基于云計算的智慧農(nóng)機服務平臺技術研發(fā)與應用構建

陳海鋒，章霞東，黎向新，龐承妮，農(nóng)宏亮，莫建霖

（廣西農(nóng)業(yè)機械研究院有限公司，廣西南寧 530007）

0 引言

現(xiàn)代信息技術與農(nóng)業(yè)的深度融合，促使農(nóng)業(yè)進入機械化、數(shù)字化新時代，引發(fā)農(nóng)業(yè)第三次綠色革命即“農(nóng)業(yè)數(shù)字革命”，生產(chǎn)方式正由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代、智慧農(nóng)業(yè)變革，現(xiàn)代農(nóng)機作業(yè)及服務也迎來更大的機遇與挑戰(zhàn)。通過發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化信息事業(yè)，利用現(xiàn)代化的信息技術，建立健全綜合性農(nóng)機服務平臺的服務管理功能和決策支持體系，對于加強農(nóng)機信息化宏觀調(diào)控和微觀指導，進一步促進農(nóng)業(yè)機械化、信息化的發(fā)展，具有十分重要的意義。將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、衛(wèi)星導航、大數(shù)據(jù)、云計算、AI等現(xiàn)代信息技術引入到綜合性農(nóng)機服務平臺中，為農(nóng)業(yè)機械化和信息化工作提供新的手段和方法，提高了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，促進了農(nóng)機化與信息化的融合，將會給政府提供更加有效的監(jiān)管手段，協(xié)調(diào)農(nóng)機組織的任務分配，更好地服務“三農(nóng)”，促進全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和信息化的快速發(fā)展。在此背景下，打造和發(fā)展新型農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化和信息化服務企業(yè)成為農(nóng)機行業(yè)發(fā)展的新趨勢。

1 相關技術綜述

1）云計算技術。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算技術，它允許用戶通過網(wǎng)絡訪問共享的計算資源，而無需擁有本地計算設備。云計算技術包括虛擬化技術、自動化和管理技術：、存儲技術、網(wǎng)絡技術、安全技術等。云計算技術是一種高效、安全、可靠的計算技術，為用戶提供了一種訪問和使用共享計算資源的方法，并且對于企業(yè)和個人來說，可以降低計算成本，提高生產(chǎn)效率。

2）大數(shù)據(jù)分析技術。大數(shù)據(jù)分析是利用大量數(shù)據(jù)進行模型建立、模擬和預測的技術。農(nóng)業(yè)領域也在廣泛使用大數(shù)據(jù)分析技術，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和效益。

農(nóng)機作業(yè)監(jiān)控是典型的大數(shù)據(jù)分析技術的應用。農(nóng)機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)通過收集農(nóng)機的作業(yè)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術對農(nóng)機作業(yè)進行監(jiān)控和評估。該系統(tǒng)可以通過對農(nóng)機的使用情況、燃油消耗量等數(shù)據(jù)進行分析，評估農(nóng)機的使用效率和效益。此外，大數(shù)據(jù)分析技術還可以用于農(nóng)田土壤和氣候數(shù)據(jù)分析，幫助農(nóng)民優(yōu)化種植方案和農(nóng)藥使用策略，提高農(nóng)田資源的利用效率。

2 農(nóng)機實時數(shù)據(jù)采集技術研發(fā)

1）農(nóng)機傳感器技術。通過在農(nóng)業(yè)機械上安裝各種傳感器來獲取有關農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息，從而支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的管理[1]。農(nóng)機實時工作數(shù)據(jù)主要分為三類：發(fā)動機工作參數(shù)，車輛作業(yè)部件工況數(shù)據(jù)和車輛GPS位置數(shù)據(jù)。其中基于CAN總線采集的發(fā)動機工作參數(shù)主要有發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、燃油剩余等[2]；基于PLC采集的車輛工作部件工況數(shù)據(jù)主要有風機壓力、切斷壓力行走壓力、刀盤壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、切段轉(zhuǎn)速、風機轉(zhuǎn)速、刀盤高度、液壓油溫、行走速度等；基于Modbus實現(xiàn)對農(nóng)機的實時定位數(shù)據(jù)的采集。農(nóng)機傳感器技術通過提供實時的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，幫助農(nóng)民更好地管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

2）農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)實時通信與傳輸系統(tǒng)開發(fā)數(shù)據(jù)上傳技術。整合各類傳感器的原始輸出信號，基于開放協(xié)議（Modbus，RS485，RS232等）設計易于擴展的數(shù)據(jù)讀取轉(zhuǎn)換模塊，利用單片機讀取各傳感器數(shù)據(jù)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)模塊搭建適應野外站點布設的集成系統(tǒng)，實現(xiàn)高時頻野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)傳輸[3-4]（圖1）。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)實時通信系統(tǒng)架構圖

3 農(nóng)機智慧服務平臺應用構建

農(nóng)機智慧服務平臺信息系統(tǒng)在整個設計上以服務農(nóng)戶為核心，以業(yè)務流程和提高生產(chǎn)效率為導向，以數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析為技術支撐，采用滿足高并分需求的微服務架構搭建，積木式的模塊化設計。總體技術架構如圖2所示。

