武平縣農產品物聯網移動商務平臺建設研究

陳發鴻

武平縣農產品物聯網移動商務平臺建設研究

陳發鴻

福州大學

武平縣農產品物聯網移動商務平臺通過引入物聯網技術手段，實現農產品種植養殖、生產過程中的全程監控，實現農產品種植養殖、運輸配送、質量保證、售后服務、產品追蹤等多個環節的優化和升級，將以前單純由國家政府負責監控農產品安全，轉變到由國家政府和消費者共同監督的方式，打造更高價值的放心安全的食品。該文對該項目的建設目標、研發目標、內容、系統總體設計及技術路線做了全面闡述。

農產品物聯網移動商務平臺 武平縣 系統設計

自從三聚氰胺“毒牛奶”事件發生以來，國家和政府都在持續關注并積極推進物聯網技術在農產品供應安全中的應用。龍巖市武平縣通過引入物聯網技術手段，實現農產品種植養殖、生產過程中的全程監控，實現農產品種植養殖、運輸配送、質量保證、售后服務、產品追蹤等多個環節的優化和升級，將以前單純由國家政府負責監控農產品安全，轉變到由國家政府和消費者共同監督的方式，打造更高價值的放心安全的食品。構建武平縣農產品物聯網移動商務平臺，可以加快武平縣土特產行業的產業流通，利用電子商務手段擴大產品市場和樹立產品品牌，為土特產品走出深山提供巨大的支撐作用，推動土特產行業實現跨越發展。

1 建設條件

1.1 農業產業基礎好，品牌經營主體不斷壯大

武平縣地處福建省西南部，閩、粵、贛三省交界處，有閩西“金三角”之稱，總面積2630平方公里，人口39萬，氣候溫和，雨量充沛，交通便利。近年來，武平縣農產品品牌經營主體不斷壯大，農產品商標知名度逐步提高，“三品”認證持續推進，農產品專業合作社逐步壯大。目前已形成武平綠茶、象洞生豬、象洞雞、巖前食用菌、東留蔬菜、民主石羊等特色優勢農業產業，并初步形成了區域性產業帶。武平綠茶在近50年選送的茶樣先后50次獲省級以上名優茶稱號，正申報全國馳名商標，2010年被評為全國重點產茶縣；工廠化栽培珍稀食用菌已走在全省前列，雙孢蘑菇工廠化生產技術達到了國內領先水平；無公害蔬菜暢銷廣東及沿海地區；海西紅富貴籽被福建花協評為“花王”稱號；被評為“全國生豬調出大縣”。同時，立足優勢產業，以工業化理念加快推進農產品加工產業發展。全縣現有農產品加工企業195家，其中規模企業48家、省市龍頭企業19家。建立無公害蔬菜生產基地近7萬畝，生態養殖專業戶1000多戶，無公害養殖場136戶。農業品牌不斷涌現，共有12 家加工企業獲得QS認證，有機茶標志認證2 個（“宏峰”、“仙巖”茶葉，填補了龍巖市有機茶生產的空白），綠標總數7 個，無公害農產品認證總數24 個，“武平綠茶”、“武平金線蓮”、“武平富貴籽”成功申報地理標志證明商標，“武平象洞雞”通過國家畜禽資源委員會地方畜禽遺傳資源鑒定。

1.2 具備發展現代農業的條件

武平縣積極推進新農村建設，農業農村信息化的發展環境不斷優化，農業產業化對信息化的需求拉動在農業的應用不斷發展，政府面向基層的信息服務體系逐步建立，各地出現了一些適應農村信息化發展的模式。經濟社會各項事業迅猛發展，先后獲得“中國基本農田保護先進縣”、“中國糧食生產先進縣”、“中國科技進步縣”、 “福建省林業工作先進縣”等榮譽稱號。因此，武平縣具備很好的發展現代農業的條件。

