一种基于NB‑IoT的农情监控系统技术方案

本发明专利技术涉及农业信息化技术领域，具体地说是一种基于NB‑IoT的农情监控系统。包括感知控制层、传输层、服务层、应用层。感知控制层包括现场监控器，现场监控器包括数据监测模块、设备控制模块、通信模块、电池供电模块、定位模块；通信模块包括连接NB‑IoT网络的NB‑IoT单元；数据监测模块监测农情数据并通过NB‑IoT单元发送至服务层；传输层包括连接感知控制层和服务层的NB‑IoT网络。通讯服务模块接收来自感知控制层的农情数据和位置数据，并通过数据服务模块存储至数据库中。基于NB‑IoT构建的农情监控系统，拥有的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势能够解决现有农情监控系统的难点与不足，为未来农业物联网的发展提供很好的技术支撑，扩大应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT的农情监控系统
本专利技术涉及农业信息化
，具体地说是一种基于NB-IoT的农情监控系统。
技术介绍
农业在中国国民经济中占有重要地位，农情监控是实现农业高效可持续发展的重要基础性工作。近年来随着电子与通信技术的发展，以物联网、云计算和大数据为代表的新一代信息技术，正在不断地应用于农业的各个领域，推动农业现代化发展的步伐。现有的农情监控系统为保证实施效果，不管是有线网络通信还是无线网络通信，传感器设备均无法使用电池续航工作，因而在系统建设期需要进行有线供电网络的布设，或者配备太阳能发电装置，建设周期长，投入成本高。规模越大，传感器采集点越密集，则建设的综合成本越高。基于目前这些技术方案的系统无论使用有线通信网络，还是Zigbee、433MHz短距离无线、WiFi等无线局域网组网通信，要实现远程监控，还需要在农业设施上建设光纤、机房、交换机、无线热点等通信基础设施，前期投入成本大，后期维护成本高。如果使用GPRS、3G、4G等运营商蜂窝网络，由于这些网络是基于手机宽带应用设计，对于农情监测的传感设备窄带数据通信特点而言，不仅支持的节点数量受限制，而且通信信令繁琐，网络通信效率低，运行功耗大。另外，针对农情监测在土壤、水下、林区等采集应用环境下，宽带蜂窝网络覆盖能力弱，空间应用范围受限制。另外，在系统服务模式上，现有的农情监控系统仅仅停留在采集数据加人工查看分析（远程专家）的模式上，没有充分利用目前逐步成熟的云计算技术和大数据分析处理技术，整体的分析计算水平较低。软件服务方式也是以传统的PC端客户软件或Web方式为主，由于农业应用环境的特点，普通农户和农业场所均不配备电脑和网络设施，所以服务的到达率和效率均较低，在目前智能手机基本普及的情况下，急需升级到移动服务方式。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术和应用问题，提供一种基于NB-IoT的农情监控系统，其特征在于：包括感知控制层、传输层、服务层以及应用层。所述感知控制层包括现场监控器，所述现场监控器包括数据监测模块、设备控制模块、通信模块、电池供电模块、定位模块；所述通信模块包括连接NB-IoT网络的NB-IoT单元；所述数据监测模块监测农情数据并通过所述NB-IoT单元发送至所述服务层；所述定位模块检测位置数据并通过所述NB-IoT单元发送至所述服务层；所述设备控制模块通过所述NB-IoT单元接收来自所述服务层的设备控制指令并输出控制信号。所述传输层包括连接所述感知控制层和所述服务层的所述NB-IoT网络。所述服务层包括业务服务模块、通讯服务模块、连接数据库的数据服务模块，所述通讯服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述业务服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述数据服务模块与所述通信模块通过ESB总线通信；所述通讯服务模块接收来自所述感知控制层的所述农情数据和位置数据，并通过所述数据服务模块存储至所述数据库中；所述业务服务模块包括终端控制单元，所述终端控制单元接收来自所述应用层的设备控制请求，并通过所述通讯服务模块发送设备控制指令至所述感知控制层。