圖2 總體技術架構

采用nginx負載均衡器放置在云服務平臺上，接收用戶請求，并將請求轉(zhuǎn)發(fā)到Web服務器，Web服務器與應用服務器協(xié)同工作[5]，處理用戶請求并返回響應，應用服務器連接到mysql數(shù)據(jù)庫集群服務器，從中獲取數(shù)據(jù)并執(zhí)行業(yè)務邏輯，緩存服務器Redis可以在應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器之間進行部署[6]，提高性能，監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控整個系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，安全防護系統(tǒng)可以在系統(tǒng)前端進行部署保護系統(tǒng)安全。圖3是系統(tǒng)總體網(wǎng)絡設計架構圖。

圖3 系統(tǒng)總體網(wǎng)絡設計架構圖

農(nóng)機服務智慧平臺總體上分為：統(tǒng)一門戶網(wǎng)站及七大功能平臺（農(nóng)村金融服務平臺、電商平臺、農(nóng)業(yè)服務平臺、補貼服務及監(jiān)管服務平臺、合約中心、調(diào)度與作業(yè)監(jiān)控平臺和清結(jié)算服務平臺）。統(tǒng)一門戶具有單點登錄、門戶網(wǎng)站等功能。構建統(tǒng)一可信驗證組件，支持安全接入、身份認證、加密存儲、加密傳輸?shù)劝踩眨С謫吸c登錄功能；支持通過統(tǒng)一身份認證服務實現(xiàn)用戶在不同子系統(tǒng)中所使用的用戶ID、口令等一些信息進行集中存儲和管理。用戶只需在統(tǒng)一可信驗證系統(tǒng)認證通過，無需再次經(jīng)過重復的身份認證即可訪問相關業(yè)務子系統(tǒng)，實現(xiàn)單點登錄。實時發(fā)布農(nóng)機、農(nóng)資、種苗等農(nóng)機社會化服務相關信息，為各類用戶提供信息支持和公共服務，通過智能AI模塊轉(zhuǎn)發(fā)補貼政策的信息、轉(zhuǎn)發(fā)國家和自治區(qū)產(chǎn)業(yè)政策動態(tài)、各類金融政策的信息。

七大功能平臺包括農(nóng)村金融服務平臺、農(nóng)業(yè)服務平臺、補貼服務及監(jiān)管服務平臺、合約中心、調(diào)度與作業(yè)監(jiān)控平臺和清結(jié)算服務平臺等（表1）。

表1 農(nóng)機智慧服務平臺

大數(shù)據(jù)展示及分析。具有顯示軌跡及監(jiān)控到的數(shù)據(jù)、作業(yè)監(jiān)控、農(nóng)機監(jiān)管、農(nóng)機狀態(tài)及故障檢測、品種及批次分布、種植作業(yè)、作物長勢、土壤養(yǎng)分、種植適宜性與風險分析、自動預警、多源影像資源加載、地塊資源加載、地塊加載、全景影像加載、其他公共信息加載、圖層控制、電子地圖操作、專題地圖可視化、環(huán)比及同比等19項功能，平臺效果如圖4所示。

圖4 農(nóng)機分布熱圖

農(nóng)機智慧服務平臺以南寧市武鳴區(qū)、崇左、梧州為試點運行，實現(xiàn)了農(nóng)機實時分布管理、農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量分析、作業(yè)類型分類統(tǒng)計，可通過系統(tǒng)平臺來查看各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可對作業(yè)補貼準確發(fā)放，并可實時地掌握轄區(qū)各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進度。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息互聯(lián)共享，增強了農(nóng)機作業(yè)精準度，提高農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量與效率。后續(xù)繼續(xù)推進開展農(nóng)機銷售、租賃、維保、作業(yè)服務、機手培訓、農(nóng)機金融服務及農(nóng)機保險等業(yè)務可獲得相應的收益，平臺全面推廣后將輻射至全區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地（圖5）。

圖5 移動APP界面

4 結(jié)論與展望

農(nóng)機智慧服務平臺具有廣闊的發(fā)展前景。預計未來幾年，農(nóng)機智慧服務平臺將繼續(xù)發(fā)展壯大，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用。隨著農(nóng)機技術的不斷提高和普及，農(nóng)機的智能化程度將得到提高。農(nóng)機智慧服務平臺將實現(xiàn)對農(nóng)機的智能監(jiān)控、診斷和預測，提高農(nóng)機的使用效率和效益。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展也為農(nóng)機智慧服務平臺的發(fā)展提供了更多的機會。通過云計算和大數(shù)據(jù)分析技術，農(nóng)機智慧服務平臺將實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模收集、存儲和分析，幫助農(nóng)民更好地決策和管理。

人工智能技術的發(fā)展也將對農(nóng)機智慧服務平臺產(chǎn)生重要影響。人工智能技術將幫助農(nóng)機智慧服務平臺更好地識別和預測農(nóng)業(yè)問題，為農(nóng)民提供更為專業(yè)和科學的服務。它不僅可以幫助農(nóng)民提高農(nóng)機的使用效率和效益，而且還可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來多項好處。農(nóng)機智慧服務平臺具有重要的現(xiàn)實意義和價值，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要工具。它不僅可以幫助農(nóng)民提高農(nóng)機的使用效率和效益，而且還可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來多項好處，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和效益。