淺談嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研發(fā)與應用

莊 潔 郭志堅 （上海市嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)信息服務中心 201822）

上海嘉定馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)自1981年至今，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，葡萄品種不斷豐富、種植技術不斷提升，現(xiàn)有葡萄種植面積約333.33 hm2，被國家農(nóng)業(yè)部命名為“中國葡萄之鄉(xiāng)”，“馬陸”牌葡萄也先后被評為“上海名牌產(chǎn)品”“上海市著名商標”“中國名牌農(nóng)產(chǎn)品”，在上海乃至全國都享有較高的知名度。但近年來，隨著馬陸葡萄種植規(guī)模不斷擴大、種植成本逐年遞增，粗放式的葡萄生產(chǎn)管理越來越不符合葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，在當前馬陸葡萄的種植過程中，大部分農(nóng)戶憑經(jīng)驗、靠感覺進行種植，缺乏標準化的種植技術，這不利于馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)向設施農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)升級轉(zhuǎn)型。

2016年中央一號文件《關于落實發(fā)展新理念，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，實現(xiàn)全面小康目標的若干意見》中提出，大力推進“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術，推動農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈改造升級；上海市在《上海市推進互聯(lián)網(wǎng)+行動實施意見》中也提出，利用物聯(lián)網(wǎng)技術提升農(nóng)業(yè)管理水平。在此背景下，上海市嘉定區(qū)農(nóng)委信息中心著手開發(fā)嘉定農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以產(chǎn)品附加值高、種植環(huán)境相對可控的馬陸葡萄作為研究對象，進行相關系統(tǒng)開發(fā)，以期通過運用精準化的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，對葡萄各物候期的生長環(huán)境指標進行量化，并結合智能化控制設施，保證葡萄生長處于最適宜的環(huán)境中，從而形成馬陸葡萄標準化種植技術體系，推動嘉定葡萄種植業(yè)向設施農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。現(xiàn)將該系統(tǒng)的開發(fā)及應用情況介紹如下。

1 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架設計

嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基于SOA（面向服務架構）的多層架構體系，使用了多層應用程序結構，能使用戶界面代碼和業(yè)務邏輯代碼分離，方便修改應用程序代碼，具有良好的松耦合性；同時，將業(yè)務邏輯集中到一個類庫中，方便了系統(tǒng)的開發(fā)和維護；而且，在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作中，避免了代碼的重復，提高了重用性；此外，可以隨時將組件分離到不同的物理計算機上，具有靈活的擴展性。

本系統(tǒng)多層架構主要分為表示層、業(yè)務層和數(shù)據(jù)訪問層。其中，表示層是系統(tǒng)與用戶溝通的惟一渠道，是系統(tǒng)功能的展示，表示層提供應用程序的用戶界面（UI），在ASP.NET中的頁面是UI的具體表現(xiàn)形式；業(yè)務層主要實現(xiàn)應用程序的功能，在ASP.NET中，通常以類庫的形式封裝系統(tǒng)需要的業(yè)務邏輯（業(yè)務邏輯是開發(fā)過程中的主要任務）；數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)了所有業(yè)務邏輯所需要的數(shù)據(jù)訪問功能，包含與數(shù)據(jù)存儲進行交互的類庫，且這些類庫在功能上和業(yè)務邏輯層上是相互獨立的。

2 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能結構

嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要有六大功能，即傳感采集、自動化控制、自動報警、智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析挖掘、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源，見圖1。

