智能手機在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

郭小粉　李磊　李敏　蘇闖

摘要：智慧農(nóng)業(yè)是社會信息化發(fā)展的一部分，智能手機為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展開辟了一條更快捷的道路。該文主要介紹了智慧農(nóng)業(yè)概念及相關(guān)技術(shù)，以河南農(nóng)業(yè)高新科技園智能溫室控制系統(tǒng)為例，從終端節(jié)點數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、到數(shù)據(jù)分析、實施智能手機端軟件控制的整個工作流程進行了系統(tǒng)研究。隨著智慧農(nóng)業(yè)的逐步發(fā)展，智能手機必將成為不可或缺的有利助手。

關(guān)鍵詞：智能手機；Andriod；智慧農(nóng)業(yè)；新型職業(yè)農(nóng)民

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）12-0024-03

Application of Smart Phones in the Wisdom of Agriculture

GUO Xiao-fen， LI Lei， LI Min， SU Chuang

（College of Electronic and Engineering，Henan Vocational College of Agriculture，Zhongmou 451450， China）

Abstract：Wisdom Agriculture is part of the development of information society， the development of smart phones wisdom of agriculture opened up a more efficient way. This paper introduces the concept of wisdom agriculture and related technologies， Henan Agricultural Hi-tech Park， intelligent greenhouse control system， for example， from data collection terminal nodes， network construction， data analysis， implementation of smart phone client software to control the entire workflow system the study. With the gradual development of the wisdom of agriculture， smart phones will become an indispensable assistant favorable.

Key words： smart phones； Andriod； wisdom agriculture； new professional farmers

隨著知識經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)也逐漸改變了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的運作模式，它使農(nóng)業(yè)增長方式從傳統(tǒng)的依賴自然資源向主要依賴信息資源和知識資源轉(zhuǎn)變，使我國從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐步向智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。國家政府對農(nóng)業(yè)信息化也提出了更高的要求。2011 年，我國政府提出了《全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》[1]。要求我們在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中積極應(yīng)用3s等現(xiàn)代信息技術(shù)，改進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)硬件裝備技術(shù)，使其向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化。

1 智慧農(nóng)業(yè)概述

1.1智慧農(nóng)業(yè)的范圍

智慧農(nóng)業(yè)是社會信息化發(fā)展的一部分，它是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展到特定階段的社會經(jīng)濟形態(tài)。智慧農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)主要體現(xiàn)在三個方面：農(nóng)業(yè)科技信息的智能化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的智能化和農(nóng)業(yè)生活智能化。通常我們將農(nóng)業(yè)專家智能系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)控制系統(tǒng)和有機產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)三大系統(tǒng)統(tǒng)稱為智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，其實廣義的智慧農(nóng)業(yè)泛指利用網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)、運用云計算等方法，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息數(shù)字化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、農(nóng)業(yè)管理智能化[2]。

1.2 智能手機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的用戶群

在信息“速食化”時代智能手機已經(jīng)成為我們獲取知識的主要途徑。智能手機具有隨身攜帶方便、功能強大、通信信號強、費用低等特點，在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營鏈條中，無論一線農(nóng)民、農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營商、服務(wù)商、批發(fā)商等都是智能手機的主要用戶群，并且數(shù)量也在逐年增加，隨著人們思想的逐漸轉(zhuǎn)變，越來越多的大學生和年輕人開始投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，他們將成為新一代的職業(yè)農(nóng)民，也將成為發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的主要生力軍。

2 智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 4G網(wǎng)絡(luò)

2013年12月，三大運營商接受了工業(yè)和信息化部正式發(fā)放4G牌照，宣告我國通信行業(yè)進入開啟了通向4G新時代的大門。我國提出的TD-LTE成為了國際4G網(wǎng)絡(luò)LTE-Advanced標準分支的一部分，這將意味著我國的4G網(wǎng)絡(luò)和國際接軌，發(fā)展速度也會更加迅速。目前，各大電信運營商正在全力建設(shè)覆蓋我省主要城鎮(zhèn)的通信網(wǎng)絡(luò)，力求盡快滿足用戶對于4G無線通信服務(wù)的要求。4G相比3G網(wǎng)絡(luò)具有明顯優(yōu)勢[3]，如表1所示。

2.2 云計算[4]

