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行業(yè)新聞

致力于廣播設(shè)備的創(chuàng)新與產(chǎn)品服務(wù)

廣電5G+智慧農(nóng)村建設(shè)實踐

2021年09月27日廣電獵酷瀏覽量:0

(本文作者:江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司 趙明 )

智慧農(nóng)業(yè)是高度技術(shù)密集的新興產(chǎn)業(yè),江蘇有線蘇州分公司深入研究智慧農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村治理需求,將5G技術(shù)應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù);同時,采用5G技術(shù)對公司成熟的視頻監(jiān)控和應(yīng)急廣播業(yè)務(wù)進行重構(gòu),應(yīng)用于智慧鄉(xiāng)村治理,提出了一種低成本的廣電5G+智慧農(nóng)村整體解決方案。

1 廣電5G+智慧農(nóng)村建設(shè)方案

該方案包含智慧農(nóng)業(yè)和智慧鄉(xiāng)村治理兩個系統(tǒng)平臺。

1.1廣電5G+智慧農(nóng)業(yè)

廣電5G網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強,覆蓋范圍廣,利用其進行智慧農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸,能大大節(jié)省光纜布放成本,縮短施工周期。同時,借助其高帶寬的特點,廣電5G網(wǎng)絡(luò)既能滿足傳感數(shù)據(jù)等小帶寬業(yè)務(wù)傳輸,也能支持視頻監(jiān)控等大帶寬業(yè)務(wù)傳輸。將5G應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸,是智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)的理想方案。但目前5G網(wǎng)絡(luò)切片功能還不成熟,且5G模組成本較傳統(tǒng)的WiFi、LoRa和ZigBee模組成本高,使用5G網(wǎng)絡(luò)直接替代傳感器網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟效益低。因此,綜合考慮實施成本、覆蓋距離、傳輸帶寬和功耗等關(guān)鍵要素后,我們決定采用5G+LoRa(WiFi)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸。

蘇州廣電5G+智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

圖1 蘇州廣電5G+智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)圖架

感知層主要包括LoRa傳感器網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)。LoRa傳感器網(wǎng)絡(luò),適用于低帶寬數(shù)據(jù)的傳輸,主要用于農(nóng)田數(shù)據(jù)采集和控制信息下發(fā)。LoRa傳感器網(wǎng)絡(luò)包含傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點,采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),能較大的節(jié)省功耗,延長傳感器節(jié)點的電池壽命,減少維護成本;同時,還能縮短數(shù)據(jù)傳輸時延,提高數(shù)據(jù)采集的及時性。傳感器節(jié)點部署不同類型的傳感器,包括溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤熵值、土壤濕度等傳感器。LoRa網(wǎng)關(guān)節(jié)點部署有LoRa集中器和5G CPE設(shè)備,負責(zé)采集數(shù)據(jù)的上傳和控制信息的下發(fā),同時借助5G網(wǎng)絡(luò)將感知層采集數(shù)據(jù)回傳到應(yīng)用層,并將應(yīng)用層下發(fā)的控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)傳感器節(jié)點。WiFi網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)溫室大棚安防監(jiān)控、溫感視頻拍攝、病蟲害視頻監(jiān)控等大帶寬數(shù)據(jù)采集和傳輸。WiFi網(wǎng)絡(luò)包括采集節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點。采集節(jié)點部署視頻攝像頭、紅外攝像頭等高帶寬數(shù)據(jù)采集設(shè)備,和WiFi模塊,負責(zé)采集普通視頻和紅外視頻信息,并與網(wǎng)關(guān)節(jié)點通信,執(zhí)行網(wǎng)關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的各種指令。網(wǎng)關(guān)節(jié)點同時部署WiFi AP和5G CPE模塊,完成數(shù)據(jù)中傳的功能,借助5G網(wǎng)絡(luò)將前端采集數(shù)據(jù)回傳到應(yīng)用層,同時將應(yīng)用層的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給采集節(jié)點。

網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)感知層數(shù)據(jù)的上傳和應(yīng)用層信息的下發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層采用廣電5G網(wǎng)絡(luò),借助其廣覆蓋的特點,能支持大量感知層網(wǎng)關(guān)節(jié)點的接入,實現(xiàn)農(nóng)田廣覆蓋,能大幅減少光纜的布放。同時,借助其大帶寬的特點,5G網(wǎng)絡(luò)除了支持農(nóng)田環(huán)境參數(shù)等小帶寬數(shù)據(jù)的回傳外,還能支持視頻等大帶寬業(yè)務(wù)的回傳。

