鹽城市設(shè)施果蔬智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實踐

唐義軍++王軍++倉晶晶++施建軍

摘要 系統(tǒng)介紹了設(shè)施果蔬智能監(jiān)控平臺的研發(fā)和建設(shè)過程。首先，介紹了項目建設(shè)總體架構(gòu)和監(jiān)控點建設(shè)方案。其次，介紹了項目實施成效，重點闡述了智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)內(nèi)容和1個監(jiān)控指揮中心、4個監(jiān)控點的建設(shè)成果。最后，對項目的實施效益和經(jīng)驗做法進行了概括。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；設(shè)施果蔬；監(jiān)控系統(tǒng)；江蘇鹽城

中圖分類號 TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）24-0175-02

Construction Practice of Intelligent Monitoring System for Fruits and Vegetables in Yancheng City

TANG Yi-jun 1 WANG Jun 1 CANG Jing-jing 1 SHI Jian-jun 2

（1 Yancheng Agricultural Information Center in Jiangsu Province，Yancheng Jiangsu 224002； 2 Yancheng Siyuan Network Technology Co.，Ltd.）

Abstract This paper introduced the research and construction of intelligent monitoring platform for fruit and vegetable.First of all，introduced the overall construction of the project construction and monitoring points of the program.Secondly，introduced the project implementation results，focused on the research and development content of the intelligent monitoring system，as well as the construction results of the one monitoring command center and four monitoring points.Finally，the implementation benefits and experiences of the project were summarized.

Key words agricultural internet of things；facility fruit and vegetable；monitoring system；Yancheng Jiangsu

農(nóng)業(yè)信息化不僅是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，而且是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的有效途徑。設(shè)施農(nóng)業(yè)是鹽城市的優(yōu)勢主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主攻方向。根據(jù)《鹽城市“十三五”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，鹽城市將建設(shè)江蘇省最大的高效設(shè)施農(nóng)業(yè)基地。研發(fā)設(shè)施果蔬生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)，建成智能監(jiān)控技術(shù)示范點，有利于以點帶面，示范帶動大面積設(shè)施農(nóng)業(yè)應(yīng)用信息化、智能化、精準(zhǔn)化的生產(chǎn)管理技術(shù)，加快推進鹽城高效設(shè)施農(nóng)業(yè)第一市的建設(shè)[1]。2015年4月至2016年10月，鹽城市農(nóng)業(yè)信息中心承擔(dān)并實施了江蘇省農(nóng)業(yè)“三新”工程項目《設(shè)施果蔬智能監(jiān)控技術(shù)集成與示范應(yīng)用》，研發(fā)了設(shè)施果蔬智能監(jiān)控軟件，建成了1個市級監(jiān)控指揮中心和4個監(jiān)測點，搭建了鹽城市設(shè)施果蔬智能監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了對4個設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)21 hm2棚室果蔬生產(chǎn)管理的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。

1 項目實施方案

1.1 項目總體架構(gòu)

設(shè)施果蔬智能監(jiān)控系統(tǒng)由1個監(jiān)控指揮中心和4個監(jiān)控點組成，二者通過網(wǎng)絡(luò)相連。系統(tǒng)監(jiān)控點內(nèi)部合理布局無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、控制節(jié)點和網(wǎng)關(guān)，組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。同時，部署高清攝像系統(tǒng)進行視頻監(jiān)控，園區(qū)通過B/S模式，通過電腦瀏覽器對監(jiān)控采集數(shù)據(jù)進行實時查詢和實時操作控制設(shè)備，也可通過手機登錄實時操作[2]。

1.2 監(jiān)控點建設(shè)方案

1.2.1 棚室環(huán)境參數(shù)監(jiān)控設(shè)備研發(fā)與部署。研發(fā)基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器節(jié)點，集成棚室環(huán)境參數(shù)采集器，并在果蔬菜種植棚室內(nèi)安裝、部署采集器，實時采集棚室內(nèi)溫度濕度、土壤溫濕度和二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，并通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)實時傳送到服務(wù)器，實現(xiàn)對棚室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的實時采集與監(jiān)測。

1.2.2 果蔬作物生長狀況監(jiān)測設(shè)備部署。每個監(jiān)控點均在果蔬種植棚室內(nèi)安裝、部署高清攝像頭，攝像頭采集的實時圖像由網(wǎng)關(guān)傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，對棚室內(nèi)果蔬作物生長狀況進行實時監(jiān)測[3]。

