有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)的研究與設計

唐海和

摘 要：目前有機農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，但是其面臨這諸多問題，包括農(nóng)場分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)的設計方案；該系統(tǒng)方案通過 4G 無線通信技術完成農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的遠程監(jiān)控網(wǎng)絡建設，結合分布式體系架構，每個有機農(nóng)業(yè)管理區(qū)域采用PLC核心技術進行4G采集控制器設計，通過電信運營商進行數(shù)據(jù)的存儲和分發(fā)，同時架設 APN（Access Point Name）專線與監(jiān)控中心進行信息交互，實現(xiàn)有機農(nóng)場的信息化管理和無線遠程監(jiān)控；實際的應用效果表明，有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)能夠有效克服傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方面的弊端，有效地提升了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的信息化程度和管理效率。

關鍵詞：有機農(nóng)業(yè)；信息化管理；4G技術；無線遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP311.13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0022-02

隨著大數(shù)據(jù)和Internet網(wǎng)絡應用的廣泛推廣和遠程控制技術的不斷發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)信息化平臺的遠程監(jiān)控的相關應用受到不同領域的重視，也為農(nóng)業(yè)管理從傳統(tǒng)的人工方式逐步向信息化遠程控制的網(wǎng)絡方式逐步過渡[1-2]。然而目前有機農(nóng)業(yè)涉及的對象存在多樣性，而且涉及的要素種類繁多，同時有機農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域分布不均，而且信息化水平往往發(fā)展地較為落后，綜合數(shù)據(jù)信息的獲取與傳輸仍面臨最后一公里交互通信的瓶頸問題。因此，農(nóng)業(yè)現(xiàn)場與管理控制中心之間的通信方式直觀重要。一般情況下，農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)典型的通信方式主要包含以下幾種：

（1）農(nóng)業(yè)現(xiàn)場與監(jiān)控管理中心之間通過RS485總線或者網(wǎng)線等有線鏈路進行連接通信。此種通信方式導致數(shù)據(jù)傳輸線的布線錯綜復雜，運營維護難度較大，造成故障的可能性極高，技術難度也較大，增加了系統(tǒng)維護管理的成本[3]。

（2）移動互聯(lián)網(wǎng)技術解決方案，將互聯(lián)網(wǎng)與典型公司的GPRS/CDMA等移動通信技術相融合，突破了距離的限制，方便了農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的互聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)接入。此種方案有效地解決了最后一公里的問題，具有組網(wǎng)靈活，信號強，故障率低，升級和維護較為方便等優(yōu)勢[4-5]。

因此，本文設計的有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)通過實現(xiàn)4G無線移動通信網(wǎng)絡與Internet網(wǎng)絡的無縫融合和連接，為智能化和信息化的農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理提供了重要的發(fā)展機遇和提升的空間。

1 有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)設計思路及網(wǎng)絡架構

有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)融合了通訊技術、傳感器技術、軟件技術、控制技術以及計算機技術，通過運行在監(jiān)控管理中心的管理軟件實體，對農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行收集、分析，按照農(nóng)作物的生長情況生產(chǎn)合理的培育方案，控制灌溉和施肥等過程，真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)作業(yè)的信息化管理；同時，還系統(tǒng)還可以為用戶提供視頻監(jiān)控管理、專家在線指導等服務，使得當?shù)剞r(nóng)林管理部門和農(nóng)產(chǎn)品供應商對農(nóng)產(chǎn)品的生長狀態(tài)和安全情況進行實時了解了解[6]。系統(tǒng)設計基本架構如圖1所示，本系統(tǒng)可以劃分為三個基本層次，分別是監(jiān)控瀏覽層、通信網(wǎng)絡層及現(xiàn)場控制層組成。

監(jiān)控瀏覽層作為整個系統(tǒng)運行的監(jiān)控中心，其負責管理系統(tǒng)的部署和使用，對采集到的現(xiàn)場的溫濕度、灌溉水位等數(shù)據(jù)進行存儲分析，結合農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)和意見，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品作物的信息化管理；管理人員能夠通過系統(tǒng)對關鍵數(shù)據(jù)進行查詢和打印，實時記錄和掌握農(nóng)田/園林管理過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)資料，而且相關的農(nóng)業(yè)專家能夠利用4G視頻對農(nóng)作物的實際生長情況進行掌握，并提供技術支持和視頻直播指導；遠程計算機和手機等智能移動終端可憑借賬號密碼通過互聯(lián)網(wǎng)登陸監(jiān)控中心的管理后臺，對農(nóng)作物的生長情況進行查看。通訊網(wǎng)絡層主要作為信息的傳輸紐帶，將4G網(wǎng)絡和Internet互聯(lián)網(wǎng)進行融合，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸?，F(xiàn)場控制層主要負責數(shù)據(jù)的采集和上報，主要由4G采集控制器完成。4G采集控制器一方面把農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的傳感器獲取的參數(shù)轉換為特定的數(shù)據(jù)格式，同時將視頻編碼壓縮后上傳至服務器；另一方面接收來自監(jiān)控管理中心的控制數(shù)據(jù)，利用科學的農(nóng)業(yè)物生長管理算法實現(xiàn)自動澆灌，而且能夠按照控制命令對對攝像鏡頭和云臺轉向進行實時調(diào)節(jié)。