1.3 我省已經擁有完善的信息網絡體系

我省的物聯網產業基礎較好，已擁有傳感器、網絡傳輸、數據處理等基本完善的產業鏈，出現了一批在某些領域產品研發和應用推廣全國領先的企業。并且我省已經建成一個國內領先、初步達到世界先進技術水平的信息網絡體系。高速有線和無線寬帶網絡覆蓋全省，建制村基本實現有線和無線上網，移動電話普及率、有線寬帶、網站、網民、域名總數等相關指標分別位居全國第4～6位，為農村信息化建設和發展現代農業提供了基礎通信網絡保障。

2 研發目標

武平縣農產品物聯網移動商務平臺旨在搭建土特產集中銷售平臺，采取開店直營，廠商（農民專業合作社）直接供貨，集中銷售，連鎖經營，統一配貨等經營模式，旨在打破土特產流通中的供需瓶頸，完善特產銷售產業鏈，并利用物聯網技術，通過傳感器24小時不間斷地收集、分析數據，建立對農產品的種植、生產、加工、運輸與銷售的全過程跟蹤和監控，不僅經營者，消費者也可以自己“看菜”，團體客戶也可通過年卡號、普通消費者可通過蔬菜上的條形碼進入網絡，可視化查詢并追溯自己所購買的產品在種植過程中各個節點的真實數據指標，實現 “從農田到餐桌”的全過程質量追溯體系，確保食品的安全。本項目的具體目標包括：

2.1 農產品移動商務平臺

如圖1，通過建立一個B2C的網絡移動商務平臺，實現消費者對農產品的購買、生產環境視頻監控、生產與物流信息查詢、產品評價等功能，以及生產者對生產物流銷售的查詢和管理。

圖1 農產品移動商務平臺

2.2 生產環境的網絡實時視頻監控

如圖2，通過實時的網絡視頻監控系統，消費者無需進入農田與工廠，就能通過手機、電腦等終端親眼觀看農副產品的種植（養殖）、加工生產等環節，以此了解種植、加工生產環境的總體衛生狀況。

圖2 網絡實時視頻監控

2.3 基于物聯網的農業信息收集與智能處理

通過在生產環境中布置的各種傳感器，實現對土壤、空氣、水源的質量檢測，如重金屬含量等信息，實現對農作物生長過程中的溫度、濕度、光照等信息的全程監控，同時實時感知生產過程中添加的肥料、農藥、飼料的化學成分含量等，并將監測結果與該環境生產的產品關聯，以供給消費者實時網絡查看。此外，對收集的農業信息數據進行分析處理，以供管理者合理安排農業生產，提高農產品的生產效率和物流銷售效率，這對于農業信息化、智能化管理具有重大價值。

2.4 基于物聯網的產品供應鏈信息收集與管理

通過二維碼、RFID等技術，給農產品整個供應鏈的各環節提供有關農產品產地、運輸、倉儲、加工、裝卸、配送和銷售等方面的實時、全面與詳實的電子化信息。消費者可在移動商務平臺上追溯查詢這些信息。一旦發生質量問題，可精確區分哪些產品在影響之列。此外，利用物聯網技術，進行物流的信息化、智能化建設，實現精確、高效配送。當物流系統的任何一個神經末端收到一個需求信息，該系統都可以在極短的時間內做出反應，并可擬訂詳細配送計劃，通知各環節開始工作。

3 研發內容

本項目集成了物聯網技術、云計算技術、信息智能處理、移動通信和電子商務技術等，研究內容包括：

3.1 移動商務平臺建設

深入調研農產品的生產、配送、銷售等環節信息，以及農產品生產商的需求，研究合適的網絡移動商務平臺技術，包括網絡平臺網站的界面分隔、消費者用戶管理、供應商管理、產品購買支付等系統及產品評價評分系統等技術，以及由物聯網采集到的農產品相關信息的實時更新等技術。

