基于物聯(lián)網的智慧農業(yè)云平臺系統(tǒng)建設

江渭 王艷 孫祥峰 陸微薇

摘要：現(xiàn)代智慧化農業(yè)不僅能夠把涉農業(yè)務系統(tǒng)整合，也可以共享農業(yè)數(shù)據資源。本文在有效整合涉農資源的基礎上，提出建立“大農業(yè)”數(shù)據中心，從而完善互聯(lián)網共享的農業(yè)信息服務系統(tǒng)。構建一體化的智慧農業(yè)云平臺，有助于平臺在智慧農業(yè)實踐和應用中發(fā)揮更大的作用。

關鍵詞：智慧農業(yè);物聯(lián)網;云平臺;農產品質量溯源

Abstract： Modern Intelligent Agriculture can not only integrate agricultural business system， but also share agricultural data resources. Based on the effective integration of agricultural resources， this paper puts forward the establishment of “big agriculture” data center， so as to perfect the agricultural information service system shared by Internet. Building an integrated intelligent agriculture cloud platform will help the platform play a greater role in the practice and application of intelligent agriculture.

Keywords： intelligent agriculture; internet of things; cloud platform; traceability of agricultural product quality

引 言

隨著我國移動時代互聯(lián)網信息技術和現(xiàn)代云計算信息技術的廣泛應用，它已經完全可以實現(xiàn)對農業(yè)遠程監(jiān)測診斷、遙控遠程管理、災害監(jiān)測預警等進行智能化的遠程管理。通過遠程的監(jiān)控診斷，溝通和遠程咨詢，逐步基本建立我國農業(yè)服務信息電子服務系統(tǒng)可視化的遠程應用管理模式。能夠幫助我國農業(yè)服務管理者快速實現(xiàn)遠程，準確地進行監(jiān)控，提高我國農業(yè)體系建設的遠程管理水平，進一步加強指導和監(jiān)督規(guī)范我國農業(yè)服務生產與信息流通。

1 智慧農業(yè)

“智慧農業(yè)”時代正處于農業(yè)發(fā)展和生產的高級階段，它融合了新興的移動互聯(lián)網、移動端互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網和大數(shù)據等多種技術，依靠自動化的農業(yè)生產現(xiàn)場和無線通訊網絡中的各類傳感器節(jié)點（包括環(huán)境溫度和濕度，土壤中的濕度，二氧化碳，圖像等）來實現(xiàn)對人類的智能感知、智能報告、智能決策、智能數(shù)據分析和對農業(yè)生產中的環(huán)境專家進行在線監(jiān)控和指導，為農業(yè)生產者精準種植和可視化管理提供決策依據[1]。

“智慧農業(yè)”主要指的是云計算，傳感器網絡，3s 等信息技術在我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展中的一種綜合性應用。它可以實現(xiàn)農業(yè)信息化完整的基礎和技術支持，對于農業(yè)的信息系統(tǒng)進行透徹了解，集中大量的數(shù)據資源，廣泛地互連，深入的實現(xiàn)智能管理控制和將“智能農業(yè)”與現(xiàn)代生物技術，種植科學技術以及其他的高新技術緊密結合在一起[2]。因此，對于建設現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。

2 智慧農業(yè)系統(tǒng)

“智慧農業(yè)”體系可以幫助農戶實現(xiàn)高效的產品生產、供銷、控制種植、育苗、生產經營管理、訂貨、物流配送、農產品質量安全可追溯源，推進傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代智能農業(yè)的轉型[3]。它主要由以下三個子系統(tǒng)共同組成：精準農業(yè)生產管理系統(tǒng)、農產品質量溯源系統(tǒng)和農業(yè)專家遠程診斷服務系統(tǒng)。

2.1“智慧農業(yè)”精準農業(yè)生產管理系統(tǒng)

“智慧農業(yè)”系統(tǒng)是使用溫度、濕度、光線、二氧化碳氣體等各種傳感器來監(jiān)視和管理農產品在整個過程中的增長，并通過傳感器檢測有機化學合成是否被添加到生產過程中。進行對肥料，農藥，生長調整劑，飼料中添加劑等原材料的土壤化學成分檢測，通過RFID 檢測每批次幼苗的來源，等級和栽培單位部門以及各種資料的統(tǒng)計[4]。例如，可以在種植，生產，質量檢查，運輸?shù)冗^程中收集幼苗數(shù)據，以便特定的種植者可以有效地識別、存儲和處理實時數(shù)據。

