《農(nóng)場數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技術(shù)規(guī)范編制說明》

《農(nóng)場數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技術(shù)規(guī)范》編制說明

一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

受人口激增壓力及生態(tài)環(huán)境相對惡劣的雙重影響，導(dǎo)致我農(nóng)業(yè)分布區(qū)域范

圍較為廣泛，土地人口承載量低以及農(nóng)業(yè)資源利用效率效益低的現(xiàn)狀，當(dāng)前農(nóng)

業(yè)發(fā)展尚處于生產(chǎn)性低耗源而結(jié)構(gòu)性高耗源的非控式發(fā)展階段。與一些農(nóng)業(yè)發(fā)

達(dá)國家的集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；芾硭较啾?，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)管理手

段貧乏，生產(chǎn)前缺乏規(guī)劃，生產(chǎn)時(shí)缺乏管理，科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化和科技成

果的利用率都不高，生產(chǎn)管理制度和規(guī)范化作業(yè)體系有待于進(jìn)一步完善和加強(qiáng)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方式和生產(chǎn)工具的現(xiàn)代化程度普遍偏低，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施相當(dāng)脆弱，

抗御自然災(zāi)害的能力較弱，有相當(dāng)一部分地方的農(nóng)戶都還以手工方式耕作，生

產(chǎn)手段落后，嚴(yán)重浪費(fèi)了勞動力和自然資源，制約了農(nóng)業(yè)發(fā)展的速度。隨著科

技的不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的熱門話題。我國也正在積極推

進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和

安全性。因此，智慧農(nóng)業(yè)需要對農(nóng)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與互聯(lián)融合，利用先進(jìn)技術(shù)

和數(shù)據(jù)分析手段來優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化。

如今，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，越來越注重智慧農(nóng)場的智能化管理，其中，

數(shù)據(jù)的采集將起到至關(guān)重要的作用。由于各種原因，例如天氣、環(huán)境等因素的

影響，數(shù)據(jù)收集可能不夠準(zhǔn)確。這可能導(dǎo)致用戶無法得到正確的數(shù)據(jù)結(jié)果。而

收集到的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中包含敏感信息，如農(nóng)作物生長情況、作物產(chǎn)量和水資源使

用等。如果使用不適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)安全措施可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露或?yàn)E用，損害了隱私

權(quán)和商業(yè)機(jī)密。

我國農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展必須抓住兩個(gè)方面，一是根據(jù)國家新出臺的產(chǎn)業(yè)

政策和相關(guān)技術(shù)政策實(shí)施技術(shù)改造和結(jié)構(gòu)性調(diào)整，二是加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的

保護(hù)和治理，包括加強(qiáng)對化肥、農(nóng)藥的管理，開展農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和治理修復(fù)等。

2018年10月，國家出臺了《農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系》（DB37/T3431-2018），

規(guī)定了農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系的組成和子體系說明。國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺，幫助企業(yè)

在實(shí)施智能化農(nóng)業(yè)管理時(shí)對所需求的數(shù)據(jù)成分有了更詳細(xì)的了解，指明了數(shù)據(jù)

收集的方向。但標(biāo)準(zhǔn)中未明確對數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒▋?nèi)容，難以推動

智能化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此需要編寫團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，指明農(nóng)場數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技

術(shù)規(guī)范。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)

1、按照GB/T1.1－2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和

起草規(guī)則》要求進(jìn)行編寫。

2、參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過程中著重考慮了科學(xué)性、適用性

和可操作性。

三、項(xiàng)目背景及工作情況

（一）任務(wù)來源

根據(jù)《中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)

規(guī)定，經(jīng)中國國際科技促進(jìn)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會及相關(guān)專家技術(shù)審核，批準(zhǔn)

《農(nóng)場數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，計(jì)劃編號為：

CI2023249。本標(biāo)準(zhǔn)由河南科技大學(xué)提出，中國國際科技促進(jìn)會歸口。

根據(jù)計(jì)劃要求，本標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)限為6個(gè)月。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是河南科技大學(xué)，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文檔起草及相關(guān)文件的

編制等。河南群智信息技術(shù)有限公司、洛陽理工學(xué)院、北京奇虎科技有限公司、

洛陽辰漢農(nóng)業(yè)裝備科技股份有限公司參與起草，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中重要技術(shù)點(diǎn)的研究

和建議，并參與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的討論。

（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過程及相關(guān)工作計(jì)劃

1、前期準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目立項(xiàng)前，標(biāo)準(zhǔn)編制小組查閱、研讀相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，廣泛搜集農(nóng)場數(shù)據(jù)采

