攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜芒果基地物聯(lián)網(wǎng)模式構(gòu)建

李錄山,柴曉虹,黃 丹,祝毅娟,張洪祥,羅照西,騰 志

(1.四川省攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市鹽邊縣農(nóng)牧局，四川 鹽邊 617100)

攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜芒果基地物聯(lián)網(wǎng)模式構(gòu)建

李錄山1,柴曉虹2,黃 丹1,祝毅娟1,張洪祥1,羅照西1,騰 志1

(1.四川省攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市鹽邊縣農(nóng)牧局，四川 鹽邊 617100)

攀枝花市的芒果和早春蔬菜產(chǎn)業(yè)是攀枝花國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)中支柱性的特色效益農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，是建設(shè)“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”最佳的切入點(diǎn)和載體。攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜、芒果基地物聯(lián)網(wǎng)模式的構(gòu)建，將有利于促進(jìn)攀枝花的的芒果、蔬菜產(chǎn)業(yè)向智能化、精細(xì)化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)變，對(duì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集約化和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生產(chǎn)安全等目標(biāo)具有極其重要的意義。

傳感器；智能控制；農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)

攀枝花市于2012年被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定為國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，規(guī)劃區(qū)域包括仁和區(qū)、米易縣和鹽邊縣3個(gè)區(qū)縣，示范區(qū)涉及42個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，示范區(qū)耕地面積3.94萬hm2，占攀枝花耕地總面積的98.5%，占攀枝花農(nóng)業(yè)總?cè)丝诘?9.3%[1]。攀枝花氣候資源獨(dú)特，是全國少有的南亞熱帶氣候，是發(fā)展南亞熱帶特色農(nóng)業(yè)的寶地，同時(shí)也是全國為數(shù)不多的高效特色農(nóng)業(yè)區(qū)域之一[2]，目前已初步建成了特色水果、早春蔬菜、優(yōu)質(zhì)烤煙、畜牧水產(chǎn)、林業(yè)生物等5大特色農(nóng)業(yè)基地。現(xiàn)有73個(gè)省市級(jí)農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、384個(gè)農(nóng)民專業(yè)合作社，創(chuàng)立了攀枝花芒果、攀西石榴、二灘云霧茶葉等8個(gè)知名品牌，擁有無公害農(nóng)產(chǎn)品38個(gè)，有機(jī)食品1個(gè)，有機(jī)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品10個(gè)、綠色食品7個(gè)、農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志4個(gè)。特色農(nóng)產(chǎn)品已銷往全國各地，特別是攀枝花芒果獲得了歐洲市場(chǎng)“準(zhǔn)入證”，2016年首次以自主報(bào)檢方式出口新加坡[1]。

推進(jìn)攀枝花市國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)，就必需對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式進(jìn)行徹底改造，基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)科技化、生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)手段機(jī)械化、增長(zhǎng)方式集約化、農(nóng)業(yè)經(jīng)營產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)業(yè)服務(wù)社會(huì)化。“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用是攀枝花市國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的的基礎(chǔ)，是國家示范區(qū)建設(shè)的突破點(diǎn)。為此，急需在攀枝花市建設(shè)“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用示范基地，繼而向全區(qū)進(jìn)行推廣。

1 攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜、芒果“物聯(lián)網(wǎng)”模式框架

依據(jù)攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜、芒果基地產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全產(chǎn)業(yè)鏈需求和存在問題，研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息感知和傳輸與智能控制技術(shù)，探索構(gòu)建一個(gè)施肥、灌溉智能化，生產(chǎn)過程可視化，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式[3]。基于目前全國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架，攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜、芒果基地物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案分為3層：即感知層、傳輸層和應(yīng)用層[4]。感知層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)感知與搜集；傳輸層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和控制[5]；應(yīng)用層主要包括數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、顯示及自動(dòng)控制。