系統(tǒng)主要功能：（1）農田數(shù)據采集功能（如溫濕度，土壤pH等）;（2）實現(xiàn)農業(yè)生產現(xiàn)場監(jiān)測視頻數(shù)據采集，生產全過程的監(jiān)控功能;（3）在生產過程中積累大量的數(shù)據分析功能;（4）遙控功能，如遙控風機，灌溉，風扇等;（5）手機監(jiān)控和控制功能。

2.2農產品質量溯源系統(tǒng)

農產品質量可以追溯體系能夠使用網絡方式將信息及時地更新至檔案資料庫。它是可以由農產品經營者固定專用 RFID讀取器自動識別、培養(yǎng)、跟蹤、記錄其活動模式及增長數(shù)據，監(jiān)控各類農產品生存密度及環(huán)境參數(shù)、實現(xiàn)對農產品物流信息可追溯性（農產品經營者可以通過包裝的條形碼檢測農產品的物流運行狀態(tài)）以及農產品經營者使用RFID 或其他條形碼管理系統(tǒng)來檢測農產品的質量[5]。為顧客提供相應的增值服務，并為客戶提供相應增值服務。

2.3農業(yè)專家遠程診斷服務系統(tǒng)

農業(yè)專家遠程診斷服務系統(tǒng)主要使用無線數(shù)字傳輸和網絡視頻壓縮技術對監(jiān)控視頻信息，控制信息和其他監(jiān)視數(shù)據進行壓縮和編碼。通過提供給專家的無線數(shù)據網絡，專家可以在室內實現(xiàn)遠程實時指導、瀏覽、在線問答和咨詢等服務。完整的遠程專家自動診斷系統(tǒng)可以記錄視頻信息[6]。

專家診斷平臺的功能包括以下三個方面。（1）種植人員與專家之間的雙向音視頻實時通訊功能;（2）遠程傳感提醒及遙控功能;（3）多領域農業(yè)專家、多用戶綜合服務功能。

3 智慧農業(yè)建設的意義

3.1能夠有效改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境

智慧農業(yè)建設將農田，畜牧業(yè)，水產養(yǎng)殖基地和其他生產單位以及整個周圍的生態(tài)環(huán)境。通過系統(tǒng)和精確計算其材料交換和能量周期之間的關系，農業(yè)生產的生態(tài)環(huán)境得到保證在可容忍范圍內。例如：定量施肥不會引起土壤壓實，排出的牲畜和家禽糞不會引起水和空氣污染。

3.2能夠顯著提高農業(yè)生產經營效率

基于精密農業(yè)傳感器的實時監(jiān)控，云計算，數(shù)據挖掘等技術的多層次分析，以及各種控制設備的分析描述，完成農業(yè)生產和管理[7]。這種智能機制取代了人類農業(yè)勞動力，不僅解決了農業(yè)勞動力的短缺，而且還實現(xiàn)了高規(guī)模，密集，現(xiàn)代的農業(yè)生產，提高農業(yè)生產能力，應對自然環(huán)境風險，使傳統(tǒng)農業(yè)成為高效的現(xiàn)代化農業(yè)。

3.3能夠徹底轉變農業(yè)生產者和消費者觀念

完善的農業(yè)技術和電子商務網絡服務系統(tǒng)使農業(yè)人員無需出門就可以遠程學習農業(yè)知識，并獲得各種技術和農產品的供求信息。專家系統(tǒng)和信息終端已成為指導農業(yè)生產者進行農業(yè)生產和經營的工具，并且改變了依靠農業(yè)生產和管理經驗來僅在傳統(tǒng)農業(yè)技術中進行決策的習慣[8]。另外，智能農業(yè)的實施使農業(yè)生產規(guī)模越來越大，生產效率越來越高。這迫使小規(guī)模農業(yè)生產被市場淘汰，并形成了農業(yè)組織體系。

4 智慧農業(yè)云平臺系統(tǒng)建設

智慧農業(yè)應用云計算平臺的目標是通過新型農業(yè)物聯(lián)網、大數(shù)據、3S等農業(yè)信息化核心技術有效地充分整合現(xiàn)有涉農產業(yè)資源，以頂層技術設計的商業(yè)方式重新構建并形成“1個平臺、5個系統(tǒng)、n個應用”[9]。平臺能夠有效匯聚全國農業(yè)生產行業(yè)各級相關農業(yè)主營業(yè)務的數(shù)據應用和服務數(shù)據，形成“大農業(yè)”的綜合數(shù)據中心，構建一個互聯(lián)網與共享的“互聯(lián)網+農業(yè)”數(shù)據信息共享服務體系。最終達到在科學政策指導下農業(yè)集體生產經營運行的監(jiān)督管理，政府主導決策性農業(yè)監(jiān)管，以及為廣大社會公眾免費提供農業(yè)服務。

