信息智能管理系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應用
——以合慶火龍果科技示范園為例

■楊彬 金星 盛立

發(fā)展現(xiàn)代果業(yè)已成為我國水果產(chǎn)業(yè)必然趨勢?，F(xiàn)代果業(yè)的重要特征是果園生產(chǎn)和管理的信息化、數(shù)字化、智能化，涉及的相關(guān)參數(shù)包括空氣溫濕度、光照強度、光有效輻射、紫外線強度、降雨量、風速、風向、露點、土壤水分含量、土壤溫度、土壤微量元素含量、土壤重金屬含量等?，F(xiàn)代果園通過對這些參數(shù)進行自動監(jiān)測與記錄,對相關(guān)參數(shù)進行控制，來實現(xiàn)果園生產(chǎn)信息化智能化管理。

合慶火龍果科技示范園位于浦東新區(qū)合慶鎮(zhèn)朝陽村，以火龍果為主題，以體驗、觀光、教育為紐帶，以科技產(chǎn)業(yè)化帶動農(nóng)民增收，結(jié)合城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，將“合慶火龍果”都市農(nóng)業(yè)發(fā)展模式打造為浦東國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)的典范。合慶火龍果科技示范園已建成一套完整的信息智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成將有力推進鄉(xiāng)村主導產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)，推進農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)導向轉(zhuǎn)到提質(zhì)導向。“合慶火龍果科技示范園”的建設(shè)得到了上海市科技興農(nóng)項目的支持。

一、信息化管理平臺總體架構(gòu)及特點

合慶火龍果科技示范園的信息智能管理系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)、自動檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，可對火龍果生長環(huán)境、種植土壤、氣象環(huán)境、灌溉水質(zhì)水源等關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測。它可以自動噴灑農(nóng)藥、智能控制大棚天窗開閉。該系統(tǒng)已納入到朝陽村統(tǒng)一信息化管理平臺，形成信息化管理平臺總體架構(gòu)。

信息化管理平臺總體架構(gòu)包含以下五層內(nèi)容：

（一）終端層。利用PC端、微信端、室內(nèi)外信息屏，為火龍果基地管理者、參觀者提供便捷的信息服務介質(zhì)。

（二）用戶層。以村委、火龍果基地管理者、村民、參觀者、游客為主要服務對象。

（三）應用層。以農(nóng)業(yè)管理（農(nóng)作物監(jiān)測）、美麗鄉(xiāng)村（智慧監(jiān)控、智慧水務、村民服務）、鄉(xiāng)村旅游（科普旅游）為主要應用建設(shè)內(nèi)容。

（四）平臺層。包括基礎(chǔ)能力組件（數(shù)據(jù)分析、信息發(fā)布、信息服務、視頻分析、二維碼管理、語音導覽、生長監(jiān)測），平臺基礎(chǔ)能力組件（大數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)智能管理、村級GIS展示管理、人工智能）。

（五）資源層。主要包括基礎(chǔ)資源（攝像頭、火龍果基地農(nóng)業(yè)設(shè)備、水流監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、微氣象），平臺基礎(chǔ)能力資源（物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算及5G）。

二、系統(tǒng)特點

（一）松耦合能力。平臺基于SOA架構(gòu)，技術(shù)先進、功能完善且能靈活地動態(tài)擴展，各個組件均能支持熱部署，支持松耦合分布式部署。

（二）無縫水平擴展能力。采用Hadoop作為離線數(shù)據(jù)分析引擎支持MapReduce及Spark的分布式計算框架；采用Storm作為實時數(shù)據(jù)分析引擎，結(jié)合Kafka消息隊列，F(xiàn)lume日志收集組件實現(xiàn)一整套流式計算框架支持數(shù)據(jù)匯聚、實時計算等各種應用。這些核心組件均支持分布并行的彈性集群擴展部署。同時采用HDFD+MPP+內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的混搭式存儲架構(gòu)，實現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲并支持海量數(shù)據(jù)存儲與處理并可無縫水平擴展。平臺支持本地服務器群、私有云、公有云等多種部署環(huán)境。

（三）權(quán)限控制能力。具備統(tǒng)一的精細化權(quán)限管理能力，用于控制各類服務啟停操作、資源調(diào)度或限制、角色權(quán)限配置管理、用戶任務管理等。同時，管理界面設(shè)計人性化、易操作，所見即所得。

