基于云計(jì)算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺

翟凌宇 孫凱旋

摘 ?要： 我國是農(nóng)業(yè)大國，而非農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗(yàn)施肥灌溉，不僅浪費(fèi)大量的人力物力，也對環(huán)境保護(hù)與水土保持構(gòu)成嚴(yán)重威脅，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目針對上述問題提出了結(jié)合農(nóng)業(yè)專家智能系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)三大系統(tǒng)，系統(tǒng)利用云平臺技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、移動通信技術(shù)，運(yùn)用云計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息數(shù)字化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、農(nóng)業(yè)管理智能化的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);移動互聯(lián)網(wǎng);云計(jì)算;農(nóng)業(yè)信息化;農(nóng)業(yè)自動化

中圖分類號： TP3 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.056

本文著錄格式：翟凌宇，孫凱旋. 基于云計(jì)算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺[J]. 軟件，2020，41（01）：258262

【Abstract】： China is a big agricultural country， instead of a strong agricultural country. Agricultural production in China is still dominated by traditional production mode， in traditional farming， fertilizing and irrigating relies on experience only， which wastes lots of manpower and material resources， and poses serious threat to environmental protection and soil and water conservation， and poses serious challenge to sustainable development of agriculture. Aiming at above problems， the project puts forward three systems： agricultural expert intelligence system， agricultural production Internet of things control system and agricultural product safety traceability system， which aim to realize intelligent agricultural Internet of Things cloud platform with agricultural information digitalization， agricultural production automation and agricultural management intellectualization based on cloud platform technology， Internet of things technology， audio and video technology， 3S technology and mobile communication technology， and uses cloud computing method.

【Key words】： Internet of Things; Mobile Internet; Cloud computing; Agricultural informatization; Agricultural automation

0 ?引言

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點(diǎn)（環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策[1-2]。

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案根據(jù)作物生長的土壤性狀，調(diào)節(jié)對作物的投入，即一方面查清田塊內(nèi)部

的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異，另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”，調(diào)動土壤生產(chǎn)力，以最少的或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[3-4]。

1 ?系統(tǒng)架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)準(zhǔn)確掌握大田作物生育進(jìn)程和“四情”動態(tài)，對大田作物苗情、墑情、病蟲情、災(zāi)情以及大田作物各生育

階段的長勢長相進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和趨勢分析[5-7]，對大田作物生產(chǎn)、田間管理和抗災(zāi)救災(zāi)進(jìn)行快捷高效的調(diào)度指揮，提高精細(xì)生產(chǎn)和田間管理的能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題，制定大田作物管理技術(shù)對策，提出大田管理意見或建議，更好地開展技術(shù)指導(dǎo)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收[8-9]。下圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2 ?基礎(chǔ)架構(gòu)

2.1 ?氣象環(huán)境信息檢測系統(tǒng)

氣象環(huán)境信息可以通過小型氣象站來檢測，小型氣象站是一套完整的氣象監(jiān)測系統(tǒng)，特別適用于小氣候環(huán)境監(jiān)測，通過搭配不同類型的智能型傳感器，可以實(shí)時(shí)采集戶外的空氣溫濕度、光照、風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境參數(shù)[10]。

環(huán)境信息可以實(shí)時(shí)直觀展現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)平臺，方便管理人員通過列表、圖表的方式查看詳細(xì)環(huán)境信息，也可以通過戶外LED屏，集中顯示各個(gè)環(huán)境參數(shù)、同時(shí)還可以添加介紹、氣象信息等[11]。下圖2為氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，圖3為氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖界面，圖4為氣象站歷史數(shù)據(jù)分析界面。

2.2 ?土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集土壤環(huán)境信息，包括：土壤水分、土壤溫度等環(huán)境信息，上傳至土壤墑情采集器并控制相關(guān)設(shè)備[12]。墑情信息可以實(shí)時(shí)直觀展現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)平臺，方便管理人員通過列表、圖表的方式查看詳細(xì)墑情信息，也可以定時(shí)將采集到的各種數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到其他監(jiān)測平臺或者管理人員的手機(jī)上，隨時(shí)隨地都能了解土壤墑情。

遠(yuǎn)程智能灌溉系統(tǒng)分為手動控制和自動控制，手動控制功能和自動控制功能能夠任意切換，當(dāng)選擇手動控制功能時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺控制電腦或者手機(jī)APP就能遠(yuǎn)程手動控制澆灌系統(tǒng)開和關(guān);當(dāng)選擇自動控制功能時(shí)，可通過在物聯(lián)網(wǎng)平臺控制電腦，

設(shè)置開啟和關(guān)閉澆灌系統(tǒng)閥值，當(dāng)土壤水分低于下限值時(shí)，就能延時(shí)自動開啟澆灌系統(tǒng)[13]。當(dāng)土壤水分高于上限值時(shí)，也能延時(shí)自動關(guān)閉交管系統(tǒng)。下圖5為土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制系統(tǒng)圖。

2.3 ?可視化監(jiān)控系統(tǒng)

作為數(shù)據(jù)信息的有效補(bǔ)充，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻信號傳輸技術(shù)，對植物狀況和健康狀況進(jìn)行全天候視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)采用B/S服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用處理功能分布在網(wǎng)絡(luò)上，云平臺服務(wù)端提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理能力，客戶端提供用戶服務(wù)。由網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器、高分辨率攝像頭組成，網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器主要用以提供視頻信號的轉(zhuǎn)換和傳輸，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)。在已有Internet上，只要能夠上網(wǎng)就可以根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程的圖像訪問、實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、在線、便捷的監(jiān)測方式?？梢詫?shí)時(shí)查看園區(qū)內(nèi)安全狀況和農(nóng)作物長勢。

3 ?物聯(lián)網(wǎng)平臺

通過安裝在農(nóng)業(yè)基地的各種傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的空氣溫度、濕度、光照、土壤水分、土壤溫度、風(fēng)速、實(shí)時(shí)視頻等數(shù)據(jù);并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給農(nóng)業(yè)平臺，平臺可對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。

本系統(tǒng)針對目前種植環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測困難、手段落后等缺點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，以終端模塊作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層。采集溫室內(nèi)空氣溫度，空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等，利用以太網(wǎng)、GPRS、3G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)時(shí)將種植環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)揭怨芾碥浖脚_為核心的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)超標(biāo)時(shí)，監(jiān)測平臺提示警報(bào)或通過短信方式向種植戶報(bào)警，即使人身在千里之外也可以通過互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)實(shí)時(shí)查看環(huán)境狀態(tài)。用戶使用手機(jī)或電腦登錄系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)查詢監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)、歷史溫（濕）度曲線、歷史操作記錄等信息;為用戶處理當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的情況提供數(shù)據(jù)參考。如圖6所示。

4 ?結(jié)語

智慧農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用，打破農(nóng)業(yè)市場的時(shí)空地理限制，農(nóng)資采購和農(nóng)產(chǎn)品流通等數(shù)據(jù)將會得到實(shí)時(shí)監(jiān)測和傳遞，有效解決信息不對稱問題。智慧農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代生物技術(shù)、種植技術(shù)等高新技術(shù)融合于一體，對建設(shè)世界水平農(nóng)業(yè)具有重要意義。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)初步形成了政府引導(dǎo)、社會支持、市場推動和農(nóng)民投入的良性運(yùn)行機(jī)制，當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)，有豐富的資源、成熟的技術(shù)和廣闊的市場，具備了進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)，也蘊(yùn)藏著巨大的潛力。

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