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01目標和概述

中國由于人口基數龐大，耕地資源相對匱乏，社會制度獨特，因此中國農業未來的發展方向一定是在高科技含量基礎上，提升資源利用率和勞動生產率，并能夠確保主糧自給自足的“高效率農業”；同時，隨著經濟的發展和市場化水平的提升，安全、綠色、有機、高品質和高附加值的“高價值農業”也會有越來越廣闊的市場空間，并成為效率農業的補充。

目前各種“高價值農業”種植蓬勃發展，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，據行業專家介紹2016年總產值在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鍵作用，需要精確的控制。一個智能的生長控制系統不僅是熱了就開空調，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？如何計算新風和內風的比例？如何計算夏季室外溫度對控制參數的影響？以上問題，需要在網關上運行一個高智能的蘑菇生長環境控制程序。 

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

當蘑菇生長的過程數據不斷被采集保存于云端，如何有效利用大數據技術，克服人工經驗的認知局限性，持續的改進生長控制參數，提高生產的質量與品質，也是本解決方案的一個重要目標。大數據對蘑菇生產企業的商業機會：

• 持續改進節能水平；

• 持續改進生產過程與參數；

• 提升生產的品質與產量；

• 產品支持溯源，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　物聯網關CLOUDPEAK-GW-012

邊緣計算物聯網CLOUDPEAK-GW-012規格參數見表1。

2.3　Inte l Dev ice Resource Management Library（IDRML）中間件

如圖3所示，IDRML網關軟件有三大模塊組成：

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

• 資源管理系統 (iAgent)；

• 智能業務運行環境。 

Application Management Service（AMS）負責整個網關上的所有軟件組件的生命周期管理，包含IDRML網關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的網關應用程序。AMS提供遠程配置管理，任何應用程序需要的配置文件，可以從云端設定內容，然后通過AMS下發到對應的設備，由應用程序來加載使用。

iAgent是整個網關的資源接入和調配中心，其核心功能包含各種類型設備的接入與管理，內置的數據采集引擎，和云端的交互，以及為用戶開發的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，如在工廠環境里，每一種工業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。

智能業務運行環境是一個嵌入式的物聯網應用運行環境。用戶開發的物聯網應用可以運行于其上，通過使用iAgent IoT SDK庫，用戶的IoT應用可以快速的監控設備的狀態變化，注冊接收本網關內的任何數據更改事件，以及直接訪問連接到網關的執行裝置。

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，極大簡化了程序復雜度。

SDK主要包含以下功能：

• 設備查詢與狀態事件注冊；

• 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

當前的系統設計中，主要解決的問題是連接傳感器和控制單元，收集數據與反向控制。還不能將傳感的數據和客戶真正關心的目標（如蘑菇本身，也可稱為業務實體）關聯起來。如用戶關心每個蘑菇批次的完整生長過程以及與最終質量的關聯關系，需要提供某一個時刻在某個傳感器上的數據對應到哪批蘑菇。 

對于一批蘑菇的完整生長過程，需要能夠建立各個參數的記錄與關聯，便于過程控制與大數據分析。參數可以包含種子來源批次、育種使用的菌料來源批次、菌料的養分數據、培養過程中的溫濕度參數、生長房中的參數、消耗的能源、最終采摘質量、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，如溫濕度、菌料成分數據等。

（2）基于批量的數據分析相關性，找到提升產品質量，減少壞品率的優化過程。

（3）出廠批次二維碼管理，用戶微信掃描可得到生產原產地。出現食品安全事故可快速定位產品批次，追回問題批次產品和查找原因。

03方案特點與價值

（1）優異的全方位擴展性

• 系統部署：從單點平滑逐步擴展到整個廠房，再到整個園區；

• 軟件應用開發部署：從數據收集展示功能平滑升級到高級智能控制； 

• 新型設備投入：無縫連接系統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絡以快速響應需求。

（2）通過數據分析增產增收

• 通過云端/網關智能種植應用程序，將各種生長參數精確的控制在預定的曲線；

• 平臺運營積累海量數據，后期可基于大數據分析，完善參數曲線，持續增產增收。

（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；

• 大部分的網關和終端器件均可從市場購買，最優性價比；

• 系統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》