基于北斗和物聯(lián)網(wǎng)的中藥材種植監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李光濤

摘 要：為解決中藥材在種植環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)和管護(hù)方面存在信息盲區(qū)的問(wèn)題，文中借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位、WebGIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中藥材種植環(huán)節(jié)的全方位監(jiān)測(cè)、管理和服務(wù)，從而構(gòu)建了中藥材種植管理基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中藥材全產(chǎn)業(yè)鏈的信息追溯，同時(shí)還可以依托該基礎(chǔ)平臺(tái)，建立省級(jí)中藥產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：中藥材；北斗導(dǎo)航；物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)測(cè)平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

當(dāng)前，在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術(shù)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎?，F(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)正不斷與越來(lái)越多的傳統(tǒng)行業(yè)融合，包括中藥材行業(yè)。

隨著國(guó)家對(duì)中藥材產(chǎn)業(yè)監(jiān)管、監(jiān)測(cè)體系的要求越來(lái)越高，中藥產(chǎn)業(yè)必須要有一個(gè)覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的信息化支撐體系，做到產(chǎn)業(yè)鏈的可追溯。

為了實(shí)現(xiàn)中藥材產(chǎn)業(yè)鏈的全程監(jiān)管，必須要建立與之相適應(yīng)的信息化支撐體系，目前，商務(wù)部牽頭已在中藥材加工生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)建立了國(guó)家中藥材流通追溯體系，但產(chǎn)業(yè)鏈上游尚未實(shí)現(xiàn)可管可控。利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)中藥材在上游種植環(huán)節(jié)的可管可控，采用北斗衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中藥材種植、生長(zhǎng)、管護(hù)情況的監(jiān)測(cè)，對(duì)于全面掌握區(qū)域中藥材種植分布情況，提高中藥材質(zhì)量品質(zhì)與中藥材精準(zhǔn)種植具有重大意義，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)中藥材種植面積可控、產(chǎn)量可估、市場(chǎng)可調(diào)的目標(biāo)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航是我國(guó)具有獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)的高端技術(shù)，近年來(lái)北斗技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)始普及。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在中藥材種植監(jiān)測(cè)中的主要用途是測(cè)畝和管護(hù)巡查，由于中藥材的種植分布呈現(xiàn)不規(guī)則化和分散化，利用北斗終端可實(shí)現(xiàn)種植面積的精確測(cè)量、地理坐標(biāo)標(biāo)識(shí)。另一方面，對(duì)于某些種植區(qū)域較為偏僻的山區(qū)或無(wú)人區(qū)，現(xiàn)有移動(dòng)通信手段無(wú)法有效覆蓋，北斗RDSS功能可確保采集數(shù)據(jù)直接通過(guò)衛(wèi)星傳輸，降低了對(duì)地面通信系統(tǒng)的依賴(lài)，對(duì)于邊遠(yuǎn)地區(qū)、地形復(fù)雜地區(qū)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集非常適用。北斗終端能夠切實(shí)提升中藥材種植基地的管理水平和監(jiān)測(cè)水平。

1.2 WebGIS技術(shù)

中藥材種植監(jiān)測(cè)平臺(tái)基于WebGIS技術(shù)，WebGIS是一個(gè)交互式、分布式、動(dòng)態(tài)的地理信息系統(tǒng)，用戶(hù)可以瀏覽空間數(shù)據(jù)并制作專(zhuān)題圖，進(jìn)行空間檢索和空間分析，為用戶(hù)提供中藥材種植空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢(xún)和分析服務(wù)。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在中藥材種植監(jiān)測(cè)過(guò)程中用到了多種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，因此利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)十分必要，主要通過(guò)小型氣象站將局部氣候環(huán)境信息上傳至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。

1.4 云計(jì)算技術(shù)

