智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺關鍵技術研究與應用

谷偉濤

【摘 要】智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)基于ESB架構，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術接入智慧農(nóng)業(yè)云平臺，結合智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到的信息，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的標準化、自動化和精細化管理?；诖笠?guī)模歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和智能分析提供給管理者更好的決策建議。云平臺在全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的同時，還利用RFID、條形碼、二維碼等識別技術將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)和流通環(huán)節(jié)無縫連接起來，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品從田間到餐桌的真正意義上的全程追溯。

【關鍵詞】智慧農(nóng)業(yè)；云平臺；物聯(lián)網(wǎng)

【中圖分類號】F724.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0045-03

1 研究背景

農(nóng)業(yè)科技經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)種植業(yè)的局限性表現(xiàn)得越來越明顯[5]。在靠天種地的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員無法及時掌握植物的生長情況，如植物是否有病蟲害、水肥是否充足或過剩，植物生長是否正常，生產(chǎn)結果是否滿足產(chǎn)量質量要求等，因此無法做到及時地改變養(yǎng)護方向。在大面積種植中，要做好定期檢查、灌溉、排水等工作時，沒有一套標準指導工作，更多的是靠人的經(jīng)驗判斷，而人的判斷是有差異性的，無形中影響了產(chǎn)量和質量。大量的人工投入到田間工作，導致人工成本很高[6]。此外，由于農(nóng)業(yè)科研從業(yè)人員的數(shù)量偏少，從事種植行業(yè)的人員缺乏完善的種植技術。而有技術人員指導的種植人員僅能夠通過手工進行信息的搜集、記錄，這使得種植信息采集不完整，記錄有間斷、缺漏。根據(jù)現(xiàn)有的研究表明，植物生長受周圍的環(huán)境因素影響較大。沒有專業(yè)的工具無法精確測量環(huán)境數(shù)據(jù)，從而無法針對環(huán)境做出調(diào)整[3]。即使測量到了簡單的環(huán)境數(shù)據(jù)，在沒有信息化科技力量的支持下，種植人員依然只能靠天種地，不能對環(huán)境因素進行一定程度的控制。

傳統(tǒng)種植業(yè)的以上局限在當今世界地少人多的情況下，勢必需要一個平臺來改變，引導傳統(tǒng)種植業(yè)與現(xiàn)代科技結合，使種植業(yè)的產(chǎn)出量更高，質量更好[1-2，4]。

2 智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺功能

智慧農(nóng)業(yè)云平臺是將國際領先的物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結合搭建的農(nóng)業(yè)智能化、標準化生產(chǎn)服務平臺，旨在幫助用戶構建起一個“從生產(chǎn)到銷售，從農(nóng)田到餐桌”的農(nóng)業(yè)智能化信息服務體系，為用戶帶來一站式的智慧農(nóng)業(yè)全新體驗[3-4]。

智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺具有以下功能。

2.1 遠程智能監(jiān)控

智慧農(nóng)業(yè)云平臺通過在生產(chǎn)現(xiàn)場部署傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯(lián)網(wǎng)設備，借助個人電腦、智能手機，就能實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場氣候變化、土壤狀況、作物生長、水肥使用、設備運行等實時監(jiān)測展示，對異常情況自動報警提醒，生產(chǎn)者可及時采取防控措施，降低生產(chǎn)風險；同時，在云平臺生產(chǎn)者可遠程自動控制生產(chǎn)現(xiàn)場的灌溉、通風、降溫、增溫等設施設備，實現(xiàn)精準作業(yè)，減少人工成本的投入。

2.2 標準生產(chǎn)管理

云平臺可根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，定制建立標準化生產(chǎn)管理流程，流程一經(jīng)啟動，平臺將自動進行任務創(chuàng)建、分配與跟蹤。工作人員可在手機上收到平臺發(fā)布的任務指令，并按任務要求進行農(nóng)事操作與工作匯報。同時，管理者亦能在平臺中對工作人員進行任務派發(fā)與工作效率監(jiān)督，隨時隨地了解園區(qū)生產(chǎn)情況。