所述应用层包括用户访问终端、Web应用服务模块，所述用户访问终端通过运营商网络与所述Web应用服务模块相连；所述Web应用服务模块与所述业务服务模块通过ESB总线通信。作为优选，所述业务服务模块包括部署在服务器集群中的数据检测单元、趋势分析单元和农情告警单元；所述数据检测单元按照向订阅检测服务的用户访问终端推送农情检测数据，所述农情检测数据包括农情区域数据和农情分类数据。所述趋势分析单元根据来自所述用户访问终端的趋势分析请求向所述用户访问终端提供分析图表、数据统计结果、数据分析结果，所述趋势分析图包括实时趋势图查看、农情分布图、历史同期对比趋势图、自定义图表。所述农情告警单元在农情数据超出预设值时向订阅告警服务的用户访问终端发送告警信息。作为优选，所述服务层包括辅助业务模块，所述辅助业务模块包括部署在服务器集群中的登陆认证单元、权限验证单元、数据验证单元、事务处理单元、异常处理单元、缓存管理单元、日志记录单元；所述辅助业务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述辅助业务模块与所述Web应用服务模块通过ESB总线通信。作为优选，所述终端控制单元在农情数据超出预设值时生成相应的设备控制指令，并通过所述通讯服务模块将所述通讯服务模块发送至所述感知控制层。作为优选，所述数据库包括指令队列；所述终端控制单元根据所述设备控制请求在所述指令队列中添加相应的设备控制指令；通过所述通讯服务模块发送所述指令队列中的设备控制指令至所述感知控制层。作为优选，所述数据库包括指令失败队列；所述通讯服务单元对发送不成功的设备控制指令进行重发，所述通讯服务单元将重发次数超过最大重发次数的设备控制指令存储至所述指令失败队列中，并通知对应的所述用户访问终端。作为优选，所述现场监控器包括图像监测模块，所述通信模块包括3G/4G单元；所述传输层包括图像专用网络；所述图像监测模块检测图像数据并通过所述3G/4G单元经所述图像专用网络发送至所述服务层。作为优选，所述传感模块包括气候类传感单元、空气类传感单元、土壤类传感单元、水质类传感单元中的一种或者多种。作为优选，所述设备控制模块包括继电器控制单元、电磁阀控制单元、模拟量输出控制单元、RS485总线通信控制单元、CAN总线通信控制单元中的一种或者多种。作为优选，所述定位模块包括GPS定位单元和北斗定位单元，所述GPS定位单元和所述北斗定位单元集成在一个组件中。本专利技术基于NB-IoT（窄带物联网，NarrowBandInternetofThings）构建的农情监控系统，拥有的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势能够解决现有农情监控系统的难点与不足，为未来农业物联网的发展提供很好的技术支撑，扩大应用范围。附图说明图1是本专利技术实施例的农情监控系统的系统架构。图2是本专利技术实施例的农情监控系统的访问互动方式示意图。图3是本专利技术实施例的农情监控系统的系统图。图4是本专利技术实施例的农情数据采集示意图。图5是本专利技术实施例的终端控制示意图。图6是本专利技术实施例的辅助业务示意图。图7是本专利技术实施例的现场监控器的示意图。具体实施方式以下具体实施例仅仅是对本专利技术的解释，其并不是对本专利技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本专利技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。实施例一如图1所示，一种基于NB-IoT的农情监控系统，采用分层架构设计、分布式部署设计以及云计算设计，包括感知控制层、传输层、服务层以及应用层。感知控制层包括作为系统终端节点设备的现场监控器，主要包括防水壳体以及设置在防水壳体内的设备控制模块、通信模块、电池供电模块、定位模块、图像监测模块。现场监控器还包括数据监测模块，数据监测模块根据功能和应用方式的不同，可以内置在壳体中也可以外置，通过防水连接器连接至壳体内。数据监测模块根据需要可以是气候类传感单元、空气类传感单元、土壤类传感单元、水质类传感单元中的一种或者多种。