1.1 蔬菜、芒果基地農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)感知與采集

根據(jù)生產(chǎn)過程和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的需求，在蔬菜基地建立全自動(dòng)灌溉系統(tǒng)1套、室內(nèi)外高清監(jiān)控系統(tǒng)1套、室外小型氣象站1套、農(nóng)業(yè)6要素傳感器6個(gè)。芒果示范基地建立自動(dòng)變頻灌溉系統(tǒng)1套、室內(nèi)外高清監(jiān)控系統(tǒng)1套、室外小型氣象站1套、農(nóng)業(yè)6要素傳感器18個(gè)。所用設(shè)備滿足蔬菜、芒果基地內(nèi)高溫、高濕、暴曬、大雨、大風(fēng)等惡劣的室內(nèi)外環(huán)境。其精度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、一致性滿足生產(chǎn)和數(shù)據(jù)分析需求?？諝?土壤濕度傳感器，量程0%～100%，精度±3%；空氣/土壤溫度傳感器，測(cè)量范圍0～50℃；風(fēng)速傳感器，測(cè)量范圍1～67m/s；這些傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將在本地?cái)?shù)據(jù)顯示器顯示，同時(shí)也會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，為遠(yuǎn)程控制決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)[6-7]。

1.2 設(shè)施農(nóng)業(yè)感知與控制信息傳輸網(wǎng)絡(luò)

按照設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全產(chǎn)業(yè)鏈條需求和數(shù)據(jù)傳輸要求，整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為2種，分別是環(huán)境感知調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和視頻圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1 環(huán)境感知調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器可以將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)椒?wù)器，也可以自行分析數(shù)據(jù)，若設(shè)定模式為控制器自行分析數(shù)據(jù)，當(dāng)傳感器傳輸數(shù)據(jù)大于或小于控制器內(nèi)設(shè)定閾值，控制器將會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備開始工作(此模式不受網(wǎng)絡(luò)限制)。若設(shè)定模式為控制器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，控制器將會(huì)把接收到的數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，經(jīng)過服務(wù)器的分析和決策，又將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備(此模式僅在有網(wǎng)的條件下才能工作)。

1.2.2 視頻圖像傳輸網(wǎng)絡(luò) 高清攝像頭通過無線寬帶將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過顯示器將視頻畫面呈現(xiàn)。監(jiān)控中心視頻服務(wù)器將數(shù)據(jù)接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過手機(jī)APP便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)基地內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)視頻查看，并可對(duì)溫室指定區(qū)域進(jìn)行圖像抓拍、觸發(fā)報(bào)警、定時(shí)錄像等功能[8]。

1.3 攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)

攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)包括服務(wù)器平臺(tái)和慧農(nóng)云平臺(tái)APP/PC端應(yīng)用軟件兩部分。

1.3.1 服務(wù)器平臺(tái) 購置了戴爾DELL，型號(hào)為R430的機(jī)架式服務(wù)器兩臺(tái)，1臺(tái)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，1臺(tái)用于分析數(shù)據(jù)。還購置了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)防火墻、網(wǎng)絡(luò)路由器等設(shè)備，確保服務(wù)器平臺(tái)的正常運(yùn)行。

1.3.2 慧農(nóng)云平臺(tái)APP/PC端應(yīng)用軟件 用戶無論是在控制室內(nèi)還是外地，都可以通過電腦或手機(jī)上網(wǎng)，登錄應(yīng)用軟件，就能隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程查詢基地中布有傳感器設(shè)備點(diǎn)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)、各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照情況等環(huán)境參量，精準(zhǔn)控制種植區(qū)內(nèi)外的環(huán)境狀況，還可以根據(jù)收集上來的數(shù)據(jù)的分析處理對(duì)溫室的風(fēng)機(jī)、加濕器、補(bǔ)光系統(tǒng)、水泵等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行控制，以達(dá)到植物的最佳生長(zhǎng)環(huán)境或人為設(shè)定環(huán)境，同時(shí)對(duì)攝像系統(tǒng)拍下的影像圖片與現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)畫面進(jìn)行觀察。而且在生產(chǎn)出的產(chǎn)品上都有1個(gè)二維碼標(biāo)簽，通過掃描就可以顯示出該產(chǎn)品的播種、施肥、噴施農(nóng)藥、采收時(shí)間等信息。真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、集約化、高效化、無人化和產(chǎn)品信息公開化。

