農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施蔬菜建設(shè)中的應(yīng)用初探

胡英強(qiáng) 徐逸寒 樊繼剛 張金亮

（1 江蘇省贛榆縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 222100；2 贛榆縣農(nóng)村綜合信息服務(wù)中心；3 贛榆縣政府投資評(píng)估中心）

1 項(xiàng)目概述

1.1 背景

贛榆縣位于江蘇省東北部，地處江蘇、山東兩省交界處，江蘇沿海經(jīng)濟(jì)帶和東隴海產(chǎn)業(yè)帶的東部交匯處，氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，屬暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫13.2℃，年降雨量976.4mm，適合各類設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)。贛榆縣政府通過(guò)地方財(cái)政籌措或項(xiàng)目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)特色積極推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)贛榆縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其配套設(shè)施進(jìn)行信息化升級(jí)，建設(shè)面向農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化設(shè)施，以提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)企業(yè)科技水平，以提高特色農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，打造現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。

1.2 意義

把物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的特點(diǎn)及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)律運(yùn)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)上，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)從粗放式、經(jīng)驗(yàn)性管理到精細(xì)化、科學(xué)化管理的快速轉(zhuǎn)換，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境，加快推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村穩(wěn)定。

1.3 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

贛榆縣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)內(nèi)容具體包括：1個(gè)贛榆縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指揮調(diào)度中心，用于物聯(lián)網(wǎng)各種信息資源整合管理和成果應(yīng)用，打造成贛榆縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化服務(wù)窗口；1個(gè)行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，在設(shè)施蔬菜大棚開(kāi)展精細(xì)化種植管理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

2.1 指揮調(diào)度中心

充分利用和整合各種農(nóng)業(yè)信息化資源，為政府決策、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理、基層農(nóng)業(yè)科技人員和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體提供綜合服務(wù)，包括指揮決策系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)和農(nóng)技培訓(xùn)系統(tǒng)，提供統(tǒng)一用戶服務(wù)、分析挖掘服務(wù)、視頻管理服務(wù)、數(shù)據(jù)通信服務(wù)、告警通知服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、傳感采集服務(wù)和接口服務(wù)。

2.2 設(shè)施大棚精細(xì)化種植系統(tǒng)

利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)時(shí)采集農(nóng)作物溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和視頻圖像，精確掌握溫室內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)各階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析，依據(jù)監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果控制遠(yuǎn)程智能調(diào)度指定設(shè)備，提高對(duì)溫室大棚的智能化、精細(xì)化、科學(xué)化管理能力，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)中的問(wèn)題，以便更好地開(kāi)展技術(shù)指導(dǎo)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。

3 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求和建設(shè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)具有實(shí)用性、先進(jìn)性和示范性的解決方案。（1）采用基于B/S的設(shè)計(jì)模式；（2）整體設(shè)計(jì)、分步驟實(shí)施，預(yù)留擴(kuò)展接口；（3）使用分布式架構(gòu)，基于可擴(kuò)展、易于維護(hù)的原則；（4）平臺(tái)之間執(zhí)行統(tǒng)一采集指標(biāo)、統(tǒng)一編碼規(guī)則、統(tǒng)一傳輸格式、統(tǒng)一接口規(guī)范；（5）系統(tǒng)采用技術(shù)成熟的終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備。信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)、傳感器、視頻監(jiān)控有序集成。

4 解決方案

4.1 總體架構(gòu)

總體架構(gòu)一共包含兩部分內(nèi)容。（1）應(yīng)用基地：設(shè)施蔬菜精細(xì)化種植、生豬精細(xì)化養(yǎng)殖、大田四情監(jiān)測(cè)應(yīng)用點(diǎn)。（2）贛榆縣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺(tái)：基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)與應(yīng)用支持平臺(tái)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

4.2 贛榆縣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺(tái)

4.2.1 基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施 主要由實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、計(jì)算、交換的物理設(shè)備組成。

4.2.2 農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)與應(yīng)用支撐平臺(tái) 應(yīng)用支撐平臺(tái)是位于基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施之上的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，由提供開(kāi)發(fā)通用開(kāi)發(fā)組件與集成環(huán)境的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)上下層數(shù)據(jù)交換功能的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)以及通用的感知設(shè)備、服務(wù)應(yīng)用終端的管理平臺(tái)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)是平臺(tái)建設(shè)的核心內(nèi)容，通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)物疫情、病蟲(chóng)草害、土壤、氣象、水情、農(nóng)民遠(yuǎn)程教育等數(shù)據(jù)的集中管理、分類存儲(chǔ)和分級(jí)共享，是整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)源。