2.3 產(chǎn)品安全溯源

云平臺可以幫助用戶進行農(nóng)產(chǎn)品品牌管理，并為每一份農(nóng)產(chǎn)品建立豐富的溯源檔案。通過云平臺，生產(chǎn)者可進行生產(chǎn)投入物品，以及農(nóng)產(chǎn)品檢測、認證、加工、配送等信息的記錄管理，相關信息可自動添加到農(nóng)產(chǎn)品溯源檔案；同時，通過部署在生產(chǎn)現(xiàn)場的智能傳感器、攝像機等物聯(lián)網(wǎng)設備，平臺可自動采集農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境數(shù)據(jù)、生長期圖片信息、實時視頻等，豐富農(nóng)產(chǎn)品檔案。平臺利用一物一碼技術，將獨立的防偽溯源信息生成獨一無二的二維碼、條形碼及14位碼，用戶使用手機掃描二維碼、條形碼，或登錄農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺錄入14位碼，即可快速通過圖片、文字、實時視頻等方式，查看農(nóng)產(chǎn)品從田間生產(chǎn)、加工檢測到包裝物流的全程溯源信息。使用一物一碼技術，一次掃碼后即無效，可實現(xiàn)有效防偽。

2.4 市場網(wǎng)絡營銷

互聯(lián)網(wǎng)時代，充分利用企業(yè)官網(wǎng)、電子商務平臺、微信公眾號等網(wǎng)絡平臺進行網(wǎng)絡營銷勢在必行。智慧農(nóng)業(yè)云平臺的快速建站功能，可以幫助用戶通過簡單的操作輕松建設自己的官方網(wǎng)站，后期只需根據(jù)企業(yè)的營銷需求，隨時進行內(nèi)容的編輯即可實現(xiàn)管理維護，所搭建的網(wǎng)站可實現(xiàn)電腦、手機多終端適配，讓更多的客戶快速通過網(wǎng)站了解企業(yè)。同時，云平臺實現(xiàn)與微信公眾號深度集成，消費者通過微信公眾號即可進入農(nóng)產(chǎn)品電子商務商城，并且可以隨時查看農(nóng)產(chǎn)品種植基地的環(huán)境數(shù)據(jù)、實時視頻等，有助于增強消費者對農(nóng)產(chǎn)品的體驗及對企業(yè)的信任，促進農(nóng)產(chǎn)品的銷售。

3 智慧農(nóng)產(chǎn)品平臺總體框架設計

3.1 技術特色

3.1.1 智能終端設備與標準化生產(chǎn)管理深度整合

智能終端設備成功的核心在于基于物聯(lián)網(wǎng)的精準、完備的數(shù)據(jù)采集，而所有數(shù)據(jù)采集的關鍵環(huán)節(jié)包括土壤pH值、光照、風向、降雨等，所有數(shù)據(jù)信息都貫穿于標準化生產(chǎn)管理之中?？梢愿鶕?jù)時間或者現(xiàn)場條件驅動預設任務，一系列相關任務最后形成標準化生產(chǎn)流程，讓管理人員通過手機就能夠實時地了解到目前產(chǎn)品的生長情況及接下來應該去完成的事情，從而實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。通過智能分析系統(tǒng)將智能傳感器設備收集的歷史數(shù)據(jù)、標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)所指導的任務情況和農(nóng)產(chǎn)品物流運輸銷售信息進一步處理、整合、挖掘，最終反饋到生產(chǎn)環(huán)節(jié)指導現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，進一步提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.1.2 讓計算資源像水資源一樣為用戶提供服務

利用云計算技術，此云平臺統(tǒng)一采用軟件即服務模式（SaaS）運營，數(shù)據(jù)集中到公有云數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理，信息建立私有云數(shù)據(jù)中心為農(nóng)業(yè)云平臺提供后臺數(shù)據(jù)服務，通過虛擬化技術，為海量數(shù)據(jù)的多路存儲與并發(fā)查詢提供基礎設施服務；不但可以大幅度減少前期硬件投入，更能有效降低后期系統(tǒng)運維難度、能源消耗與人力成本。用戶生產(chǎn)現(xiàn)場無需部署任何電腦設備；同時，結合按需付費的模式，讓農(nóng)業(yè)工作者利用本平臺如同使用水電一樣方便。

