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项目建设背景及依据

    我国农业现代化进程明显加快,但也面临着资源、环境与市场的多重约束,保障粮食安全、食品安全、生态安全的压力依然存在,确保农民稳定增收的任务越来越重。实施“互联网+农业”工程,对于探索农业物联网理论研究、系统集成、重点领域、发展模式及推进路径,提高农业物联网理论及应用水平,促进农业生产方式转变、农民增收有重要意义。其中,至关重要的是培养“互联网+农业”,具有创新型、复合型、工程应用型人才。

    随着计算机、平板电脑、智能手机等网络终端设备的发展与完善,近年来,“互联网+”深刻改变了人们的生产、工作、生活和学习方式,引领了创新驱动发展的“新常态”,“互联网+”也正在深刻改变教育组织和表现形式,改变知识的传播途径。同时,目前正在快速发展的MOOC(Massive Open Online Courses,慕课)、微课、翻转课堂、虚拟仿真实验教学无不以互联网为主要载体。可以预见,未来基于“互联网+”的在线教学将得以迅速发展。

    为此,在电子信息类专业及农业信息技术专业本科四年的实验教学过程中,安排学生尽量多地接触和掌握不同仪器设备的性能、应用范围和使用方法,尽可能多地选用不同的实验(技术)手段来解决某一具体的复杂问题,这是教会学生研究性学习、多角度思考、获取整合知识能力的关键所在,也是我们的毕业生在进入相关工作岗位后,能否尽快上手、得到用人单位认可的关键所在。上述目标的实现,一方面需要通过增加投入来丰富仪器设备的种类,另一方面需要通过将科研成果转化为实验教学内容,以增大本科实验教学体系的组成要素,拓展实验教学的内容。面对新增的教学内容(尤其是时间跨度长的研究性或应用性实验项目),怎么办?如何安排?其所需学时与经费又从何而来?而在网络、多媒体已经彻底改变了人们获取知识传统途径的今天,以网络为依托来构建虚拟仿真实验教学中心,通过实验教学信息化建设来解决以上问题和克服以往实体实验的不足,显得尤为必要。

    农业物联网通过监控系统及数据传输和处理系统,搭建农业生产区域的环境信息采集、处理平台,实现农业生产中的土壤温湿度、土壤含水量、叶片湿度、光照强度生产环境信息的自动感知,借助数据传输系统将感知到的信息及时上传到数据中心,并通过服务器端的信息处理系统展示出来,为农业生产的具体实施提供信息支撑。传感设备采集到的数据通过Zigbee无线方式传输到传感网关,由网关进行数据的解析计算、分类、保存并通过计算机网络上传到数据中心。

农业物联网的系统图:

 


    运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备,检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数,通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中,保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。

    农业物联网虚拟仿真教学实验项目不仅提供足够多的物联网设备,同时每一种设备、每一种协议均解析透彻,将较难的原理与知识点清晰的展现出来,让学生更容易理解,并且配套有以循序渐进方式的实验内容。

    农业物联网虚拟仿真教学实验项目根据平台内配备的设备可完成多种综合工程应用实验,例如:物联网农业生产环境感知类传感器基础实验、农业生产环境下有线及无线组网实验、智能农业(温室环境智能调控仿真实验、农业生态检测综合仿真实验)的十余种应用实验。

    农业物联网感知的历史数据再利用及虚拟显示仿真技术,为在线农业生产的虚拟仿真实验奠定了物质基础。通过虚拟仿真技术,教学时间内展现农业生产的漫长周期,既能真实再现农业生产全过程,又能克服农产品生产周期较长不便于展现的弊端。因此,基于农业物联网虚拟仿真实验项目的建设依据在于如下几点:

    1)  农产品生产是一个周期性生产过程,其教学过程依赖植物生长自身的时间规律,也导致教学实验的组织与设计困难;

    2)  农产品的田间实验具有很强的局限性,严格受限于时间、气候及地理位置,学生难以获得感性的、系统的实验过程体验;

    3)  农业物联网虚拟仿真教学实验项目实现了试验田数据的实时采集与大数据存储,为其虚拟仿真实验教学提供了必要的素材;

    4) 项目依托的农业大数据中心(扬州大学重点实验室)关于数据应用及可视化技术的研究,提供了不同媒体与形式的知识展现形式,可根据实际教学目标与任务自动生成教学素材。

    鉴于上述背景与依据,本项目拟建设“农业物联网虚拟仿真实验”资源,旨在针对农业物联网实验,通过物联网相关技术实时采集、加工、处理田间环境、农产品生长过程的图形图像数据,可视化、可监控、可辅助决策、可控制农产品生长周期,虚拟仿真其生长过程及人工干预的影响,为农业及物联网课程的教学提供真实的、系统的、完整的实验素材与展现形式,有效提高电子信息类及农业信息技术专业的相关实验效果与质量。


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