1.2.3 預(yù)警調(diào)控參數(shù)研究與設(shè)置。根據(jù)不同瓜果蔬菜作物品種及不同生育階段，通過專家模型設(shè)置環(huán)境控制的合理閾值，并將采集器采集的實時數(shù)據(jù)與之進行對比，依據(jù)對比發(fā)出預(yù)警和設(shè)備控制信號。

1.2.4 棚室環(huán)境遠(yuǎn)程調(diào)控研發(fā)與部署。研發(fā)、設(shè)計受網(wǎng)絡(luò)控制命令控制和脫離網(wǎng)絡(luò)能自控的閉環(huán)控制器，通過WIFI網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程自動控制風(fēng)機、噴滴灌、濕簾等環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。

2 項目實施成效

2.1 研發(fā)了智能監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)硬件。設(shè)計、研發(fā)了數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制節(jié)點，節(jié)點由微控制器、無線射頻模塊和擴展接口組成，其中環(huán)境數(shù)據(jù)采集節(jié)點可外接光照、空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳等各類低功耗高精度傳感器，控制節(jié)點通過PLC控制棚室內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)開啟與關(guān)閉[1-2]。

2.1.2 系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)采集節(jié)點用單片機自主編程設(shè)計，采用操作系統(tǒng)TinyOS，運行自主開發(fā)的協(xié)議棧，可實現(xiàn)持久穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)關(guān)能管理和協(xié)調(diào)整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，且能實現(xiàn)采集端與服務(wù)器的TCP/IP通信，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)通過外部網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器的指令和數(shù)據(jù)的快速可靠交換[1-2]。

2.1.3 設(shè)備控制系統(tǒng)。棚室內(nèi)設(shè)置了電氣控制柜，具有手動與自動切換功能，可滿足多種控制操作要求。服務(wù)器接收棚室數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)回的各種環(huán)境參數(shù)信息，經(jīng)專家系統(tǒng)決策并發(fā)送控制指令，指令由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)至控制節(jié)點，控制節(jié)點通過控制風(fēng)機、噴滴灌、濕簾等設(shè)備，實現(xiàn)棚室環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)[1-2]。

2.1.4 信息管理系統(tǒng)。信息管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器應(yīng)用軟件和Web系統(tǒng)三部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)多表聯(lián)合查詢和數(shù)據(jù)邏輯分析，為前臺應(yīng)用提供數(shù)據(jù)操作接口，實現(xiàn)設(shè)施大棚數(shù)據(jù)信息的可靠存儲和便捷管理查詢。服務(wù)器應(yīng)用軟件由用戶管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、實時信息顯示模塊、報警模塊和控制模塊五大模塊組成。Web系統(tǒng)可實現(xiàn)棚室數(shù)據(jù)的實時采集和顯示設(shè)施果蔬作物生長狀況的實時場景視頻的獲取，且支持Firefox 、IE、Chrome以及主流智能手機平臺的訪問[1-2]。

2.2 建成了4個設(shè)施農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控點

在亭湖區(qū)鹽紅羊角椒專業(yè)合作社、亭湖區(qū)八戒生態(tài)果蔬專業(yè)合作社、亭湖區(qū)南洋鎮(zhèn)洋灣農(nóng)業(yè)園區(qū)、鹽都區(qū)羅煒果蔬專業(yè)合作社等地建成了4個設(shè)施果蔬智能監(jiān)控示范點，4個智能監(jiān)控示范點都安裝了安裝環(huán)境數(shù)據(jù)采集、視頻圖像采集、環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備控制、數(shù)據(jù)高清顯示等設(shè)備，并鋪設(shè)了移動高速光纖線路，可實時收集與存貯作物生長發(fā)育的視頻和圖像以及空氣和土壤的溫濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)；并具有短信預(yù)警功能，避免環(huán)境參數(shù)超過設(shè)定閾值；此外，可以實現(xiàn)棚室滴灌、風(fēng)機等設(shè)備的自動控制。