云計算最初由Google提出，隨后很多公司在云計算服務(wù)和技術(shù)平臺方面取得了成功，如Google的GFS、MapReduce、Bigtable、Chubby；微軟的Azure、SQL、“.Net”和Live服務(wù)等。開源的云計算平臺也很多，如HDFS、HBase和Eucalyptus，VMware的虛擬化平臺等。云計算主要是基于資源虛擬和分布式并行架構(gòu)兩大核心技術(shù)。云計算可以總結(jié)為以下三個層面的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）[5]。

2.3 3S技術(shù)

3S 技術(shù)是GPS、GIS、RS總稱，即：全球定位系統(tǒng)、 地理信息系統(tǒng) 和遙感三種技術(shù)。它是多種先進技術(shù)的結(jié)合和綜合應(yīng)用的結(jié)果，重點用到了如下技術(shù)：測繪技術(shù)、攝像測量和遙感技術(shù)、圖像圖像處理技術(shù)、計算機技術(shù)、定位技術(shù)及數(shù)據(jù)通信等[6]。3S技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，如作物估產(chǎn)、動植物長勢監(jiān)測、氣象和病蟲害預(yù)報、精細施肥以及農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展的動態(tài)仿真模型等精準農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用。國家在“八五”期間建成的“重點產(chǎn)糧區(qū)主要農(nóng)作物遙感估產(chǎn)集成系統(tǒng)”，應(yīng)用多種遙感信息源，采用RS與GIS信息復(fù)合技術(shù)，進行計算機模式自動識別和分類，自動提取作物種植面積，動態(tài)監(jiān)測作物長勢，并進行產(chǎn)量估算，實現(xiàn)了信息獲取、處理一體化。

2.4 Andriod系統(tǒng)

智能手機的操作系統(tǒng)有很多種，目前在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最多的還是Andriod系統(tǒng)。它是一種以linux為基礎(chǔ)的開放源代碼操作系統(tǒng)[7]，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。所有android應(yīng)用都運行在一個核心引擎上面，這個核心引擎其實就是一個虛擬機，它提供了一系列用于應(yīng)用和硬件資源進行通訊的API，它們之間是完全平等的，沒有界限，可以和其他結(jié)合起來產(chǎn)生跟豐富的應(yīng)用。Android的系統(tǒng)架構(gòu)和其操作系統(tǒng)一樣，采用了分層的架構(gòu)。主要分為四個層，從高層到低層依次是應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層和Linux內(nèi)核層[8]。

3 智能手機在農(nóng)業(yè)高新科技園智能溫室控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

河南省農(nóng)業(yè)高新科技園是河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院的教學實習基地。它是集農(nóng)業(yè)旅游、教學實習、農(nóng)業(yè)科研、有機食蔬等功能為一體的農(nóng)業(yè)高科技企業(yè)[9]。該研究是針對其中引進西班牙的自動智能溫室大棚技術(shù)的改進項目。

3.1 智能溫室控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計[10]

在溫室大棚內(nèi)部設(shè)置大量終端測控節(jié)點，采集溫度、光照等環(huán)境信息。并通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測作物生長環(huán)境，完成數(shù)據(jù)的采集，將數(shù)據(jù)傳送到Andriod監(jiān)控中心，中心將數(shù)據(jù)與農(nóng)作物最佳生長環(huán)境值比對，并將比對結(jié)果轉(zhuǎn)換成命令通過無線通信技術(shù)傳送回控制節(jié)點，執(zhí)行相應(yīng)命令（加熱、補水、補光等）?？傮w框架如圖2所示。

3.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組建過程

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是在硬件監(jiān)測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相應(yīng)的軟件開發(fā)。該系統(tǒng)主要由四個部分組成。終端節(jié)點、路由器節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點和Andriod監(jiān)控中心。終端節(jié)點和傳感器連接，主要采集相關(guān)數(shù)據(jù)；終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點又靠路由器節(jié)點進行連接，既具有路由功能，也具有終端節(jié)點功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點負責完成新網(wǎng)絡(luò)組建工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信。Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建都是通過API函數(shù)來進行操作的。

本設(shè)計采用的是樹型拓撲結(jié)構(gòu)[11]，其實無論是星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)還是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，他們的構(gòu)建過程基本都是相同的。協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)格的過程也是通過一系列函數(shù)來完成的，利用主函數(shù)main（），首先調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)osalinit_system（），再調(diào)用ZDInitDevice（）初始化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，并確定設(shè)備類型，利用ZD_StartDevice（）函數(shù)控制相應(yīng)設(shè)備開始工作，最后通過NLMEE_Network_request（）完成協(xié)調(diào)器組網(wǎng)。路由器節(jié)點和終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的過程同上，僅僅在調(diào)用ZD_StartDevice（）函數(shù)時，由于向系統(tǒng)添加執(zhí)行任務(wù)時需要等待，會有一定的延時，最后都通過NLMEE_Network_request（）函數(shù)完成網(wǎng)格的組建。

