实施方案

4.1项目建设目标

本项目是在的种植基地上实施农田环境远程监控系统、农产品质量追溯系统、农产品网上信息发布与交易平台等全方位的农业物联网系统。

通过物联网的实时传感可以实现实时传感采集和数据存储，能够摸索出植物生长对温、湿、光、土壤的需求规律，提供精准的科研实验数据；通过智能分析与联动控制功能，能够及时精确地满足植物生长对环境和养分等各项指标的要求，达到大幅增产的目的；通过光照和温度的智能分析寻优与精确调控，使植物的生长完全遵循人工调节等，达到优质生产之目的。

进行土壤养分、墒情监测，为作物选择耕种方式提供指导；粮情信息监测，为监管部门科学决策保护粮食安全提供有效数据；通过农产品质量追溯系统，实现农产品物流的全程监控，使消费者全面了解农产品（食品）信息，确保农产品（食品）安全。

打造农产品网上信息发布与交易平台，实现从农田到餐桌的一站式物联网服务。

4.2建设内容及规模

本项目为农业物联网系统建设项目，主要建设内容为3000平方米的物联网信息服务中心、大型智能化育秧工厂、农田环境远程监控系统、农产品检测检验与质量追溯系统、农产品物流服务平台、农产品网上信息发布与交易平台等。

通过农业物联网系统的实施，能够实时收集农田温度、湿度、风力、大气、降雨量等数据信息，监视农作物灌溉情况，监测土壤和空气状况的变更，根据用户需求，随时进行处理，为现代农业综合信息监测、环境控制以及智能管理提供科学依据，提高农产品产量。

利用物联网技术建立农产品食品安全追溯系统，为农产品增加RFID标签，建立对农产品的种植、生产、加工、运输与销售的全过程跟踪和监控，实现“从农田到餐桌”的全过程质量追溯体系。

4.3项目技术方案

4.3.1农田环境远程监控系统

4.3.1.1系统分析

农业生产环境是一个复合开放的生态系统，包含土壤、肥料、水分、光照、温度、空气、生物等因子，对农田环境数据进行快速、准确地采集、传输、控制，对直接与间接对相关因素进行系统分析，有利于对农作物生产进行科学管理。

基于物联网的农作物生产智能测控系统，是运用信息采集技术、近程通讯技术（如常用的RFID）、信息远程传输技术、信息智能分析与控制技术，结合农业生产技术信息，实施农田环境远程监控系统，将有效提升农业生产的技术管理水平，促进农业产业化及现代化的发展。

4.3.1.2系统目标

构建基于物联网的农田环境远程监控系统，改变传统的信息采集模式，实现农作物生产信息的实时检测与控制，并在专家知识库辅助下，实现农业生产的智能化、科学化管理。

一是构建基于物联网的农作物生产智能测控系统，改变传统的信息采集模式。

二是通过农业智能产品的应用，实现农作物生产信息的实时检测与控制。

三是将专家系统知识嵌入农业智能产品，为生产者提供技术服务，实现农业生产的智能化、科学化管理。

4.3.1.3系统设计

分析物联网功能特点及现代农作物特征，设计基于物联网的农业生产作业流程。

系统开发紧紧围绕物联网”全面感知、可靠传送、智能处理”三项功能的实现，为实现智能灌溉、变量施肥、器械导航、机械化自动控制、及可追溯等打下坚实的研究基础。

（1）基于物联网的农业生产智能系统设计

基于物联网的农业生产智能控制关联意图如图1所示。

（2）农业生产信息采集终端

“物联网”的精髓是感知，感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网和信息服务。

生产信息采集终端要完成农业生产信息的采集与预处理，并把信息通过无线网络传输给物联网信息中心。

采集信息包括空气温湿度、土壤温湿度、风速、CO2浓度、作物生理信息检测（如作物含水量等）、雨量等，可根据需要灵活选择。

采集终端还带有精确计时的时钟及GPS，可准确标定采集信息的时间、地点等信息。

系统开发采用了模块化结构，