4.1建設目標

智慧農業(yè)云平臺建設為農業(yè)企業(yè)提供共享與交換服務，實現(xiàn)整個農業(yè)信息網數(shù)據共享與交換，主要實現(xiàn)以下目標：（1）數(shù)據交互：能夠將一個數(shù)據庫的某一表中數(shù)據，根據一定的要求導入到另一數(shù)據庫相應表中;（2）資源共享與訂閱：能夠實現(xiàn)數(shù)據資源的共享設置、共享級別設置，訂閱數(shù)據資源等操作，并能按照訂閱內容交換數(shù)據;（3）信息級別權限控制：一定級別的工作站只能訪問該級別或級別要求更低的共享資源;（4）數(shù)據操作源和目的數(shù)據庫可以為多種數(shù)據庫：如：SQL Server，Oracle等;（5）數(shù)據交換要支持多種數(shù)據類型：如：數(shù)值、字符、日期、文件等;（6）信息交換平臺運行模塊要以服務程序模式運行;（7）信息交換平臺支持數(shù)據配置擴展，可以通過配置文件來更改運行環(huán)境、共享資源數(shù)據內容以及共享級別;（8）日志記錄：創(chuàng)建日志，方便調試和日后查看;（9）系統(tǒng)具有長時間穩(wěn)定運行的能力;（10）有一定的網絡故障處理能力，當網絡出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)可以在一定程度上采取自救措施，如支持斷點續(xù)傳和發(fā)送短信息給等待用戶;（11）統(tǒng)一門戶，提供統(tǒng)一身份驗證及單一登錄。（12）智慧農業(yè)云平臺的建設首先需要保證農業(yè)生產數(shù)據的匯集分類、分級規(guī)劃以及多數(shù)據源的有機融合;其次需要滿足與農業(yè)管理信息系統(tǒng)在業(yè)務信息、電子政務信息等數(shù)據信息的交互。

4.2總體框架

按照農業(yè)部“統(tǒng)一技術標準、統(tǒng)一運行環(huán)境、統(tǒng)一安全保障、統(tǒng)一數(shù)據中心和統(tǒng)一門戶”的具體要求，智慧農業(yè)信息化平臺運用云計算技術實現(xiàn)農業(yè)、農資信息數(shù)據的交互共享，為農業(yè)建設一個交互平臺實現(xiàn)跨平臺數(shù)據共享與訪問，為企業(yè)信息化提供一致和統(tǒng)一的基礎架構，統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、端對端的安全架構、內容管理及服務的個性化和集成服務，提供統(tǒng)一身份驗證、工作管理與監(jiān)控、信息集成、安全管理、文檔管理等功能[10]。

4.3智慧農業(yè)云平臺子系統(tǒng)建設

4.3.1農業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)

在溫室或現(xiàn)場溫度控制檢測系統(tǒng)中，可以考慮使用溫度傳感器，濕度變化傳感器，pH溫度傳感器，光強度傳感器，CO2傳感器和用于設備的其它化學檢測傳感設備，以便于準確檢測各種環(huán)境條件中的各種與其相關聯(lián)的物理化學參數(shù)。CO2傳感器和其他設備，以檢測環(huán)境中的相關物理參數(shù)。隨著農業(yè)自動化控制，各類農業(yè)儀器和設備或儀表的參數(shù)實時顯示，確保了農作物良好、合適地生長發(fā)展的環(huán)境。技術工作者能夠通過遙控器監(jiān)視并自動控制多種農作物的成活環(huán)境。利用網絡數(shù)據分析衡量和利用農業(yè)獲取作物成長的最優(yōu)條件，可以有效地為精確管理和控制農業(yè)溫室成本提供科學基礎，也達到了增加農業(yè)生產，提高質量，調節(jié)成本及提高經濟效益等目的。

4.3.2農產品深加工智能生產系統(tǒng)

智能生產管理系統(tǒng)為中小型加工企業(yè)的生產應用。它可以幫助企業(yè)建立標準化，準確和實時的生產數(shù)據庫，同時實現(xiàn)簡單、標準、詳細的生產和庫存業(yè)務的綜合管理，提高管理效率，掌握及時，準確，全面的生產動態(tài)，有效地控制生產過程。通過該系統(tǒng)的生產管理模塊的應用，管理人員可以隨時了解生產情況和庫存情況，自動產生生產成分，跟蹤整個生產過程，并科學管理生產材料[11]。與此同時，它還可以幫助公司管理人員及時控制生產成本。了解產品輸出和庫存的業(yè)務細節(jié)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，避免庫存積壓，實現(xiàn)快速的市場響應。

4.3.3智能倉儲物流系統(tǒng)