4.2.3 應(yīng)用層 應(yīng)用層主要是各個(gè)農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的具體業(yè)務(wù)功能，為贛榆縣農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)主管部門(mén)、消費(fèi)者等最終用戶提供應(yīng)用服務(wù)。將各種農(nóng)業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)統(tǒng)一部署在服務(wù)器上，用戶只需擁有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)終端，即可隨時(shí)隨地使用服務(wù)。

4.3 設(shè)施蔬菜精細(xì)化種植應(yīng)用系統(tǒng)

設(shè)施蔬菜精細(xì)化種植應(yīng)用系統(tǒng)（圖1、圖2、圖3）通過(guò)大氣溫度、濕度、光照、二氧化碳，土壤溫度、濕度、pH 值、肥力狀況等傳感器，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度、二氧化碳含量、空氣和土壤溫度、空氣和土壤濕度、pH 值、日照數(shù)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開(kāi)關(guān)卷簾等）。同時(shí)在溫室現(xiàn)場(chǎng)布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，適時(shí)采集視頻信號(hào)。用戶通過(guò)電腦或3G 手機(jī)可隨時(shí)隨地觀察現(xiàn)場(chǎng)情況、查看現(xiàn)場(chǎng)溫濕度等數(shù)據(jù)和控制遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)指定設(shè)備。

4.3.1 系統(tǒng)主要包含的內(nèi)容（1）設(shè)施蔬菜大棚視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：主要是對(duì)各大棚進(jìn)行視頻圖像監(jiān)測(cè)，一方面滿足日常的大棚監(jiān)控需要，另一方面能夠?qū)舆h(yuǎn)程專家指揮系統(tǒng)，專家可實(shí)時(shí)在線查看大棚蔬菜的長(zhǎng)勢(shì)及病蟲(chóng)害情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷決策。通過(guò)旋轉(zhuǎn)球機(jī)的角度，可查看大棚內(nèi)各區(qū)域的蔬菜長(zhǎng)勢(shì)，可查詢歷史存儲(chǔ)的視頻信息。（2）蔬菜生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)：主要對(duì)各大棚的多個(gè)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析、預(yù)警，通過(guò)系統(tǒng)消息、手機(jī)短信等方式通知工作人員進(jìn)行手動(dòng)控制大棚的自動(dòng)化設(shè)備，或者通過(guò)在系統(tǒng)里設(shè)置自動(dòng)化調(diào)節(jié)閾值，超過(guò)此閾值將自動(dòng)觸發(fā)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。如超過(guò)設(shè)置的大棚溫度最高閾值，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)降溫。

4.3.2 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能 （1）種植環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：信息系統(tǒng)對(duì)設(shè)施蔬菜大棚采集到的蔬菜種植傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，信息系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的溫室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫度、土壤濕度、日照數(shù)參數(shù)進(jìn)行分析處理，并以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶。（2）種植預(yù)警：通過(guò)在系統(tǒng)中設(shè)置各種傳感器數(shù)據(jù)的閾值，如大棚溫度閾值，超過(guò)設(shè)置的閾值進(jìn)行預(yù)警，并把預(yù)警信息通過(guò)各種渠道發(fā)送給用戶。（3）種植視頻監(jiān)控：在系統(tǒng)中可以實(shí)時(shí)查看蔬菜大棚的視頻監(jiān)控圖像，通過(guò)高清球形攝像頭旋轉(zhuǎn)，拍攝多角度視頻圖像。（4）設(shè)備管理：通過(guò)該信息系統(tǒng)，可查看當(dāng)前所有自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和管理。點(diǎn)擊系統(tǒng)按鈕、操作鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)種植設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，如打開(kāi)風(fēng)機(jī)通風(fēng)降溫、打開(kāi)卷簾遮陽(yáng)、打開(kāi)保溫膜等。（5）數(shù)據(jù)查詢：可查看大棚的實(shí)時(shí)種植數(shù)據(jù)信息，包括大棚編號(hào)、種植蔬菜品種、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫濕度、日照數(shù)等，可通過(guò)選擇大棚的名稱、種植蔬菜的品種等進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢篩選。（6）種植分析：對(duì)獲得的種植數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比相同蔬菜，各大棚的長(zhǎng)勢(shì)及生長(zhǎng)情況（視頻圖像對(duì)比）、分析種植環(huán)境因素對(duì)蔬菜的長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量的影響，形成科學(xué)化、低成本種植，提高蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。（7）統(tǒng)計(jì)匯總：通過(guò)報(bào)表形式，根據(jù)不同的大棚、不同的種植品種、不同的環(huán)境參數(shù)等多個(gè)維度對(duì)種植相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出Excel。

圖1 設(shè)施蔬菜環(huán)境監(jiān)控圖

圖2 設(shè)施蔬菜精細(xì)化種植應(yīng)用系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3 設(shè)施蔬菜精細(xì)化種植業(yè)務(wù)流程圖