3.2 總體設計

智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)是基于ESB架構，通過對各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動定制開發(fā)的智能終端、傳感器監(jiān)控生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的現(xiàn)場環(huán)境和農(nóng)作物相關指標信息，通過物聯(lián)網(wǎng)技術和移動互聯(lián)網(wǎng)技術接入智慧農(nóng)業(yè)云平臺?；贓SB架構，融合先進的標準化流程任務管理技術，為用戶打造集食品安全追溯、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控、生產(chǎn)過程管理、移動遠程查詢于一體的云服務平臺。平臺將供應鏈各個環(huán)節(jié)的異構信息數(shù)據(jù)與身份信息完美對應，涉及跨組織、跨平臺、跨網(wǎng)絡的異構系統(tǒng)融合；用傳統(tǒng)的大軟件思路開發(fā)一個面面俱到的應用根本不可能實現(xiàn)。不僅開發(fā)風險過高，而且用戶難于使用。綜合考慮，信息建議采用“獨立服務組件”模式研發(fā)后臺系統(tǒng)，采用“移動互聯(lián)網(wǎng)”技術研發(fā)終端軟件，并使用“企業(yè)服務總線（ESB）”技術進行數(shù)據(jù)整合，根據(jù)不同的使用場景，為不同人群提供跨個人電腦、平板電腦、智能手機、可穿戴設備“四屏合一”的使用體驗。

4 智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)

由智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)社交網(wǎng)絡系統(tǒng)共同構成了智慧農(nóng)業(yè)云平臺的4個子系統(tǒng)。在該云平臺科學化的管理指導下，能夠及時地發(fā)現(xiàn)所存在的問題，農(nóng)戶在遇到問題的時候還可以通過建立的農(nóng)業(yè)社交網(wǎng)絡系統(tǒng)和標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的平臺獲取幫助。以下對智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)進行介紹。

4.1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

針對性地打造一批智能的終端設備，將其應用于實時監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各類屬性指標（包括氣象信息、土質信息、水質信息等）。并且使用高清圖像監(jiān)控設備（如攝像機、照相機等）對園區(qū)內(nèi)的自動化工作（降溫、加濕、施肥等）及智能終端設備工作狀態(tài)進行遠程觀察。通過架設物聯(lián)網(wǎng)，將園內(nèi)所有智能終端設備與高清圖像監(jiān)控設備連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳至計算數(shù)據(jù)中心，便于對農(nóng)業(yè)大棚信息實時性檢測和標準化生產(chǎn)監(jiān)控。實現(xiàn)對園內(nèi)農(nóng)作物的生長狀況，病蟲害狀況、澆灌狀況、土壤狀況、水質狀況、空氣狀況等的精準監(jiān)測，以農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)標準為指標設置預警，最終建立一套完整的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全程的實時檢測與預警機制。圖1所示為平臺流程圖，圖2所示為監(jiān)控環(huán)境因素圖。

4.1.1 實時檢測

在園區(qū)內(nèi)設立氣象檢測器，根據(jù)需要用于檢測各類氣象信息（風速、風向、光照、溫度、降水量、濕度）。該氣象檢測器配備太陽能電板，在能源方面基本實現(xiàn)自給自足，環(huán)保節(jié)約。并且，該氣象檢測器接入物聯(lián)網(wǎng)，可以將所檢測的數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關上傳到云數(shù)據(jù)中心，全程智能化處理，降低了對園區(qū)內(nèi)勞動力的占用，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的標準化管理。

4.1.2 視頻圖像處理

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)安裝智能相機、智能攝像頭、RFID等圖像采集設備和其他相關設備，實現(xiàn)對生產(chǎn)園內(nèi)區(qū)域的視頻圖像360°無死角，實時采集。采集的范圍為現(xiàn)場視頻、高清照片等。并通過智能網(wǎng)關，利用無線傳輸網(wǎng)絡，通過調(diào)制解調(diào)等手段，將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆茢?shù)據(jù)中心。云端服務對所接收的視頻圖像數(shù)據(jù)進行計算處理，自動識別出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)的危險隱患，以及時預警。