集與互聯(lián)融合技術(shù)相關(guān)的材料。同時(shí)，多次與農(nóng)場工作人員、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)行業(yè)

人員進(jìn)行調(diào)研、交流，廣泛征求標(biāo)準(zhǔn)制定方面的意見和建議。

2、標(biāo)準(zhǔn)起草過程

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)通知公示后，標(biāo)準(zhǔn)編制小組首先組織了標(biāo)準(zhǔn)制定工作會議，各編

寫人員根據(jù)工作計(jì)劃分工和編寫要求開展了相關(guān)工作。在標(biāo)準(zhǔn)起草期間，編制小組

主編單位及參編單位組織了數(shù)次內(nèi)部研討會和專家咨詢會，經(jīng)過多次修改，于2023

年8月完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿及編制說明的撰寫工作。

3、征求意見情況

2023年9月標(biāo)準(zhǔn)編制小組先后通過現(xiàn)場會議、電話、微信等多種形式征集?業(yè)專

家相關(guān)意見和建議。針對征集的意見，標(biāo)準(zhǔn)編制小組召開了研討會，將收集到的意

見進(jìn)行匯總處理分析，在充分吸納合理意見的基礎(chǔ)上，先后修改和完成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，

于2023年11月中旬根據(jù)在各單位反饋意見基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿并由中國

國際科技促進(jìn)會提交全國標(biāo)準(zhǔn)信息平臺公示。

（四）主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

光照強(qiáng)度傳感器采用GY-302模塊，使用原裝BH175OFVI芯片，將光照強(qiáng)

度值轉(zhuǎn)化成電壓值，然后將電壓值經(jīng)過內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)輸出范圍

065535.支持3.35V電壓工作環(huán)境。溫濕度傳感器采用DHT11模塊，具有極高的

可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性，測量精度濕度：5%RH，溫度土2度，濕度量程

20%—90%RH溫度0-50度。土壤濕度傳感器是一種用于測量土壤水分的儀器，

它的工作原理是由LM393IC組成一個(gè)電壓比較器，根據(jù)土壤中含水量的變化，

探頭中的電導(dǎo)率也會發(fā)生變化。通過在農(nóng)場之中部署以上不同功能的傳感器，

成功解決了數(shù)據(jù)種類少、不夠準(zhǔn)確的問題，研究發(fā)現(xiàn)該技術(shù)方案可以成功實(shí)現(xiàn)

獲取多個(gè)種類和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，大大提高了人們收集數(shù)據(jù)的效率、提高了數(shù)據(jù)

收集的質(zhì)量。該方法的使用在一定程度上解決了數(shù)據(jù)收集效率低下、質(zhì)量低的

問題。

關(guān)于動態(tài)傳感設(shè)備優(yōu)化調(diào)整，首先，基于近端策略優(yōu)化建立多類異構(gòu)傳感

網(wǎng)絡(luò)重疊、覆蓋優(yōu)化部署模型，根據(jù)不同網(wǎng)格地塊的差異性，利用遷移學(xué)習(xí)生

成每個(gè)網(wǎng)格地塊的多類傳感器局部優(yōu)化部署方案。其次，構(gòu)建基于虛擬力覆蓋

算法的動態(tài)傳感設(shè)備優(yōu)化調(diào)度策略，解決農(nóng)作物生長態(tài)勢演化，覆蓋傳感網(wǎng)絡(luò)

將退化為非覆蓋網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)場感知空洞的問題，形成動靜態(tài)相結(jié)合的農(nóng)場覆蓋感

知方案。

本實(shí)驗(yàn)中的WiFi串口通信模塊采用的是安信可ESP8266-12F，具有超低功

耗的WIFI串行通信接口，支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和

IEEE802.11協(xié)議棧。通過使用無線網(wǎng)絡(luò)模塊讓整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，

完成無線信號與串口信號之間的轉(zhuǎn)換。

通過不同功能的傳感器的近端策略優(yōu)化和虛擬力覆蓋算法動態(tài)傳感設(shè)備優(yōu)

化調(diào)度及無線網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)現(xiàn)傳感器少重疊，獲得更全面、準(zhǔn)確、有價(jià)值的數(shù)

據(jù)，通過多源數(shù)據(jù)多層融合實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)機(jī)自主協(xié)同安全作業(yè)。