（四）管理監(jiān)控能力。提供完善的平臺管理方式，包括Web圖形化界面管理方式、命令行管理等，用于管理監(jiān)控各種組件或服務。

三、火龍果生長環(huán)境實時監(jiān)控、大棚智能控制系統(tǒng)

大棚智能控制系統(tǒng)包括自動噴灑農(nóng)藥系統(tǒng)和智能控制大棚天窗系統(tǒng)。

火龍果生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：火龍果基地溫室大棚內(nèi)每隔50米安裝一個高清攝像頭，可實時捕獲溫室內(nèi)部的畫面，并將畫面數(shù)據(jù)傳輸給綜合管理平臺。通過遠程訪問方式，我們可以觀看溫室內(nèi)部實時畫面，當發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物上出現(xiàn)害蟲時，工作人員可及時開啟自動噴灑農(nóng)藥系統(tǒng)，及時減少農(nóng)作物損失。在火龍果基地安裝了10個大棚天窗，根據(jù)大棚內(nèi)溫度及濕度變化，可遠程自動控制大棚天窗開關(guān)，實現(xiàn)大棚保溫。通過大棚內(nèi)實時視頻，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可以隨時看到植物生長情況，可提供農(nóng)業(yè)直觀的在線教育。

四、火龍果種植土壤監(jiān)測系統(tǒng)及氣象系統(tǒng)

（一）火龍果種植土壤的監(jiān)測系統(tǒng)

在火龍果基地大棚內(nèi)安裝兩套種植土壤監(jiān)測設(shè)備，通過傳感器將土壤的肥力和濕度傳輸?shù)叫畔⒒芾砥脚_，并將數(shù)據(jù)參與到作物的生長情況分析中，輔助管理人員干預火龍果生長環(huán)境，提高火龍果的產(chǎn)量質(zhì)量。

（二）氣象分析系統(tǒng)

作物的生長對于環(huán)境的依賴性比較強。在火龍果基地旁邊建立了一個微氣象裝置，主要對空氣中的溫度、風向、風速、氣壓、降雨量等氣象參數(shù)進行監(jiān)測，并將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⒒芾砥脚_。平臺對采集的數(shù)據(jù)進行存儲、統(tǒng)計和分析，并將所有分析結(jié)果通過各種報表、統(tǒng)計圖、曲線等方式顯示，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象基本服務。

五、火龍果產(chǎn)業(yè)基地水質(zhì)水流監(jiān)測系統(tǒng)

水質(zhì)水流監(jiān)測系統(tǒng)由浮臺、電源供電系統(tǒng)、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成。它放置于火龍果產(chǎn)業(yè)基地的水域內(nèi)，可全天候、連續(xù)、定點地觀測水質(zhì)、水流情況，并實時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)境物聯(lián)網(wǎng)云端，再傳輸?shù)叫畔⒒芾砥脚_。

六、基于大數(shù)據(jù)的分析系統(tǒng)

（一）火龍果產(chǎn)量銷量、生長數(shù)據(jù)分析

及時采集生產(chǎn)基地火龍果的產(chǎn)、銷數(shù)據(jù)，可以對火龍果產(chǎn)業(yè)的生長、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)進行詳細分析，展示產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢與劣勢。之后，將分析內(nèi)容以圖表、統(tǒng)計的形式展示到大屏，輔助管理者決策，助力產(chǎn)業(yè)擴散。

（二）火龍果基地旅游、游客分析

通過對于位置信息數(shù)據(jù)分析，計算各基站實時連接的人數(shù)，統(tǒng)計進入火龍果科技示范園各個時段的客流量，并分析客流來源。游客使用交通工具分析、客流畫像分析等，并將數(shù)據(jù)公開到大屏。

基于傳感器技術(shù)、自動檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息智能管理系統(tǒng)，已在合慶火龍果科技示范園區(qū)應用。它對種植土壤、氣象、灌溉水質(zhì)水源等火龍果生長環(huán)境進行實時監(jiān)測，同時可以自動噴灑農(nóng)藥、智能控制大棚天窗的開閉。該系統(tǒng)已納入到村統(tǒng)一信息化管理平臺。這個系統(tǒng)及管理平臺極大降低人力物力，為果園管理及村區(qū)域管理提供科學決策，將大力推進鄉(xiāng)村主導產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)，對推進農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)導向轉(zhuǎn)到提質(zhì)導向，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。□