應(yīng)用層主要負責(zé)農(nóng)田數(shù)據(jù)的管理和分析。應(yīng)用層利用公司已有的行業(yè)云平臺部署智慧農(nóng)業(yè)管理平臺。該平臺負責(zé)感知層網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點的管理,并實時收集農(nóng)田環(huán)境參數(shù)(包括溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度,土壤濕度、熵值等)和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù),提供信息查詢和呈現(xiàn)功能,為農(nóng)業(yè)科學(xué)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時,該平臺結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別技術(shù)智能識別作物的生長狀況,發(fā)現(xiàn)干旱缺水、缺少營養(yǎng)元素或病蟲害等現(xiàn)象,及時在管理平臺上預(yù)警,并通過APP客戶端或短信方式將預(yù)警信息和處理建議,推送至管理人員和相關(guān)農(nóng)戶,實現(xiàn)科學(xué)種植。

1.2廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理

廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理系統(tǒng)包含平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控、應(yīng)急廣播和農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測三個子系統(tǒng),系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 蘇州廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理系統(tǒng)架構(gòu)圖

平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控系統(tǒng),基于網(wǎng)格化管理,結(jié)合公司已有的視頻監(jiān)控云平臺,實現(xiàn)對鄉(xiāng)村全方位安全監(jiān)控;同時提供信息上報功能,為村民提供自助自救的有效工具。應(yīng)急廣播系統(tǒng),依托有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和5G網(wǎng)絡(luò),建立區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村三級“應(yīng)急廣播”平臺,通過與蘇州市應(yīng)急廣播調(diào)度平臺對接,同時滿足區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村的地域性應(yīng)急信息發(fā)布和應(yīng)急指揮需求,實現(xiàn)全天候、全方位、全時段的預(yù)警信息發(fā)布。農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)村空氣、水源、土壤、生活垃圾、廁所糞污、生活污水等信息的實時監(jiān)測,分析各片區(qū)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境改善情況,及時預(yù)警生態(tài)破壞事件。

1.2.1 平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控

平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)接入層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層。

業(yè)務(wù)接入層主要負責(zé)視頻信息的采集和傳送,包括接入節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點。接入節(jié)點部署智能攝像頭和WiFi通信模塊,負責(zé)采集相關(guān)視頻數(shù)據(jù),通過WiFi網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點,同時通過WiFi網(wǎng)關(guān)接收相關(guān)指令信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點同時部署有WiFi AP和5G CPE模塊,負責(zé)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)傳輸,將接入節(jié)點采集的信息轉(zhuǎn)發(fā)給平臺層,同時將平臺層下發(fā)的命令轉(zhuǎn)發(fā)給接入層。

網(wǎng)絡(luò)層主要負責(zé)視頻終端與管理平臺和存儲系統(tǒng)的互聯(lián)。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)層一般采用IP數(shù)據(jù)專線或EPON網(wǎng)承載,都需要布放光纖至視頻終端設(shè)備,建設(shè)成本高。該方案中,我們采用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各終端節(jié)點的無線匯聚,通過IP城域網(wǎng)將5G網(wǎng)絡(luò)與云平臺互聯(lián),進而實現(xiàn)視頻終端與管理平臺之間的信息交互,大大節(jié)省了光纜部署成本,縮短了建設(shè)周期,實現(xiàn)了降本增效。

平臺層分為管理平臺和存儲系統(tǒng)。管理平臺包括資源配置子系統(tǒng)、視頻應(yīng)用子系統(tǒng)和運維管理子系統(tǒng)。基礎(chǔ)配置子系統(tǒng)主要負責(zé)視頻資源管理、告警業(yè)務(wù)配置、錄像業(yè)務(wù)配置、級聯(lián)管理、系統(tǒng)參數(shù)配置、操作日志管理等。視頻應(yīng)用子系統(tǒng)主要實現(xiàn)資源導(dǎo)航、視頻監(jiān)控、視頻預(yù)案輪巡、云鏡控制、錄像回放、電視墻管理、網(wǎng)絡(luò)對講、智能應(yīng)用(客流量統(tǒng)計等)、視頻文件應(yīng)用、報警主機控制、操作日志、信息公告、幫助系統(tǒng)等功能。運維管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)配置管理、資源監(jiān)控、統(tǒng)計分析、告警分析等功能。存儲系統(tǒng)利用蘇州行業(yè)云平臺云存儲系統(tǒng),采用分布式數(shù)據(jù)塊存儲技術(shù),采用數(shù)據(jù)路徑與控制路徑分離的非對稱分布式架構(gòu),結(jié)合負載均衡與并發(fā)訪問策略,實現(xiàn)在統(tǒng)一命名空間下提供PB級存儲容量及超高聚合帶寬,同時具備高可用、靈活擴展、易管理、易使用等特點。

1.2.2 應(yīng)急廣播建設(shè)方案

應(yīng)急廣播系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)接入層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層。