3.2 物聯網技術

不同環節采用的物聯網設備不一樣，如農田中采用的溫度、濕度、光照傳感器，可采用移動通信網傳輸信息，而配送環節則適合采用二維碼、RFID等技術，并采用有線或WLAN傳輸技術。因此，要調研農產品生產過程中與質量安全相關的可采集信息，確定對應信息的采集傳感器或設備的類型與選型原則，并根據現有的通信資源與生產環境的地理條件，確定前端信息采集點的設置和向電子移動商務平臺進行可靠接入傳輸的方式。根據傳輸方式的不同，數據傳感器可分為無線版和有線版兩種。無線版采用ZigBee、wifi或3G發送模塊將傳感器的數據傳送到平臺信息中心；有線版采用電纜方式傳送數據。無線版具有部署靈活，擴展方便等優點；有線版具有高速部署、數據穩定等優點。研究采集到的信息對電子移動商務平臺的產品信息進行實時傳輸、更新和存儲技術。

3.3 云計算技術

采用云計算技術中的基礎設施級別服務，根據發展的需要，以一種低成本、高可靠、易擴展的方式從互聯網上獲得建立網絡移動商務平臺的硬件基礎設施資源（包括服務器、存儲、帶寬等資源），免除維護這些基礎設施的繁重工作。同時本項目移動商務平臺也以云計算中軟件級服務的方式，提供服務給各農業單位使用，免除傳統農產品企業去處理他們不擅長的大型商務信息平臺的維護管理工作，這有利于降低企業采用該平臺的技術與成本門檻，使企業更專注核心業務的發展。

3.4 平臺數據庫建設

電子移動商務平臺中產品信息不再僅是一些價格、產品介紹等靜態信息，而是整個生產、檢測、配送等過程中物聯網采集信息的集成，甚至包括監控視頻信息，數據量巨大，深入研究合適的產品數據庫建設和維護技術，以滿足項目要求。

3.5 網絡實時視頻監控技術

根據使用環境中的照度、溫度、濕度、氣候等參數，網絡接入環境，以及地理條件，確定視頻數據采集裝置的選型原則。研究視頻監控系統管理平臺，包括實現對監控攝像頭的遠程控制，以及視頻的儲存管理。充分考慮現有通信網絡資源，研究合適有線、無線視頻圖像傳輸設備。構建可支持大量用戶瀏覽的視頻服務器，同時支持PC和3G手機（智能手機，包括Android系統手機和iPhone系列手機）實時瀏覽監控視頻。主要涉及：視音頻編解碼技術；有線無線等信息采集方式，探討前端信息采集點的設置和向監控平臺進行可靠接入的方式；監控視頻服務器構建；手機監控視頻瀏覽技術。

3.6 農業物聯網監測與數字化管理系統

研究智能農業中的物聯網技術，結合農業領域專用系列傳感器對農產品生長環境中的溫濕度、pH值、光照以及土壤養分等數據進行采集和傳輸。數字化管理技術主要研究溫度、化學等多種傳感器對農產品的生長過程全程監控和數據化管理；結合物聯網技術，在培育、生產、質檢、運輸等過程中，進行可識別的實時數據存儲和管理，實現農業生產的標準化、網絡化、數字化，達到信息、技術和網絡的高效結合，實現農業精準數字化控制管理。

3.7 農產品供應鏈的物聯網監測與數字化管理系統

農產品物流整個運行過程的實時監控和實時決策必須由物聯網來支持。通過利用二維碼、RFID技術和EPC標準進行信息采集、傳輸和處理，可以給農產品整個供應鏈的各環節提供有關農產品產地、運輸、倉儲、加工、裝卸、配送和銷售等方面的實時、全面與詳實的電子化信息。通過設計供應鏈信息化管理系統，實現農產品的精確、高效配送。

所得各物相含量如表1所示.由表可見,樣品B-air中α相含量高達83.77%,δ相為0%;樣品B-N2和B-O2的α相含量分別為61.62%與48.35%,相對應的δ相含量分別為38.38%和34.88%.雖然樣品B-N2中的α相含量高于B-O2,但是前者中非化學計量比相含量為0%,而后者為16.77%,與樣品B-air中16.23%的非化學計量比相含量幾乎相同.結合圖1與表1可以看出,在450°C退火溫度下,大氣氣氛會促使α相與缺氧相的形成,而在特定氣氛(氮氣、氧氣)退火有利于δ相的形成,其中氧氣氣氛會形成富氧相,而氮氣氣氛對非化學計量比相的形成有一定的阻礙作用.