圖1 嘉定葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能結構

該系統(tǒng)各部分的工作原理：（1）傳感采集。通過前端傳感器將葡萄大棚內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度等環(huán)境參數(shù)進行實時采集，并通過園區(qū)無線高速網(wǎng)絡自動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊味▍^(qū)農(nóng)業(yè)信息服務中心數(shù)據(jù)庫進行存儲和處理。處理后的信息以圖表的形式進行展示，不僅可以使用戶直觀看到葡萄生長期間的各項環(huán)境參數(shù)的數(shù)值，還為后期的數(shù)據(jù)分析提供信息支撐。（2）自動化控制。通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)相關環(huán)境參數(shù)（如空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤pH），將采集的數(shù)值與設定的最佳環(huán)境指標值進行比對，以自動控制相關設備進行智能調(diào)節(jié)。同時，還可根據(jù)用戶需求，隨時進行農(nóng)事操作。（3）自動報警。當采集設備采集到的環(huán)境參數(shù)的數(shù)值超過預先設置的閥值時，報警系統(tǒng)將提供及時預警，并提醒管理人員和自動控制設備采取調(diào)節(jié)操作。預警閥值由管理人員根據(jù)不同葡萄品種、不同生長階段進行科學設定。（4）智能監(jiān)控。通過安裝的高清智能監(jiān)控攝像頭，實時捕獲大棚內(nèi)部畫面，幫助生產(chǎn)管理者實時掌握葡萄的生長情況，解決種植中出現(xiàn)的難題。（5）數(shù)據(jù)分析挖掘。把采集到的大量葡萄生長數(shù)據(jù)進行集中、萃取和提煉，保存各類指標的對比和分析結果，并進行智能數(shù)據(jù)挖掘、模擬仿真、科學評價，為今后完善葡萄生產(chǎn)技術和進行科研項目提供數(shù)據(jù)支撐。（6）安全溯源。運用信息化技術在平臺建立葡萄生產(chǎn)的全過程溯源，建立詳細的田間操作檔案，并支持多種查詢方式，確保信息公開、透明、安全。

3 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)的應用

在農(nóng)家苑及馬陸葡萄主題公園進行了嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用。

3.1 網(wǎng)絡部署

在2個基地分別部署WIFI，實現(xiàn)基地WIFI全覆蓋，為試點開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡基礎。葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署在嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)信息服務中心機房，機房占地面積近80 m2，有20多臺服務器、2臺磁盤列陣，存儲總量近17 TB，配備完善的監(jiān)控、消防等設施，為計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠運行提供了合乎規(guī)范的環(huán)境條件和工作條件。

3.2 葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用

分別在農(nóng)家苑和馬陸葡萄主題公園部署傳感器采集空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤pH等影響葡萄生長的重要環(huán)境參數(shù)，其中對于土壤濕度，采用多點、多土層測量方法，綜合評估土壤含水量，盡量降低誤差和干擾，提高測量的準確度。同時，在大棚內(nèi)部署可全方位旋轉(zhuǎn)的監(jiān)控攝像頭，采集葡萄生產(chǎn)過程的清晰圖像，對葡萄的種植、管理、生產(chǎn)及采摘進行實時監(jiān)管和智能分析。此外，運用精準化的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，對葡萄各物候期的生長環(huán)境參數(shù)進行量化，并結合智能化控制設備，保證葡萄處于最適宜的生長環(huán)境，且通過控制設備實現(xiàn)對葡萄生長環(huán)境的自動調(diào)節(jié)，為葡萄生產(chǎn)提供精準化種植、智能化管理。

4 總 結

通過在2個基地試點運用葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并通過對葡萄專家多年來開展的葡萄栽培管理科研工作和總結的種植經(jīng)驗進行量化，形成了葡萄種植專家系統(tǒng)。同時，通過智能分析與聯(lián)動控制，及時精確地滿足了葡萄生長對各環(huán)境參數(shù)的要求，在提高葡萄質(zhì)量的同時，不僅減少了人工勞力，提高了基地管理精準化、網(wǎng)絡化和智能化水平，還有效地促進了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。此外，通過將信息技術與葡萄種植技術的有效融合，從最初的“物聯(lián)網(wǎng)+生產(chǎn)”延伸到了信息技術在葡萄種植產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的“全產(chǎn)業(yè)鏈”運用，提高了葡萄品質(zhì)，增強了葡萄質(zhì)量安全，塑造了馬陸葡萄的品牌形象，從而帶動馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，促進農(nóng)民增收。