農(nóng)業(yè)園區(qū)智能數(shù)字化管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

鄒洪艷+張建軍+劉韜

摘要：

為了實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)園區(qū)集中化、片區(qū)化、網(wǎng)格化發(fā)展，需要對園區(qū)進行實時監(jiān)控與管理。設(shè)計并實現(xiàn)了一個農(nóng)業(yè)園區(qū)智能數(shù)字化管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包括園區(qū)網(wǎng)格管理、生產(chǎn)過程管理、庫存管理、視頻實時監(jiān)控等幾個子系統(tǒng)，涉及圖像采集、低功耗數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與存儲、Web技術(shù)以及微信應(yīng)用等技術(shù)。系統(tǒng)最終通過測試，達到了預(yù)期目標。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)園區(qū)的區(qū)域化管理與實時監(jiān)控，提高農(nóng)業(yè)工作效率。

關(guān)鍵詞：

農(nóng)業(yè)園區(qū)；網(wǎng)格化；數(shù)據(jù)采集；Java

DOIDOI：10.11907/rjdk.172647

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）012-0116-02

Abstract：In order to realize the centralization， regionalization and gridding development of agricultural parks in our country， the park is monitored and managed in real time.This paper design and implement a intelligent digital management system in agricultural parks，includes campus grid management， production process management， inventory management，video real time monitoring management，relates to image acquisition， low power data transmission， data processing and storage， web technology and WeChat technology etc. The platform eventually passed the test to achieve the desired goal The conclusion is that the system can realize the regional management of agricultural parks， and can accomplish real-time monitoring， and ultimately improve the efficiency of agricultural work.

Key Words：agricultural park；gridding； data acquisition；Java

0 引言

中國自古以來是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是我國“三農(nóng)”問題之首和國民經(jīng)濟的重要部門[1]?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展要由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代化，必須按照高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的要求，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[2]。20世紀90年代提出了精準農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture）概念，并且很快成為了世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流、新趨勢。精準農(nóng)業(yè)將精準測量計算引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，利用傳感器技術(shù)（Sensor Technology）、3S集成技術(shù)（3S Integration Technology）、嵌入式技術(shù)（Embedded Technology）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)（Database Technology）、網(wǎng)絡(luò)通信（Network Communications）等與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)科學(xué)有機結(jié)合，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化控制（Intelligent Control of Agricultural Production），為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了革命性變化[3-4]。

1 項目背景與意義

近年來智能化農(nóng)業(yè)園區(qū)已成為了農(nóng)業(yè)園區(qū)管理者的關(guān)注焦點。園區(qū)的工作人員可以坐在計算機前，根據(jù)各個終端提供的數(shù)據(jù)進行智能化管理，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與信息化手段相結(jié)合可以極大地提高農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量[5]。然而，應(yīng)用計算機進行農(nóng)業(yè)園區(qū)管理在一定程度上缺乏靈活性。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展[6]，智能手機已成為人們生活中不可缺少的一部分[7]，如何將農(nóng)業(yè)園區(qū)的智能化系統(tǒng)與移動設(shè)備有效結(jié)合在一起，以提高工作的便捷性、自動性和即時性，是當下研究人員關(guān)心的問題[6]。近年來，隨著移動管理與監(jiān)控軟件的發(fā)展，使園區(qū)的工作人員在移動設(shè)備上能夠隨時隨地查看數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)采取相應(yīng)措施，從而實現(xiàn)隨時隨地辦公，保證了工作的靈活性[5]。

2 項目總體規(guī)劃

為了對大規(guī)模園區(qū)生產(chǎn)進行有效管理，可以利用計算機技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理，將所有生產(chǎn)要素以數(shù)字信息形式呈現(xiàn)在管理者面前，幫助其決策農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。同時管理者可通過系統(tǒng)向工作者發(fā)布指令、分配工作任務(wù)，工作人員將工作現(xiàn)狀反饋給系統(tǒng)，管理者又可通過系統(tǒng)了解到當下農(nóng)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)狀況。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 園區(qū)網(wǎng)格管理子系統(tǒng)

園區(qū)網(wǎng)格管理子系統(tǒng)主要包括園區(qū)劃分、傳感器節(jié)點部署、數(shù)據(jù)采集與顯示3部分。首先根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)實際生產(chǎn)需要對農(nóng)業(yè)園區(qū)進行科學(xué)劃分，使之形成網(wǎng)格形狀（區(qū)域），如圖1所示；在每一個區(qū)域部署傳感器節(jié)點，區(qū)域與區(qū)域之間節(jié)點通過自組網(wǎng)建立通信網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進行傳輸、處理與存儲，并在存儲過程中建立數(shù)學(xué)模型，分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)測與報警；最后將采集的數(shù)據(jù)顯示在客戶端，園區(qū)工作人員通過園區(qū)采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)報警數(shù)據(jù)制定相應(yīng)生產(chǎn)計劃。

網(wǎng)格管理子系統(tǒng)的突出優(yōu)點有：①通過精細化與網(wǎng)格化管理，充分利用土地資源；②管理者可以實時掌握每個農(nóng)田區(qū)域的環(huán)境信息，為生產(chǎn)計劃制定提供科學(xué)依據(jù)；③節(jié)約資源，避免重復(fù)的生產(chǎn)工作。

3.2 生產(chǎn)過程管理子系統(tǒng)

