基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺的研究與應(yīng)用

應(yīng)巨林 曾錚 曾敏 王銃

摘要：農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分。通過5G技術(shù)，依靠互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代視頻技術(shù)將農(nóng)作物的全方位種植模式、全過程種植手段以及全流程種植方法在農(nóng)戶和消費者眼前進行全結(jié)果實時展示?；?G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺，從頂層的設(shè)計方案、詳細的系統(tǒng)組成和成功的平臺應(yīng)用等方面來提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：5G;農(nóng)作物;視頻監(jiān)控;物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：S-3文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815016

收稿日期：2020-07-03

基金項目：溫州市科技計劃項目“基于5G技術(shù)的‘產(chǎn)+銷智慧農(nóng)業(yè)平臺的研究”（項目編號：R20190010）;溫州市文成縣創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)種子資金項目“文成特色農(nóng)產(chǎn)品‘產(chǎn)銷一體化數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建研究”（項目編號：2019NKY10）

作者簡介：應(yīng)巨林（1993-），男，講師。研究方向：農(nóng)業(yè)信息化與創(chuàng)業(yè)教育;曾錚（1990-），女，助理研究員。研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù);曾敏（1984-），女，副研究員。研究方向：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用;王銃（1979-），男，工程師。研究方向：通信技術(shù)。

引言

過去，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控主要用于交通、水利、農(nóng)業(yè)和安全防護等領(lǐng)域，在許多應(yīng)用場合也發(fā)揮過比較重要的作用。然而，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控普遍以固定安裝簡單攝像頭通過電纜電線連接至圖像處理器轉(zhuǎn)換到顯示屏，其畫面質(zhì)量偏模糊，存儲空間不足而被定期不斷覆蓋、清零，相關(guān)的設(shè)備兼容性相對較差，對安裝環(huán)境和場地要求較高等缺點，越來越不能滿足農(nóng)戶對農(nóng)作物生長進行實時監(jiān)控的許多功能和個性化的需求。

5G是第5代移動通信系統(tǒng)的簡稱，其中5表示序列為第5，英文字母G取的是英文單詞Generation的首字母，意思是通信技術(shù)發(fā)展的時代。5G技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在傳輸速率的龐大（在理論上的傳輸速率可以達到10Gbps）;海量機器類通信，可以支持多種多樣的智能終端和應(yīng)用;超高可靠與低延遲的通信場景和廣泛覆蓋。

伴隨著5G技術(shù)應(yīng)用點逐漸成熟，模組和模塊原件價格線越來越低，基站覆蓋面日趨擴大，我國智慧農(nóng)業(yè)也迎來了快速發(fā)展的重要時期。基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺的研發(fā)與應(yīng)用，可以做到實時發(fā)送高清圖像數(shù)據(jù)讓人們了解田間地頭農(nóng)作物的生長情況和動態(tài)環(huán)境監(jiān)測，這是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然階段。也就是說，農(nóng)戶和消費者可以隨時隨地通過5G互聯(lián)網(wǎng)在終端（LED大屏幕、IPAD、智能手機、個人電腦等）在線直接觀看種植全過程，可以看到農(nóng)作物在生長過程中所施用的農(nóng)藥、肥料種類，也可以觀察到農(nóng)作物的開花期和結(jié)果期。

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺，不但可以讓農(nóng)業(yè)大戶更好地通過移動端（比如5G手機）實時動態(tài)管理農(nóng)作物和督促生產(chǎn)員工規(guī)范化操作，降低被偷盜和病蟲害發(fā)生率，實現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益;而且還可以讓消費者隨時監(jiān)督查看農(nóng)作物的生長過程和生長環(huán)境，幫助農(nóng)業(yè)企業(yè)贏得消費者的信任，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

1設(shè)計方案

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺，從頂層設(shè)計到實施落地全過程牢固樹立了5G+的理念，從硬件設(shè)備選型到獨立運行全方面采用5G模組，從理論模型到測試運行全結(jié)果展現(xiàn)農(nóng)作物視頻監(jiān)控，支持在線查看、在線配置、在線回放、在線下載等多個級別的用戶權(quán)限區(qū)分，集中雙備份存儲方式和管理方式，保證了數(shù)據(jù)存儲的安全、可靠和穩(wěn)定。

基于5G技術(shù)，農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺整體方案以確保系統(tǒng)的可靠性、高傳輸率、低延遲及全方面監(jiān)控為導(dǎo)向，將5G視頻監(jiān)控攝像頭安裝在智能大棚內(nèi)，實時采集農(nóng)作物、周邊場景、工人生產(chǎn)情況等畫面信息，通過5G網(wǎng)絡(luò)將視頻監(jiān)控進行回傳至云轉(zhuǎn)碼平臺，再將視頻監(jiān)控的視頻轉(zhuǎn)換輸出到終端（LED大屏幕、IPAD、智能手機、個人電腦等），即可在線看到清晰直觀的視頻。特別是管理人員可以對多個農(nóng)作物視頻監(jiān)控攝像頭節(jié)點進行簡單編碼，通過界面友好的應(yīng)用管理后臺進行簡單設(shè)定和基本操作，不用直接訪問每一臺視頻監(jiān)控終端，實現(xiàn)多屏幕和單個屏幕的自動或手動切換。