結合國內外實際管理情況，利用現(xiàn)代網絡信息技術和物流管理經驗，開發(fā)符合現(xiàn)代大中型連鎖企業(yè)發(fā)展的智能倉儲物流管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以實用、高效、便捷、經濟的建設方式為原則，為連鎖企業(yè)打造符合企業(yè)發(fā)展可擴充的現(xiàn)代倉儲管理系統(tǒng)。通過不斷研發(fā)和大量客戶使用反饋，將打造出符合中國商業(yè)零售企業(yè)應用的現(xiàn)代智能倉儲物流管理系統(tǒng)，幫助連鎖企業(yè)徹底解決物流管理方面的問題。

4.3.4智慧農業(yè)云網系統(tǒng)

可以將農業(yè)生產物聯(lián)網數(shù)據、農業(yè)批發(fā)市場企業(yè)網絡、倉儲物流數(shù)據、車輛RFID管理系統(tǒng)、農產品銷售網絡和農產品溯源系統(tǒng)融為一體。為農場主、生產加工企業(yè)、批發(fā)企業(yè)、市場管理者、政府監(jiān)管單位、消費者提供一個信息共享、智能快捷、科學決策的智慧農業(yè)云網。

4.3.5農產品溯源系統(tǒng)

農產品質量安全及管理溯源系統(tǒng)圍繞“從農田到餐桌”的安全管理理念，綜合運用了多種網絡技術、條碼識別等前沿技術，具有生產企業(yè)（基地等）、農產品生產檔案（產地環(huán)境、生產流程、質量檢測）管理、檢測數(shù)據（企業(yè)自檢、檢測中心抽檢）管理、條形碼標簽設計和打印、基于網站和手機短信平臺的質量安全溯源等功能[12]。實現(xiàn)了對農業(yè)生產、流通等環(huán)節(jié)信息的溯源管理，為政府部門提供監(jiān)督、管理、支持和決策的依據，為企業(yè)建立包含生產、物流和銷售的可信流通體系。

6 結束語

通過物聯(lián)網和大數(shù)據等技術的應用，智慧農業(yè)云平臺實現(xiàn)了信息共享、業(yè)務協(xié)同和數(shù)據開放，為開展農業(yè)服務應用、政府決策分析提供數(shù)據支持。同時，也為現(xiàn)代信息技術與現(xiàn)代農業(yè)的融合發(fā)揮著重大作用，能夠大力推進農業(yè)信息化的發(fā)展。

參考文獻：

[1]郭鵬，李鈞，張海燕. 基于云平臺的智能遠程種植系統(tǒng)[J]. 上海大學學報（自然科學版），2016（05）：244-251.

[2]谷偉濤.智慧農產品云平臺關鍵技術研究與應用[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2018（07）：55-57.

[3]何翠榮.“互聯(lián)網+”下的智慧農業(yè)氣象服務研究[J]. 江西農業(yè)，2018（18）：51-52.

[4]鄭勇，王光華，杜鵬飛.智慧農業(yè)云平臺建設探索與實踐[J]. 農業(yè)工程技術，2018（21）：31-35.

[5]羅興賢，周智勇，肖建瓊.一種智慧農業(yè)平臺解決方案[J]. 數(shù)字技術與應用，2018（05）：157-159+161.

農業(yè)科技，2017（14）：237+241.

[6]王曉敏，鄧春景.基于“互聯(lián)網+”背景的我國智慧農業(yè)發(fā)展策略與路徑[J].江蘇農業(yè)科學，2017（16）：312-315.

[7]王蘭蕓，王鑫，楊慧楠.發(fā)展基于“互聯(lián)網+”的智慧農業(yè)氣象服務產品探析[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2017（14）：237+241.

[8]甘甜.“互聯(lián)網+”背景下傳統(tǒng)農業(yè)向智慧農業(yè)轉型路徑研究[J].農業(yè)經濟，2017（06）：6-8.

[9]郭華.“互聯(lián)網+農業(yè)”的智慧農業(yè)平臺建設研究[J].移動通信，2017（09）：16-20.

[10]顧成喜.云平臺下智慧農業(yè)傳感網絡的設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2017（03）：158-161.

[11]付佳，安增龍.基于農業(yè)物聯(lián)網技術的智慧農業(yè)研究進展[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2020（03）：232-233.

[12]王佳方.智慧農業(yè)時代大數(shù)據的發(fā)展態(tài)勢研究[J].技術經濟與管理研究，2020（01）：124-128.

基金項目：2018年陜西省教育廳專項科研計劃項目“基于電商扶貧的陜西農村物流系統(tǒng)規(guī)劃建設研究”（項目編號：18JK1063）

2020陜西省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目階段性成果（項目編號：S202012712019）