圖1農(nóng)田傳感器位置

圖2智慧農(nóng)田氣象站

圖3土壤傳感器

表3農(nóng)田所使用的傳感器總覽

傳感器種類應(yīng)用數(shù)量傳感器使用功能

土壤濕度傳感器若干檢測電導(dǎo)率或介電常數(shù)測量土壤濕度

土壤溫度傳感器若干測量土壤表面溫度

土壤PH傳感器若干監(jiān)測土壤的酸堿度

采集并分析光照強(qiáng)度、光照變化、光纖分

光照傳感器若干

布

蒸騰速率傳感器若干監(jiān)測植物蒸騰速率控制灌溉

病蟲害監(jiān)測傳感器若干監(jiān)測植物是否感染病蟲害

風(fēng)速傳感器4～8個(gè)監(jiān)測農(nóng)場中風(fēng)速

雨量傳感器4～6個(gè)監(jiān)測雨天的降雨量

氣象站傳感器2～4個(gè)提供綜合氣象信息

土壤氮、磷、鉀含量傳感

若干測量土壤中關(guān)鍵養(yǎng)分的含量

器

土壤侵蝕傳感器若干監(jiān)測土壤侵蝕情況

四、標(biāo)準(zhǔn)制定的基本原則

標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，遵循了以下基本原則：

1)符合國家的政策。貫徹國家的法律法規(guī)。認(rèn)真貫徹國家有關(guān)法律法規(guī)和方針

政策。

2)充分考慮使用要求。合理利用農(nóng)業(yè)資源，因地制宜，加快實(shí)現(xiàn)智能管理決策

與農(nóng)機(jī)作業(yè)協(xié)同優(yōu)化，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的智能升級。

3)適時(shí)制定，協(xié)調(diào)配套。以時(shí)效性、協(xié)調(diào)性、綜合性為目標(biāo)，制定一個(gè)符合當(dāng)

下農(nóng)業(yè)技術(shù)需求、市場需求，更具有前瞻性和可操作性的標(biāo)準(zhǔn)。

4)促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。

五、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了農(nóng)場數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技術(shù)規(guī)范的術(shù)語和定義、智慧農(nóng)場

模式下分布式多傳感器部署、數(shù)據(jù)傳輸與通信方式、農(nóng)場網(wǎng)絡(luò)多源信息互聯(lián)融

合技術(shù)規(guī)范，正文部分共分四大章，內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、規(guī)范性引用文

件、術(shù)語和定義、總體要求、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)融合技術(shù)規(guī)范總體思路、關(guān)

鍵設(shè)備的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)部署策略、基于虛擬力覆蓋算法動態(tài)傳感設(shè)備優(yōu)化

調(diào)度框架、智慧農(nóng)場多源信息通信傳輸技術(shù)、農(nóng)場多源信息互聯(lián)融合技術(shù)。

六、與有關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

遵守和符合相關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求。規(guī)范性引用文件包括：

20130058-T-469《大田種植物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》

20214120-T-469《智慧農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)接口要求》

DB23/T2814-2021《智慧農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》

DB6111/T175-2021《智慧農(nóng)業(yè)果實(shí)三維數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及建模技術(shù)規(guī)范》

DB14/T2041-2020《農(nóng)機(jī)田間作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范》

NY/T4062-2021《農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)硬件接口要求》

DB13/T5251-2020《農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)規(guī)范》

NY/T4261-2022《農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)安全管理指南》

NY/T3501-2019《農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)共享技術(shù)規(guī)范》

NY/T3500-2019《農(nóng)業(yè)信息基礎(chǔ)共享元數(shù)據(jù)》

NY/T4056-2021《大田作物物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測要求》

NY/T4155-2022《農(nóng)用地土壤環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)規(guī)范》

NY/T3956-2021《果園土壤質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》

NY/T3921-2021《面向農(nóng)業(yè)遙感的土壤墑情和作物長勢地面檢測技術(shù)規(guī)程》

NY/T1782-2009《農(nóng)田土壤墑情檢測技術(shù)規(guī)范》

NY/T4151-2022《農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測無人機(jī)影響預(yù)處理技術(shù)規(guī)范》

NY/T3990-2021《數(shù)字果園建設(shè)規(guī)范蘋果》

NY/T3987-2021《農(nóng)業(yè)信息資源分類與編碼》

七、重大意見分歧的處理依據(jù)和結(jié)果

本標(biāo)準(zhǔn)起草過程中沒有重大分歧意見。

八、后續(xù)貫徹措施