通過利用5G技術(shù)解決傳統(tǒng)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控效果差、處理滯后等問題，大大提高了傳輸速率，可以多維度地進行監(jiān)控和存儲，提供更加快速可靠、更加清晰可看的視頻監(jiān)控畫面，以便管理人員及時決策和采取相應(yīng)的措施。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺由前端5G攝像頭、5G攝像頭管理平臺、5G多媒體轉(zhuǎn)碼平臺、5G網(wǎng)絡(luò)和智媒體終端等部分組成。前端5G攝像頭包括普通攝像頭的鏡頭、CCD、5G傳輸模塊;5G攝像頭管理平臺具有流量管理、管理攝像頭的存儲、日常離線告警、智能化報警、權(quán)限管理等功能;多媒體轉(zhuǎn)碼平臺具有實現(xiàn)將視頻流從RTSP轉(zhuǎn)換到手機直接可以調(diào)用的HLS切片功能（如圖1所示）。

前端攝像頭采用的是中國移動E1 5G版（如圖2所示），其分辨率為200萬（1920×1080），低照度效果好，圖像清晰度高;靶面為1/1.8CMOS。特別是壓縮比高，超低碼流支持H.265編碼，壓縮比高，可本地存儲;支持走廊模式，適用于不同帶寬、不同場景和各種存儲;支持動態(tài)檢測、視頻遮擋檢測、虛焦偵測、場景變更檢測、音頻異常偵測，具備外部報警功能;支持內(nèi)置天線，高性能寬頻天線、射頻抗干擾，通過網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)編碼、智能低碼率等技術(shù)，降低傳輸流量峰值，提升傳輸效率。

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺通過5G網(wǎng)絡(luò)接入到5G基站，利用5G核心網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議尋找視頻管理平臺，實現(xiàn)對視頻監(jiān)控的轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)為HLS切片（如圖3所示）。

5G多媒體轉(zhuǎn)碼平臺通過簡單的網(wǎng)絡(luò)通道進行配置，將高清網(wǎng)絡(luò)攝像機IPCamera、NVR等具有RTSP/Onvif協(xié)議輸出的硬件設(shè)備接入到5G多媒體轉(zhuǎn)碼平臺，再由5G轉(zhuǎn)碼平臺能夠?qū)⑦@些設(shè)備源的音/視頻數(shù)據(jù)進行采集、轉(zhuǎn)換、輸出，最終可以進行全平臺終端實時直播（PC、Android、iOS、微信、釘釘、H5等）。特別是，5G多媒體轉(zhuǎn)碼平臺能夠?qū)⒁曨l源的直播數(shù)據(jù)對接到第三方CDN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)安防硬件設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)級別的直播分發(fā)。5G多媒體轉(zhuǎn)碼平臺通過RTSP/onvif協(xié)議接入攝像機，支持云臺控制，焦距縮放;支持RTMP、HLS、http-flv協(xié)議和第三方平臺接入;支持全網(wǎng)頁配置管理、用戶管理和權(quán)限驗證;支持錄像回放、列表及時間軸2種方式觀看、錄像計劃設(shè)置、錄像文件管理等功能（如圖4所示）。

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺的接口是開放型的，以便與其它平臺或系統(tǒng)進行對接和多功能融合，預(yù)留了農(nóng)作物環(huán)境數(shù)據(jù)采集（如氣象數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)）接口，也預(yù)留了遠程智能化自動控制（如水肥自動灌溉和智能自動報警）接口和大數(shù)據(jù)平臺接口（農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)）。管理人員可以通過手機端或電腦端實現(xiàn)應(yīng)用管理功能，可以手動調(diào)節(jié)放大或縮小按鈕，可遠可近觀察農(nóng)作物的生長各階段莖葉、花果生長發(fā)育情況;也可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向按鈕，可左可右看到多角度的周邊環(huán)境。視頻監(jiān)控平臺具有高清視頻存儲功能，農(nóng)戶可以遠程隨時隨地進行查看和管理作業(yè)生產(chǎn)，也可以通過錄像回放或按時間段導(dǎo)出高清視頻，判斷是否有農(nóng)作物被動物毀壞或人為偷竊，并且保留了視頻監(jiān)控的證據(jù)有助于事后追責(zé)和分析。

此外，視頻監(jiān)控攝像頭可以移動到指定的大棚田埂上，近距離、高清晰實時拍攝某農(nóng)作物植株得病的基本形態(tài)，在5G手機端直接展示給農(nóng)業(yè)專家遠程進行初步診斷，并獲得專業(yè)的解決方案，有效預(yù)防或解決病蟲害的發(fā)生，提高農(nóng)作物高質(zhì)高量。

3結(jié)束語

基于5G技術(shù)的農(nóng)作物視頻監(jiān)控平臺與普通視頻監(jiān)控相比，具有更多優(yōu)點，更加智慧化和人性化，可以較大程度實現(xiàn)減少人力成本和更有效提高農(nóng)作物種植效率，獲得更高的產(chǎn)量和附加價值，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。今后，隨著5G的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)普及，5G應(yīng)用將會給農(nóng)村、農(nóng)業(yè)和農(nóng)民帶來深遠而持久的變化，特別是智慧農(nóng)業(yè)帶來越來越多的革新，用科技助力鄉(xiāng)村振興。5G+視頻監(jiān)控技術(shù)將會在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和金融等諸多領(lǐng)域，尤其在智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通、智慧醫(yī)療和智慧安防等方面發(fā)揮更好更大的作用，對科技進步、經(jīng)濟發(fā)展和人們生活水平提升起到巨大的推動作用。

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（責(zé)任編輯李媛媛）