4.1.3 自動化控制

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)的智能監(jiān)控設備通過智能網(wǎng)關連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)（如灌溉記錄、流量、氣壓等）實時上傳云數(shù)據(jù)中心。云數(shù)據(jù)中心根據(jù)園內(nèi)農(nóng)作物的生長階段與農(nóng)作物品種的不同，自主地設計并調(diào)節(jié)園內(nèi)各個區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控設備的參數(shù)，無須人為操作，完全實現(xiàn)自動化操作。節(jié)約了勞動力，也避免了因人為操作的隨意性所造成的損失。

4.1.4 遠程管理

緊隨時代發(fā)展的潮流，與現(xiàn)階段前沿技術（物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等）相結合，實現(xiàn)通過pc電腦、智能手機即可對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)的所有監(jiān)控設備進行遠程的管理（包括遠程查看、遠程修改），極大地增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園管理的便利性與靈活性。

4.2 農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)

全程溯源系統(tǒng)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)安裝一批智能終端，實時監(jiān)控農(nóng)作物的生長信息，以及采集記錄與其相關的重要環(huán)境信息，包括光照、氣溫、濕度等。系統(tǒng)還自動地記錄了在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中的每一次施肥除草的數(shù)據(jù)，以及農(nóng)作物各個生產(chǎn)階段的圖片，并為每一個農(nóng)作物形成其獨有的溯源檔案。最終，消費者可以通過智能手機掃描產(chǎn)品包裝上的條形碼或者二維碼的形式，查詢每一批農(nóng)作物獨立的安全質量檔案，實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的完整業(yè)務鏈的全程監(jiān)控和全程溯源。

基于農(nóng)業(yè)云平臺客觀全面的農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)記錄的海量種植生長數(shù)據(jù)，結合質檢和食品安全的相關政策要求，建立能夠通過個人電腦、平板電腦、智能手機等一系列移動終端訪問的農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)，為每一個產(chǎn)品量身定制客觀、準確、全面的質量安全檔案。

5 結語

智慧農(nóng)業(yè)云平臺將現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)技術與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術相結合，可以根據(jù)一線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的需求，結合農(nóng)作物的生長周期、生長環(huán)境、品種等數(shù)據(jù)的變化，自動提供個性化的、精準的遠程技術支持；也可以對規(guī)?；霓r(nóng)產(chǎn)品企業(yè)提供智能化、自動化的管理服務，降低勞動力成本；還可以對農(nóng)作物的生長過程、環(huán)境進行溯源?？偠灾?，智慧農(nóng)業(yè)云平臺試圖在農(nóng)村與城市之間架起一座橋梁，力求搭建一個服務全國的農(nóng)業(yè)智能化信息服務平臺，這是一次大膽的嘗試。

參 考 文 獻

[1]林偉偉，吳文泰.面向云計算環(huán)境的能耗測量和管理方法[J].軟件學報，2016，27（4）：1026-1041.

[2]徐楊，王曉峰，何清漪.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多智能體決策信息支持技術[J].軟件學報，2014（10）：2325-2345.

[3]陳海明，崔莉.面向服務的物聯(lián)網(wǎng)軟件體系結構設計與模型檢測[J].計算機學報，2016，39（5）：853-871.

[4]趙波，戴忠華，向騻，等.一種云平臺可信性分析模型建立方法[J].軟件學報，2016，27（6）：1349-1365.

[5]郭鵬，李鈞，張海燕.基于云平臺的智能遠程種植系統(tǒng)[J].上海大學學報：自然科學版，2017，23（2）：244-251.

[6]魏蕾，徐浩，劉明五.農(nóng)業(yè)科技園區(qū)推動地標農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化研究[J].上海交通大學學報：農(nóng)業(yè)科學版，2017，35（1）：66-71.

[責任編輯：鐘聲賢]