業(yè)務(wù)接入層負責(zé)應(yīng)急廣播信息的接收、發(fā)布和響應(yīng),包括終端設(shè)備和5G通信模塊。終端設(shè)備的主要類型有音柱、廣播控制臺、監(jiān)聽音箱和有線電視終端。音柱配置5G CPE模塊,通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的互聯(lián),負責(zé)接收并播放區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的應(yīng)急廣播信息。有線電視終端通過有線電視網(wǎng)絡(luò)與區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺互聯(lián),負責(zé)區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的應(yīng)急信息的接收和播放。廣播控制臺和監(jiān)聽音箱部署在村級播控中心,通過5G CPE與本村音柱和區(qū)、鎮(zhèn)、村級應(yīng)急播控平臺互聯(lián),實現(xiàn)村級信息發(fā)布和監(jiān)控信息回傳。

網(wǎng)絡(luò)層主要負責(zé)應(yīng)急廣播終端的數(shù)據(jù)回傳,和區(qū)、鎮(zhèn)、村應(yīng)急廣播平臺音頻流的下發(fā)。傳統(tǒng)應(yīng)急廣播的傳輸網(wǎng)絡(luò)層一般采用IP數(shù)據(jù)專線或EPON網(wǎng)承載,都需要布放光纖至應(yīng)急廣播終端設(shè)備,建設(shè)成本高。該方案中采用廣電5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)廣播業(yè)務(wù)的承載,在應(yīng)急廣播終端側(cè)配置5G CPE設(shè)備即能實現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳和業(yè)務(wù)下發(fā),能充分利用5G高帶寬、低時延和廣連接的特點,實現(xiàn)大范圍多個應(yīng)急廣播終端的接入,大大節(jié)省了光纜布放成本,縮短了施工周期。

平臺層主要負責(zé)資源管理、廣播管控、監(jiān)管監(jiān)測和系統(tǒng)管理。資源管理模塊主要負責(zé)媒體資源庫管理、終端管理、控制臺和區(qū)域信息管理等。廣播管控模塊主要負責(zé)實時廣播、定時廣播、廣播回放等管理控制。監(jiān)管監(jiān)測模塊主要負責(zé)監(jiān)控設(shè)備在線狀態(tài)和監(jiān)管下發(fā)的文字和視頻信息。系統(tǒng)管理模塊主要負責(zé)用戶管理、系統(tǒng)日志管理、頁面管理和運維數(shù)據(jù)管理。

1.2.3 農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測子模塊分為業(yè)務(wù)接入層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層。

業(yè)務(wù)接入層采用LoRa 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),包含LoRa感知節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點,感知節(jié)點負責(zé)采集空氣、濕度、光照度等信息,并上報網(wǎng)關(guān)節(jié)點,同時接收平臺層下發(fā)的相關(guān)控制信息。網(wǎng)關(guān)節(jié)點同時部署LoRa和5G CPE模塊,從感知節(jié)點接收采集信息,并通過5G網(wǎng)絡(luò)將采集信息轉(zhuǎn)發(fā)給平臺層。

網(wǎng)絡(luò)層采用廣電5G網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的回傳,和廣播信息的下發(fā)。

平臺層在云平臺上部署5G+智慧鄉(xiāng)村治理管理平臺,采用大數(shù)據(jù)技術(shù)將相關(guān)環(huán)境信息采集入庫,同時通過大屏設(shè)備或APP呈現(xiàn)相關(guān)信息,出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境惡化的情況,能及時預(yù)警,并采取相應(yīng)措施。

2項目實施效果

傳統(tǒng)的智慧農(nóng)田、視頻監(jiān)控和應(yīng)急廣播業(yè)務(wù)主要采用有線方式進行數(shù)據(jù)回傳,需要大量布放光纜,工程周期長,施工成本高。該方案采用廣電5G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸通道,充分利用其高帶寬、低時延和廣連接的特點,低成本實現(xiàn)了傳感數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)和控制指令等傳輸,在保證傳輸性能的同時,節(jié)省了約80%的光纜布放,同時大大縮短了施工周期,節(jié)省了施工費用。

3 結(jié)束語

將廣電5G應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè),利用廣電5G 700M網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低時延、廣連接的特點,采用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸,能較大的節(jié)省光纜布放成本,縮減施工周期,實現(xiàn)降本增效。同時,廣電公司利用5G技術(shù)對應(yīng)急廣播和視頻監(jiān)控等傳統(tǒng)強項業(yè)務(wù)進行重構(gòu),并與智慧農(nóng)村業(yè)務(wù)相結(jié)合,能提供低成本的智慧農(nóng)業(yè)和智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)治理整體建設(shè)方案,搶占智慧農(nóng)村行業(yè)高地。

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