根據(jù)初步功能調(diào)研，將生產(chǎn)過程管理子系統(tǒng)初步劃分為幾個模塊：生產(chǎn)計劃制定模塊、生產(chǎn)進度模塊、生產(chǎn)計劃記錄模塊、生產(chǎn)任務(wù)驗收模塊。

生產(chǎn)計劃制定子模塊中，農(nóng)業(yè)園區(qū)管理員可以選擇網(wǎng)格劃分后的園區(qū)區(qū)域，并選定工作內(nèi)容（選擇工作內(nèi)容時，系統(tǒng)會顯示該區(qū)域最近一段時間已完成的工作）、執(zhí)行工作小組、執(zhí)行時間、使用設(shè)備、使用資源的種類和數(shù)量等。確認工作計劃后即可將任務(wù)分發(fā)給各工作小組，各工作小組根據(jù)工作計劃到倉庫領(lǐng)取設(shè)備和資源并執(zhí)行任務(wù)，同時下發(fā)的任務(wù)會記錄到數(shù)據(jù)庫中。

在生產(chǎn)計劃記錄子模塊，管理員可以按區(qū)域查看每塊園區(qū)的任務(wù)歷史記錄，每條記錄中都包含有任務(wù)類別、執(zhí)行小組成員名單、消耗資源、使用設(shè)備（設(shè)備是否入庫或損壞）、任務(wù)分配時間、任務(wù)完成時間等。同時管理員還可以對這些記錄進行修改或刪除。

在生產(chǎn)任務(wù)驗收模塊中，管理員可以查看已提交的任務(wù)，對其進行驗收，不合格的可以重新返回小組，并附加管理員修改意見，工作小組完成修改后可以繼續(xù)提交。當管理員驗收通過后，該項任務(wù)的所有信息則會添加到數(shù)據(jù)庫；若任務(wù)在一定時間內(nèi)未通過，則提示任務(wù)失敗并將其納入記錄中。

3.3 庫存管理子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的企業(yè)運作過程中，存在以下幾種常見問題：①缺乏科學(xué)的管理系統(tǒng)。企業(yè)若沒有建立一套適合自身情況的庫存系統(tǒng)，未對庫存物品進行科學(xué)、詳盡的分類，庫存控制策略往往會流于簡單化；②庫存管理信息不流通。在整個供應(yīng)系統(tǒng)中，需求預(yù)測、庫存狀況、生產(chǎn)計劃等都是庫存管理的重要數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分布在不同環(huán)節(jié)之中，要有效保證生產(chǎn)，必須使其實時傳遞；③不確定因素對庫存的影響。系統(tǒng)運行不穩(wěn)定是組織內(nèi)部缺乏有效的控制機制所致，要消除運行中的不確定性，需要增加組織控制，提高系統(tǒng)可靠性。

因此，進行有效的庫存管理顯得尤其重要，需要建立一個庫存管理系統(tǒng)[7]。系統(tǒng)子功能描述為：①庫存?zhèn)}庫管理。主要包括對倉庫基本信息的修改與貨物盤點等；②設(shè)備管理。主要包括對設(shè)備入庫、出庫的管理等；③農(nóng)資管理。主要包括對農(nóng)資入庫、出庫的管理等；④農(nóng)藥管理。主要包括對農(nóng)藥入庫、出庫的管理等；⑤流水管理。每次倉庫操作自動生成流水賬目，可以進行查詢管理。

3.4 視頻實時監(jiān)控子系統(tǒng)

前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文系統(tǒng)采用FFmpeg+Nginx+HLS模式，可實現(xiàn)在移動端對監(jiān)控畫面的實時查看。FFmpeg是一套可用來記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字音視頻，并將其轉(zhuǎn)化為流的開源計算機程序[8]。它提供了錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的完整解決方案，包含了非常先進的音頻/視頻編解碼庫libavcodec，從而保證了高可移植性和編解碼質(zhì)量；Nginx是一款輕量級Web服務(wù)器，其占用內(nèi)存少與并發(fā)能力強的特點，使其在同類型的網(wǎng)頁服務(wù)器中表現(xiàn)突出[9]；HTTP Live Streaming（HLS）是一個由蘋果公司提出的基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。視頻實時監(jiān)控步驟為：FFmpeg將網(wǎng)絡(luò)攝像頭的rtsp視頻流轉(zhuǎn)換成rmtp視頻流，并推送到Nginx服務(wù)器上；HLS協(xié)議負責把整個流分成一個個小的基于HTTP的文件進行下載，每次只下載一部分。在開始一個流媒體會話時，客戶端會下載一個包含元數(shù)據(jù)的extended M3U （m3u8） playlist文件，用于尋找可用的媒體流；最后由Nginx推送可供移動端播放的視頻流。

4 結(jié)語

本園區(qū)智能管理系統(tǒng)不僅結(jié)合了傳統(tǒng)計算機在農(nóng)業(yè)園區(qū)上的應(yīng)用，而且在此基礎(chǔ)上增加了園區(qū)網(wǎng)格管理（Campus Grid Management）、生產(chǎn)過程管理（Production Process Management）、庫存管理（Inventory Management）以及視頻實時監(jiān)控管理等子系統(tǒng)，從而能夠更加精確地獲取園區(qū)信息，使農(nóng)業(yè)管理更加智能化。因此，該系統(tǒng)具有較為重要的實際應(yīng)用價值。

參考文獻：

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（責任編輯：黃 ?。?