3.3 Andriod監(jiān)控中心的設(shè)計

總體部分分為兩大部分，一部分是數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，另外是軟件界面和基本控制功能的開發(fā)。監(jiān)控中心的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

用戶管理：這是用戶訪問軟件的首界面，對用戶身份進行鑒定，只有信息正確的用戶才可以登錄。

比對設(shè)置：包括兩大部分，用戶可以針對不同的作物設(shè)置標準環(huán)境值；還可以從數(shù)據(jù)庫讀取出當前的環(huán)境值。這樣農(nóng)戶對作物所需改變的環(huán)境因素就會一目了然。

設(shè)備控制：主要針對五種設(shè)備進行控制。通風口、卷簾、水閥、補光燈、加熱設(shè)備。通過打開和關(guān)閉按鈕可以很方便的實現(xiàn)遠程操控。使環(huán)境條件實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)。

數(shù)據(jù)庫管理：包括實時數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢?nèi)齻€功能。用戶可以根據(jù)需要鏈接到專家?guī)?，找到農(nóng)作物適合的環(huán)境參數(shù)范圍，還可以從專家?guī)熘兴鸭黝愖魑镆谆疾〉膶?yīng)癥狀、特征、氣候發(fā)病條件、蟲害規(guī)律進行控制防治。

4 智能手機在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中遇到的問題及解決辦法

4.1 新型職業(yè)農(nóng)民移動培訓(xùn)平臺缺乏

河南是農(nóng)業(yè)大省，但新型職業(yè)農(nóng)民總體技能不高，高技能農(nóng)民不僅數(shù)量上缺口大，而且結(jié)構(gòu)跟不上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐，全省新型職業(yè)農(nóng)民中，農(nóng)學、畜牧類產(chǎn)業(yè)人員相對較多，但新興的觀賞花木類技術(shù)人員數(shù)量較少。其中新型職業(yè)農(nóng)民中也不乏大學生創(chuàng)業(yè)者和“陽光工程”的骨干帶頭人，但他們很多都處理中級層面，鄉(xiāng)下資源相對較少，農(nóng)民的信息化技術(shù)知識更新和培訓(xùn)力度不夠。將高校、企業(yè)專家教育資源的有效共享，建立一套適合農(nóng)民公平開放的互動交流學習平臺，使農(nóng)民可以不受培訓(xùn)時間和地點的局限，充分發(fā)揮自身的主動性，既提高了學習效率，又滿足了信息時代新型農(nóng)民對個性化、終身化學習方式的要求。

4.2智慧農(nóng)業(yè)項目總體發(fā)展滯后

農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的前提。我省雖然已經(jīng)形成了一批有特色的產(chǎn)業(yè)基地，如：山藥種植基地、大蒜種植基地等，但生產(chǎn)方式仍然以小規(guī)模農(nóng)戶分散經(jīng)營為主，不能實現(xiàn)規(guī)?；N植，這給智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展造成了很大的困難。建立完整的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系，保證農(nóng)民從播種、包裝到市場流通都在統(tǒng)一的標準下運作，貼上統(tǒng)一標簽，這樣既可以根據(jù)需要指導(dǎo)農(nóng)民種植，還從根本上解決了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量問題。

4.3基礎(chǔ)設(shè)施配套跟不上

智慧農(nóng)業(yè)在硬件方面投入成本高、但預(yù)期效益較慢，規(guī)模要求大、技術(shù)設(shè)備提供商售后體系不成熟，這些不利條件都使智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入的被動的僵局。加強農(nóng)村信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快光纖入戶工程，擴大綜合服務(wù)站等各種終端的覆蓋面，通過廣電網(wǎng)、電信網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)建立通暢的信息傳輸路線，保證新型職業(yè)農(nóng)民能夠即時獲取發(fā)布農(nóng)業(yè)資源。

5 結(jié)束語

智能手機在智慧農(nóng)業(yè)中有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，它不僅保證了信息的實時性，而且避免了大量數(shù)據(jù)的重復(fù)記載，同時智能手機本身在硬件配置方面也具有很多優(yōu)勢，如照相、GPS 信息獲取、語音等功能，使信息獲取更加便利，隨著智慧農(nóng)業(yè)的逐步發(fā)展，智能手機必將成為不可或缺的有利助手。

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