中藥材種植監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)，能夠融合接入多樣化的業(yè)務(wù)。云計(jì)算平臺(tái)根據(jù)用戶(hù)需求動(dòng)態(tài)劃分或釋放不同的物理和虛擬資源，當(dāng)需求增加時(shí)，通過(guò)增加可用的資源進(jìn)行匹配；如果用戶(hù)不再使用這部分資源，便可釋放。云計(jì)算為客戶(hù)提供的這種能力是無(wú)限的，實(shí)現(xiàn)了IT資源利用的可擴(kuò)展性。此外，在系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于建立區(qū)域性中藥材大數(shù)據(jù)平臺(tái)十分重要。

2 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

平臺(tái)設(shè)計(jì)以云計(jì)算平臺(tái)為基礎(chǔ)，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)分為采集與傳輸層、業(yè)務(wù)支撐層、數(shù)據(jù)資源管理層、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用層以及信息安全體系和運(yùn)行維護(hù)體系。

以陜西省為例，平臺(tái)在功能上能夠完成陜西省中藥材種植面積數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、處理、傳輸、標(biāo)準(zhǔn)化、模型計(jì)算、WebGIS數(shù)據(jù)規(guī)格化、系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)展示及應(yīng)用，直觀反映了中藥材種植分布現(xiàn)狀，覆蓋當(dāng)前陜西省72個(gè)中藥材種植縣及主要種植品種，規(guī)范化基地、重點(diǎn)發(fā)展品種則可以按照縣、市（地區(qū)）、省統(tǒng)計(jì)單品種植面積、進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)估，并對(duì)重點(diǎn)種類(lèi)、重點(diǎn)規(guī)范化基地建立中藥材管護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為四個(gè)子系統(tǒng)，分別為分布面積展示系統(tǒng)、中藥材種植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、中藥材管護(hù)系統(tǒng)、中藥材估產(chǎn)系統(tǒng)。

3.1 分布面積展示系統(tǒng)

中藥材種植面積分布展示通過(guò)加載適當(dāng)?shù)牡貓D系統(tǒng)，包括地形圖和行政圖，完成以下功能：

（1）建立全省中藥材種植信息庫(kù)，包括陜西省各縣中藥材種植的品種、面積、主要種植戶(hù)和合作社信息；

（2）按照每種單品區(qū)域面積分布情況，自動(dòng)生成種植面積覆蓋區(qū)域，并統(tǒng)計(jì)本區(qū)域面積；

（3）以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)為單位統(tǒng)計(jì)本區(qū)域內(nèi)中藥材種植面積，以縣和地區(qū)為單位統(tǒng)計(jì)本區(qū)域內(nèi)的中藥材種植面積；

（4）以單品為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)按照單品進(jìn)行縣、地區(qū)、省內(nèi)種植面積的統(tǒng)計(jì)。

圖2展現(xiàn)了利用數(shù)據(jù)地圖展示陜西中藥材種植面積概況，數(shù)據(jù)地圖的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)與地圖相結(jié)合，能夠應(yīng)用地圖來(lái)分析和展示與位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，整體展現(xiàn)效果更加直觀、明確，一目了然。

3.2 中藥材種植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2.1 種植面積管理

對(duì)于中藥材種植基地來(lái)說(shuō)，一般分布在一定海拔高度且多山地區(qū)域，由于種植區(qū)域的不規(guī)則性，會(huì)存在未連片種植的情況，導(dǎo)致種植面積測(cè)量較為困難。因此在中藥材種植基地的面積測(cè)量方面，可采用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的測(cè)畝儀完成，在測(cè)量過(guò)程中，用戶(hù)可以圍繞被測(cè)地塊走一圈，獲取當(dāng)前地塊面積，實(shí)現(xiàn)多人多終端測(cè)量，簡(jiǎn)單方便，基于衛(wèi)星定位導(dǎo)航的測(cè)畝儀可以獲取當(dāng)前地塊的坡度、海拔、周長(zhǎng)、面積等，方便種植戶(hù)和經(jīng)營(yíng)者了解種植畝數(shù)。