气候监测传感器组件可以是风速传感器、风向传感器、大气压力传感器、降雨强度传感器、光照强度传感器、温度传感器、湿度传感器的任一种传感器或任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NB‑IoT的农情监控系统，其特征在于：包括感知控制层、传输层、服务层以及应用层；所述感知控制层包括现场监控器，所述现场监控器包括数据监测模块、设备控制模块、通信模块、电池供电模块、定位模块；所述通信模块包括连接NB‑IoT网络的NB‑IoT单元；所述数据监测模块监测农情数据并通过所述NB‑IoT单元发送至所述服务层；所述定位模块检测位置数据并通过所述NB‑IoT单元发送至所述服务层；所述设备控制模块通过所述NB‑IoT单元接收来自所述服务层的设备控制指令并输出控制信号；所述传输层包括连接所述感知控制层和所述服务层的所述NB‑IoT网络；所述服务层包括业务服务模块、通讯服务模块、连接数据库的数据服务模块，所述通讯服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述业务服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述数据服务模块与所述通信模块通过ESB总线通信；所述通讯服务模块接收来自所述感知控制层的所述农情数据和位置数据，并通过所述数据服务模块存储至所述数据库中；所述业务服务模块包括终端控制单元，所述终端控制单元接收来自所述应用层的设备控制请求，并通过所述通讯服务模块发送设备控制指令至所述感知控制层；所述应用层包括用户访问终端、Web应用服务模块，所述用户访问终端通过运营商网络与所述Web应用服务模块相连；所述Web应用服务模块与所述业务服务模块通过ESB总线通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT的农情监控系统，其特征在于：包括感知控制层、传输层、服务层以及应用层；所述感知控制层包括现场监控器，所述现场监控器包括数据监测模块、设备控制模块、通信模块、电池供电模块、定位模块；所述通信模块包括连接NB-IoT网络的NB-IoT单元；所述数据监测模块监测农情数据并通过所述NB-IoT单元发送至所述服务层；所述定位模块检测位置数据并通过所述NB-IoT单元发送至所述服务层；所述设备控制模块通过所述NB-IoT单元接收来自所述服务层的设备控制指令并输出控制信号；所述传输层包括连接所述感知控制层和所述服务层的所述NB-IoT网络；所述服务层包括业务服务模块、通讯服务模块、连接数据库的数据服务模块，所述通讯服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述业务服务模块与所述数据服务模块通过ESB总线通信，所述数据服务模块与所述通信模块通过ESB总线通信；所述通讯服务模块接收来自所述感知控制层的所述农情数据和位置数据，并通过所述数据服务模块存储至所述数据库中；所述业务服务模块包括终端控制单元，所述终端控制单元接收来自所述应用层的设备控制请求，并通过所述通讯服务模块发送设备控制指令至所述感知控制层；所述应用层包括用户访问终端、Web应用服务模块，所述用户访问终端通过运营商网络与所述Web应用服务模块相连；所述Web应用服务模块与所述业务服务模块通过ESB总线通信。2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的农情监控系统，其特征在于：所述业务服务模块包括部署在服务器集群中的数据检测单元、趋势分析单元和农情告警单元；所述数据检测单元向订阅检测服务的用户访问终端推送农情检测数据，所述农情检测数据包括农情区域数据和农情分类数据；所述趋势分析单元根据来自所述用户访问终端的趋势分析请求向所述用户访问终端提供分析图表、数据统计结果、数据分析结果，所述趋势分析图包括实时趋势图查看、农情分布图、历史同期对比趋势图、自定义图表；所述农情告警单元在农情数据超出预设值时向订阅告警服务的用户访问终端发送告警信息。3.根据权利要求2所述的一种基于NB-IoT的农情监控系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建，汪锋，李春华，吴凯，
申请(专利权)人：湖州中科星农科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33