2 預(yù)期效果

本研究模式建成實(shí)施運(yùn)行后，可克服攀枝花市農(nóng)業(yè)發(fā)展的資源環(huán)境瓶頸制約，通過智能肥水調(diào)控，可有效減少化學(xué)肥料、灌溉用水和農(nóng)藥的不合理投入，提高基地內(nèi)生產(chǎn)的智能化水平；可填補(bǔ)攀枝花市“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)缺口”，帶動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，充分推動(dòng)全市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)攀枝花市農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，助推攀枝花市國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)進(jìn)程[9-10]。

3 討論

攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜、芒果基地農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中著重了考慮以下幾點(diǎn)：①生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)使用國產(chǎn)化設(shè)備，積極帶動(dòng)內(nèi)需；②充分利用科研單位的優(yōu)勢(shì)和資源，因地制宜，建立示范作用強(qiáng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基地，同時(shí)，減少不必要的投入；③充分整合電信、移動(dòng)等電信運(yùn)營商和四川恩和工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司、格林溫室有限公司等國內(nèi)企業(yè)的業(yè)務(wù)資源；④研究探索“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式”，通過蔬菜、芒果基地物聯(lián)網(wǎng)模式，實(shí)現(xiàn)示范帶動(dòng)作用[11]。

4 結(jié)論

攀枝花市蔬菜、芒果基地農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式考慮到產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，緊密結(jié)合了攀枝花市物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)際情況和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)環(huán)境安全情況，以推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和節(jié)水、節(jié)肥、控制農(nóng)藥使用量為切入點(diǎn)，研究了適宜于攀枝花農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式，提出了并完成了攀枝花市蔬菜、芒果基地農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式[12]。該模式在基地內(nèi)部署了了農(nóng)業(yè)6要素傳感器和高清攝像頭，搭建了環(huán)境與肥水投入智能調(diào)控體系和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，有效地減少了水肥的使用，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)[13]。同時(shí)搭建了服務(wù)平臺(tái)，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供了運(yùn)行和存儲(chǔ)平臺(tái)，為用戶提供了產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。綜上所述，該系統(tǒng)為日后攀枝花市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了參考并奠定了基礎(chǔ)。

[1]http://pzh.newssc.org/system/2012046/001494609.html

[2]李貴利,唐平,騰志，等.科技“精準(zhǔn)快”扶貧模式—福田農(nóng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化模式.

[3]閻曉軍，王維菊，梁建平.北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012,28(4):149-154.

[4]蘇建民，苑九海，郎紅,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013,233(11):20-24.

[5]周小波.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)在線測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,32(3):182-185.

[6]姚世鳳，馮春貴，賀園園,等.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究，2011(7):190-193.

[7]劉卉，汪懋華，王躍宣,等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田土壤溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版,2008,38(3):604-608.

[8]劉勁風(fēng)，王建.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在森林監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].林業(yè)科技,2010(7):18-20.

[9]余欣榮.關(guān)于發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].中國科學(xué)院院刊，2013(6):679-685.

[10]許世衛(wèi).我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].中國農(nóng)科院院刊,2013(6):686-692.

[11]毛科軍，李小剛，官宏義,等.加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提升天津農(nóng)業(yè)信息化水平[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(9):1-5.

[12]毛科軍，官宏義.天津市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)工程的實(shí)踐[J].中國農(nóng)科院院刊,2013(6):692-699.

[13] 沈蘇彬，范曲立，宗平.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009,29(6)：1-11.