種植面積測(cè)量界面如圖3所示。

3.2.2 中藥材種植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中藥材的分布和生存受周?chē)h(huán)境因素制約，中藥材不僅需要適應(yīng)一定的溫度幅度（年平均溫度、最低和最高月平均溫度），還需要一定的溫度量（如大于10℃的活動(dòng)積溫），且極端溫度（1月份最低溫和7月份最高溫）會(huì)嚴(yán)重限制中藥材垂直分布和水平分布。影響中藥材分布的水分因子有年降雨量，濕度；影響中藥材分布的光因子有光照強(qiáng)度和日照時(shí)數(shù)，光因子會(huì)影響中藥材開(kāi)花的情況?；谝陨弦蛩?，在種植具有高附加值的中藥材過(guò)程中，有必要進(jìn)行種植環(huán)境和生長(zhǎng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)在種植基地設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安置不同的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器，定期收集該區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)，一方面有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中藥材的生長(zhǎng)，預(yù)估當(dāng)期中藥材的產(chǎn)量，另一方面，長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)積累有利于把握種植基地的環(huán)境要素，對(duì)于下一年的戰(zhàn)略布局十分有利。endprint

中藥材種植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖4所示。

3.3 中藥材種植管護(hù)系統(tǒng)

管護(hù)模塊主要為中藥材管護(hù)工作人員提供資源定位、資源數(shù)據(jù)收集等服務(wù)。管護(hù)模塊可對(duì)區(qū)域內(nèi)的中藥材資源分布情況進(jìn)行精確定位，分類(lèi)管理，建立區(qū)域中藥材資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

管護(hù)模塊由北斗數(shù)據(jù)采集、管護(hù)線路規(guī)劃、管護(hù)區(qū)域規(guī)劃、管護(hù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、管護(hù)人員管理、管護(hù)終端管理等子模塊組成。

北斗數(shù)據(jù)采集模塊主要完成北斗終端數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)功能，當(dāng)工作人員在進(jìn)行區(qū)域管護(hù)巡查時(shí)，用戶(hù)可利用北斗手持終端直接勾繪圖塊或通過(guò)軌跡記錄圖塊，也可利用北斗終端設(shè)備，對(duì)中藥材資源等進(jìn)行拍照和攝像，并進(jìn)行經(jīng)緯度定點(diǎn)記錄，同時(shí)可填寫(xiě)相關(guān)文字信息。上傳時(shí)若沒(méi)有3G/4G信號(hào)，則可將信息通過(guò)北斗短報(bào)文發(fā)送到系統(tǒng)，后臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)短報(bào)文進(jìn)行解析，并將其保存到對(duì)應(yīng)的資源數(shù)據(jù)庫(kù)中，若工作人員進(jìn)行普查的區(qū)域已有3G/4G信號(hào)覆蓋，則工作人員可將資源信息直接通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（3G/4G）發(fā)送到系統(tǒng)，后臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析后保存到資源數(shù)據(jù)庫(kù)中。中藥材管護(hù)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示。

3.4 中藥材估產(chǎn)系統(tǒng)

根據(jù)中藥材的種植特點(diǎn)，在面積已知的情況下，根據(jù)中藥材生長(zhǎng)年限的不同進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，建立重點(diǎn)品種產(chǎn)量估算模型，估計(jì)重點(diǎn)中藥材品種產(chǎn)量。根據(jù)區(qū)域劃分，按照地區(qū)、縣的種植面積估計(jì)本年度中藥材的產(chǎn)量，并統(tǒng)計(jì)當(dāng)年主要藥材的估計(jì)產(chǎn)量，可輔助中藥材下一年的決策。

4 結(jié) 語(yǔ)

中藥是特殊的農(nóng)產(chǎn)品，具有明顯的地域性特點(diǎn)，因此在尊重傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展是中藥材種植發(fā)展模式的大趨勢(shì)。充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立省級(jí)區(qū)域的中藥材管理信息平臺(tái)，目前在國(guó)內(nèi)處于空白狀態(tài)，該平臺(tái)可以結(jié)合中藥材產(chǎn)品追溯體系，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)管鏈條，對(duì)統(tǒng)籌區(qū)域中藥材資源，引導(dǎo)群眾脫貧致富具有十分重要的意義。

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