基于物聯(lián)網(wǎng)的智能種植管理平臺(tái)研究

楊羽倩 俞昭臣 俞卓彤 郭鴻鵬 費(fèi) 穎

(湖州師范學(xué)院求真學(xué)院，浙江 湖州 313000)

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能種植

1.1 智能種植概述

智能種植是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與種植業(yè)相結(jié)合，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種現(xiàn)代種植形態(tài)，是種植業(yè)發(fā)展的高級階段，集新興的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等技術(shù)于一體，運(yùn)用傳感器和軟件通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對種植產(chǎn)業(yè)進(jìn)行監(jiān)控，是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)的產(chǎn)物。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能種植中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)通過花園傳感器和智能控制器感知數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)人與物之間的聯(lián)系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與種植業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用緊密結(jié)合，形成了種植業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。種植業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具體而言，就是運(yùn)用各類傳感器，采集植物花卉相關(guān)信息，通過建立網(wǎng)絡(luò)傳輸層，實(shí)現(xiàn)種植數(shù)據(jù)信息的多維度傳輸，實(shí)現(xiàn)植物花卉種植高效、優(yōu)質(zhì)、便捷的目標(biāo)。

2 智能種植管理平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

2.1.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

依靠花園傳感器實(shí)現(xiàn)空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫度、CO2含量等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集傳輸。

2.1.2 智能灌溉系統(tǒng)

由系統(tǒng)監(jiān)測到土壤濕度指標(biāo)不足時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)智能灌溉系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出水量和出水方式，如滴灌、噴灌，提高水資源利用率，灌溉水來源可為雨水收集、淘米水等。

2.1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取植物花卉的生長狀況等信息，實(shí)時(shí)記錄植物花卉的生長過程，對植物花卉進(jìn)行遠(yuǎn)程查看。

2.1.4 控肥系統(tǒng)

控肥裝置可倒入廚余垃圾等廢棄物，進(jìn)一步深化生態(tài)循環(huán)理念，減少廢棄物浪費(fèi)(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 傳感控制層

其核心是花園傳感器模組，由空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2含量等一系列氣象傳感器分析植物花卉所處環(huán)境的數(shù)據(jù)，對植物花卉生長情況有影響的天氣狀況進(jìn)行匯報(bào)。由土壤濕度、土壤酸堿度、土壤肥度等土壤分析儀來感知植物花卉土壤數(shù)據(jù)，監(jiān)測在指數(shù)不達(dá)標(biāo)時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)引發(fā)控水裝置、控肥裝置等，控水裝置水來源主要為日常收集的雨水、淘米水等。由攝像頭等視頻監(jiān)控設(shè)備來記錄植物花卉生長狀況，當(dāng)植物花卉再出現(xiàn)營養(yǎng)不良、病蟲侵害的情況時(shí)，通過監(jiān)管模塊快速發(fā)現(xiàn)相關(guān)常見問題，并給予一定的解決方案。

2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

無線網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接受花園傳感器和智能控制器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且傳輸?shù)皆品?wù)平臺(tái)。另外，網(wǎng)絡(luò)傳輸層負(fù)責(zé)接收云服務(wù)平臺(tái)下發(fā)的指令，分發(fā)到傳感控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測和裝置設(shè)備的控制。

3.4 云服務(wù)平臺(tái)

云服務(wù)平臺(tái)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析、精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)，負(fù)責(zé)設(shè)備的控制和管理，建立從種植前端到監(jiān)測控制后端的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，推進(jìn)“大數(shù)據(jù)+種植”的實(shí)踐創(chuàng)新。

3.5 終端層

終端層是連接物聯(lián)網(wǎng)和平臺(tái)用戶之間的紐帶，主要分為手機(jī)App端和電腦PC端，用戶可以隨時(shí)隨地在平臺(tái)上看到植物花卉生長狀況和相關(guān)數(shù)據(jù)，并下達(dá)各種指令。

4 智能種植管理平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

圖2 功能設(shè)計(jì)圖

4.1 智能種植模塊

對植物花卉所處環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，將數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)關(guān)上傳到云服務(wù)平臺(tái)，用戶可以在App內(nèi)操作控制智能設(shè)備，有環(huán)境監(jiān)測、智能灌溉、智能施肥等功能。

4.2 診斷模塊

植物花卉在出現(xiàn)營養(yǎng)不良、病蟲侵害的情況時(shí)，通過智能監(jiān)測發(fā)現(xiàn)相關(guān)常見問題，環(huán)境數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)傳輸層接收，經(jīng)分析后傳輸至云服務(wù)平臺(tái)并給出解決方案。系統(tǒng)同時(shí)也將對水分、土壤等缺失進(jìn)行智能補(bǔ)充，以保證植物花卉的健康成長。

對于罕見的病蟲害與系統(tǒng)難以分辨的未知病情，用戶可以上傳植物圖片與文字描述至系統(tǒng)社區(qū)論壇中進(jìn)行討論，植物花卉專家會(huì)給出相關(guān)解決方案，解決方案經(jīng)用戶認(rèn)可后，自動(dòng)導(dǎo)入系統(tǒng)。

4.3 識圖模塊

系統(tǒng)通過結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)搜索，將植物花卉的信息導(dǎo)入，用戶輸入關(guān)鍵詞即可搜索關(guān)于植物花卉的形態(tài)特征、生長習(xí)性、栽培技術(shù)等信息。借助圖像處理技術(shù)，用戶可利用拍照一鍵識別，借助圖像處理技術(shù)可進(jìn)行植物外觀特征的分析。

4.4 實(shí)景模塊

用戶通過實(shí)時(shí)攝像和遠(yuǎn)程監(jiān)控在App上查看植物花卉的實(shí)景，出門在外也可以了解植物花卉的生長狀況。

4.5 DIY線上花園模塊

用戶可以在App上開通線上花園，完成支付租賃、領(lǐng)取花苗、日常澆水、日常管理等一系列操作，并將信息提供給植物花卉種植基地，在種植單元中種植實(shí)物，借鑒 CSA 運(yùn)作模式，線上出租植物花卉種植空間，將虛擬線上花園轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)花園。

5 結(jié)語

智能種植是當(dāng)今植物花卉種植的發(fā)展趨勢，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，對于種植業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。結(jié)合消費(fèi)者需求，對其種植方式進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，提高種植效率，改善植株的質(zhì)量品質(zhì)。以精準(zhǔn)種植，方便種植為原則，利用手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)與智能芯片的結(jié)合使種植變得輕松便捷；以生態(tài)循環(huán)，綠色種植為核心，通過能源轉(zhuǎn)換設(shè)備使能源消耗達(dá)到最低。植物花卉產(chǎn)業(yè)將走向信息化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，經(jīng)營模式不斷創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)鏈不斷升級，植物花卉產(chǎn)業(yè)在未來將會(huì)有突破性的發(fā)展。