2.3 建成了1個市級監(jiān)控與指揮中心

地點位于鹽城市農(nóng)委大樓主機房和視頻會議室，主機房安裝了大容量服務(wù)器，視頻會議室安裝2臺60寸創(chuàng)維電視機，用于棚室環(huán)境和果蔬視頻圖像等數(shù)據(jù)的分頻顯示。中心主要功能有3項：一是監(jiān)測控制功能。遠(yuǎn)程監(jiān)測4個監(jiān)控點的視頻圖像和棚室環(huán)境數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。二是診斷決策功能。果蔬栽培技術(shù)專家對各監(jiān)控點采集、處理的實時圖像和數(shù)據(jù)，進行會商診斷[1-2]，得出當(dāng)前基地設(shè)施果蔬生產(chǎn)管理意見。三是指揮調(diào)度功能。根據(jù)專家的決策，農(nóng)業(yè)部門及時發(fā)布設(shè)施果蔬生產(chǎn)管理意見，引導(dǎo)基地調(diào)整生產(chǎn)技術(shù)措施。

3 項目建設(shè)效益

3.1 經(jīng)濟效益

由于建成了智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，促進了蔬菜、瓜果作物的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化生產(chǎn)，減少了人工、水肥等投入成本，提升了品質(zhì)、產(chǎn)量和效益。據(jù)4個監(jiān)控點使用效益調(diào)查，一般設(shè)施果蔬可增收1.95萬元/hm2以上。

3.2 社會效益

系統(tǒng)建成后，監(jiān)控與指揮中心服務(wù)指導(dǎo)覆蓋4個設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)、21 hm2的果蔬棚室。一方面技術(shù)推廣部門可實時監(jiān)控各園區(qū)設(shè)施果蔬生產(chǎn)動態(tài)，另一方面可在線服務(wù)指導(dǎo)基地農(nóng)戶，提升農(nóng)戶生產(chǎn)管理水平。同時，輻射帶動4個設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)周邊更多的企業(yè)和農(nóng)戶自覺應(yīng)用智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)增收。

3.3 生態(tài)效益

通過系統(tǒng)的建設(shè)與運營，實現(xiàn)了智能化栽培和精準(zhǔn)化管理，有效減少了農(nóng)藥、化肥和生化制劑的使用量，保護了生態(tài)環(huán)境，促進了設(shè)施果蔬產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

4 主要經(jīng)驗做法

4.1 強化組織領(lǐng)導(dǎo)

為確保項目建設(shè)工作順利進行，成立了項目工作領(lǐng)導(dǎo)小組和技術(shù)攻關(guān)小組。采用項目組人員指點實施、掛點調(diào)研、蹲點服務(wù)的方式，先后組織126人次深入示范基地，通過面對面指導(dǎo)、手把手輔導(dǎo)幫助解決技術(shù)難題，推進項目有序?qū)嵤?/p>

4.2 強化規(guī)范運作

項目實施過程中，加強全過程督查控制，嚴(yán)防違規(guī)違紀(jì)現(xiàn)象發(fā)生。電腦、服務(wù)器、傳感器、高清攝像機等硬件設(shè)備購置，全部通過政府采購，確保設(shè)備質(zhì)優(yōu)價廉。在儀器設(shè)備發(fā)放上，制作了發(fā)放清單，設(shè)備接受單位和責(zé)任人要簽字蓋章，做到去向明確、手續(xù)規(guī)范、責(zé)任到人。

4.3 強化協(xié)作推進

多次召集協(xié)作單位召開項目推進會議，按照合同要求，實行掛圖作戰(zhàn)，明確時間節(jié)點，明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確職責(zé)分工，保證項目建設(shè)速度和質(zhì)量。邀請鹽城市蔬菜所、鹽城農(nóng)科院蔬菜室等單位的果蔬生產(chǎn)專家深入基地調(diào)查研究，建立了設(shè)施果蔬監(jiān)測與控制參數(shù)模型，為系統(tǒng)平臺研發(fā)打好基礎(chǔ)[4]。

4.4 強化宣傳報道

先后在《鹽阜大眾報》、江蘇農(nóng)業(yè)網(wǎng)、鹽城農(nóng)網(wǎng)等媒體平臺刊發(fā)20多篇文章，宣傳報道了項目示范基地利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升設(shè)施果蔬生產(chǎn)的典型事例，營造了良好的輿論氛圍，擴大了項目實施效應(yīng)。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 王軍，唐義軍.鹽城市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實踐[J].中國園藝文摘，2014（6）：212-213.

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[3] 趙霞，吳建強，杜永林，等.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2011（6）：5-8.

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