4 系統總體設計

本項目系統架構如圖3所示。從下到上分為物聯網層、網絡層、應用層。物聯網層主要包括二維碼和RFID標簽和讀寫器、攝像頭、傳感器網絡和傳感器網關等。在這一層次要解決的重點問題是感知、識別物體，采集信息，包括監控視頻、農場環境參數、農產品物流信息等，然后通過網絡層傳送給移動商務平臺。

網絡層首先包括各種通信網絡與互聯網形成的融合網絡，是物聯網成為普遍服務的基礎設施，是目前比較成熟的部分，同時也是上層移動商務平臺的基礎設施。而移動商務平臺層則負責信息的處理與展示，以及對終端用戶請求的響應處理。它包括多個系統，除基本的電子商務網站功能外，還包括農產品物流管理、農產品生產監測控制管理、視頻監控管理等，更高級的還包括農產品安全預測分析、銷售預測分析等系統。除此之外還包括物聯網管理中心、云計算管理中心、對海量信息進行智能處理的部分。

圖3 系統架構

其中的移動商務平臺層建設是本項目設計的核心，包含多個功能模塊：

①電子商務網站。電子購物的基本流程如圖4所示，它包含一般電子商務網站的所有主要功能，如訂單管理、產品信息查詢、用戶管理、支付系統、用戶評價系統等，類似京東商城、當當網等購物網站的功能。

②采集數據處理中心。主要負責對物聯網采集到的數據進行處理，包括農場光照、溫度、濕度和土壤、水源、空氣的質量，監控視頻數據，以及使用的化肥農藥等信息，還包括農產品的加工、物流等信息，將處理后的信息存入數據庫，以便用戶購物時查詢農產品對應的這些信息，了解該產品從種植到用戶手中這整個過程的信息。

圖4 電子商務購物示例

③視頻監控管理系統。負責對遠程網絡視頻監控系統的配置，包括圖像質量、存儲方式等參數的配置，以及配置視頻分發服務器。

④物聯網管理系統。該系統負責配置和監控農場、物流、生產車間等各處的物聯網設備的運行。

⑤云計算管理系統。監控和配置平臺中的網絡資源，根據訪問用戶數、數據量大小，實時調整或擴充計算和存儲資源，以滿足業務發展的需要。

⑥農業生產檢測管理系統。屬于擴展功能，生產者可利用該物聯網平臺收集到的大量信息數據，實時調整農業生產。

⑦農場品物流管理系統。屬于擴展功能，農產品物流企業利用物聯網平臺實時監控產品的配送，實現農場品的高效精確配送。

5 技術路線

5.1 構建移動商務平臺的J2EE技術

J2EE為搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護性的移動商務平臺提供了良好的機制，具有高效的開發、支持異構環境、可伸縮性、穩定的可用性等特點。

5.2 基于SIP的系統信令協議

目前SIP協議已經成為多媒體通訊、3G、NGN的核心協議。所以視頻監控系統、物聯網設備與移動商務平臺的信息交互應該采用SIP協議作為通訊控制主協議。對于其中的特殊應用，可以利用SIP協議良好的擴展性進行擴展。媒體描述可以通過SDP進行；控制和功能可以通過XML進行擴展。

5.3 視頻組播技術

IP組播技術解決了視頻圖像傳輸過程中對帶寬占用的問題。當網絡中的某些用戶需求特定信息時，組播信息發送者（即組播源）僅發送一次信息，借助組播路由協議為組播數據包建立樹型路由，被傳遞的信息在盡可能遠的分叉路口才開始復制和分發。

5.4 統一管理分布存儲的視頻數據存儲系統

對視頻監控數據的存儲系統應采用分布式部署、集中管理的方式，主要由兩級組成：農場前端存儲和移動商務平臺中心存儲。

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