1.2 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主要包括兩部分內(nèi)容，分別是應用服務器和Radius通信服務器。應用服務器作為RSview監(jiān)控軟件的主機、數(shù)據(jù)庫存儲的主機以及數(shù)據(jù)備份服務器進行使用。Radius服務器負責完成與各控制點之間的通信過程。監(jiān)控中心接收到來自農(nóng)業(yè)現(xiàn)場控制層的相關數(shù)據(jù)后，通過監(jiān)控軟件完成氣象資料、土壤環(huán)境濕度等相關數(shù)據(jù)參數(shù)的上傳和綜合分析，實現(xiàn)農(nóng)田灌溉管理的自動化；而且還能夠通過監(jiān)控管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行實時查詢和打印，數(shù)據(jù)的類型主要包括整個有機農(nóng)業(yè)管理區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、土壤環(huán)境、灌溉設備設置參數(shù)、施肥情況、灌溉情況以及灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)[7]。

1.3 采集系統(tǒng)

4G采集控制器基本組成如圖2所示，傳感器陣列完成了農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的相關參數(shù)和指標的數(shù)據(jù)采集，視頻編碼模塊則通過MPEG4標準完成視頻信號的編碼，采集封裝后的數(shù)據(jù)通過4G路由網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控控制中心。PLC控制器實現(xiàn)了兩部分的功能，一方面接收來自農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)，根據(jù)人工操作控制電磁閥，完成農(nóng)田灌溉；另一方面接收來自監(jiān)控管理中心的數(shù)據(jù)指令，對電磁閥和攝像云臺完成相應的操作控制，需要說明的是，農(nóng)田現(xiàn)場管理區(qū)應用了分布式架構布局，為4G采集控制器分配屬于自身的處理器，通過單獨的程序進行控制。

1.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)作為整個信息交互的和核心和紐帶，直接影響了整個系統(tǒng)的實際運行效果，鑒于農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)區(qū)域容量相對較大、監(jiān)控點分散不集中且數(shù)量大、對農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的智能化分析處理的要求相對較的特點，同時兼顧有機農(nóng)業(yè)業(yè)務發(fā)展以及可擴展性，通信系統(tǒng)采用4G網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)專線APN連接相融合的方案。融合了4G網(wǎng)絡通訊技術的數(shù)據(jù)信息交互系統(tǒng)可以實現(xiàn)7×24小時在線，同時具有穩(wěn)定性、按流量計費、免維護和低故障率等特點；監(jiān)控中心通過APN專線實現(xiàn)對所有監(jiān)控點的管理，所有監(jiān)控點均使用內(nèi)網(wǎng)固定IP，確保了數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定傳輸。

2 結語

隨著有機農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，但是其面臨這諸多問題，包括農(nóng)場分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)的設計方案；該系統(tǒng)方案通過4G無線通信技術完成農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的遠程監(jiān)控網(wǎng)絡建設，結合分布式體系架構，每個有機農(nóng)業(yè)管理區(qū)域采用PLC核心技術進行4G采集控制器設計，通過電信運營商進行數(shù)據(jù)的存儲和分發(fā)，同時架設專線與監(jiān)控中心進行信息交互，實現(xiàn)有機農(nóng)場的信息化管理和無線遠程監(jiān)控；實際的應用效果表明，有機農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)能夠有效克服傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方面的弊端，有效地提升了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的信息化程度和管理效率。

本系統(tǒng)可以在以下領域得到廣泛應用和推廣，包括城市排水管理系統(tǒng)、園藝管理系統(tǒng)、有機蔬菜以及林業(yè)種植、花卉養(yǎng)殖等領域，其融合了4G網(wǎng)絡和Internet通信方案的整體優(yōu)勢，響應了國家的“互聯(lián)網(wǎng)+”和科技農(nóng)業(yè)發(fā)展的號召，促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化進程的發(fā)展。

參考文獻

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