基于物聯網與云計算服務的農業溫室智能化平臺研究與應用

易 瑜

（婁底職業技術學院，湖南婁底，417000）

基于物聯網與云計算服務的農業溫室智能化平臺研究與應用

易 瑜

（婁底職業技術學院，湖南婁底，417000）

以建設智能化溫室物聯網為目標，提出溫室物聯網服務平臺技術方案。該方案包括技術架構、溫室環境智能監控系統、無線傳感網及通信終端、智能控制終端和無線傳感網及通信終端，智能控制終端。設計了溫室環境監控軟件，視頻監控系統，農業小氣候監測系統，監控中心，實現了溫室群的數據存儲、管理控制和云數據分析等功能。提高了溫室生產的精細化作業水平。

溫室；傳感器；信息服務；云計算；物聯網

0 引言

近年來，農業溫室智能化在中國迅速發展，面積已達8×105hmz以上，超過溫室總面積的60%，已被廣泛用于蔬菜生產、花卉盆景、水產養殖、果木育苗、畜禽伺養、觀賞農業和工廠化育苗等領域。利用云計算、物聯網技術、網絡技術和計算機管理控制技術，現代農業溫室能夠利用不同的傳感器節點和具有簡單執行機構的節點構成物聯網，依據測量基質溫濕度、PH值和空氣溫濕度、氣壓、光照強度、CO2濃度等環境因子，再通過模型分析和數據處理，自動調控溫室環境、控制灌溉和施肥作業，從而獲得植物生長的最佳條件。但僅憑農戶的技術水平難以直接利用這些原始數據進行分析決策，農技專家也只能在定量分析的基礎上才能做出判斷和決策，所以，對大規模溫室群的農業生產過程的智能化管理需要大數據計算系統的支持。同時，溫室物聯網入網個體數量巨大、以分鐘為時間間隔產生的動態數據，要求系統對每個溫室瞬間完成數據分析，及時做出管理決策，并根據信息反饋采取溫室環境控制措施，以達到對溫室提供個性化和專業化的服務水平。本文就云計算技術在溫室物聯網中的應用問題進行研究，設計基于云計算的溫室群物聯網服務平臺，并實現了對溫室群的數據存儲、管理控制和云數據分析等功能。

1 技術方案

1.1 技術架構

溫室大棚物聯網系統主要包括：傳感終端、無線傳感網、通信終端、控制終端、監控中心和應用軟件。

1.2 溫室環境智能監控系統

（1）智能監測終端

溫室大棚環境監測終端由無線采集終端和各種環境信息傳感器組成，可實時監測溫室內的空氣溫濕度、土壤含水量、光照強度、CO2濃度等參數。

圖1 智能監測終端實物圖

（2）無線傳感網及通信終端

溫室大棚無線傳感通信網絡主要由如下兩部分組成：溫室大棚內部感知節點間的自組織網絡建設；溫室大棚間及溫室大棚與農場監控中心的通信網絡建設。前者主要實現傳感器數據的采集及傳感器與執行控制器間的數據交互。溫室大棚環境信息通過內部自組織網絡在中繼節點匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室大棚與農場監控中心的通信網絡實現監控中心對各溫室大棚環境信息的監控。

（3）智能控制終端

溫室大棚環境智能控制終端由測控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，通過GPRS模塊與管理監控中心連接。根據溫室大棚內空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強度及CO2濃度等參數，對環境調節設備進行控制，包括遮陽簾、風機、濕簾水泵、側窗、灌溉電磁閥、CO2氣肥機等設備。

圖2 控制系統示意圖

（4）溫室環境監控軟件

通過監控軟件平臺可將土壤信息感知設備、空氣環境監測感知設備、外部氣象感知設備、視頻信息感知設備等各種感知設備的基礎數據進行統一存儲、處理和挖掘，通過中央控制軟件的智能決策，形成有效指令，通過聲光電報警指導管理人員或者直接控制執行機構的方式調節設施內的小氣候環境，為作物生長提供優良的生長環境。

2 視頻監控系統

作為數據信息的有效補充，基于網絡技術和視頻信號傳輸技術，對溫室大棚內部作物生長狀況進行全天候視頻監控。該系統由網絡型視頻服務器、高分辨率攝像頭組成，網絡型視頻服務器主要用以提供視頻信號的轉換和傳輸，并實現遠程的網絡視頻服務。在已有Internet上，只要能夠上網就可以根據用戶權限進行遠程的圖像訪問、實現多點、在線、便捷的監測方式。

在溫室棚內部、溫室之間根據需要布置攝像頭，實現對溫室生產及溫室區域安防進行監控。所有圖像和控制信號都在管理控制中心集中顯示和控制。顯示系統配備液晶顯示器，進行集中控制與顯示。系統集成了多畫面處理顯示、視頻運動檢測、圖像壓縮編碼/恢復解碼、數字錄像/即時回放、影像資料管理、資料備份/還原、云臺/鏡頭控制、視頻服務等多種功能。

3 農業小氣候監測系統

農業小氣候監測系統包括農業氣象站和應用軟件系統，用于對風向、風速、雨量、太陽總輻射、氣溫、氣壓、濕度等氣象要素進行全天候現場監測。具有手機氣象短信功能，可以通過GPRS無線通訊方法與監控中心計算機進行通訊，將氣象數據傳輸到監控中心計算機氣象數據庫中，用于統計分析和處理。現場氣象站由各種傳感器、微電腦氣象數據采集儀、太陽能電源系統、數據采集裝置和不銹鋼支架等部分構成。

4 監控中心

監控中心由計算機、液晶顯示屏及配套網絡設備組成。建設管理監控中心的目的是對整個溫室大棚園區進行信息化管理并進行成果展示。通過監控中心可將溫室大棚環境監測信息、環境調控設備運行信息、視頻信息等各種感知設備的基礎數據進行統一存儲、處理和展示。

5 結束語

本文借助云計算、人工智能、無線通信、傳感器和互聯網等技術，提出基于云計算的溫室物聯網服務平臺設計方案，涉及溫室環境監測設備智能化、大規模數據云存儲和云分析、個性化云服務等多項技術，基于云計算的物聯網服務平臺為大規模溫室提供個性化服務能力，降低了系統建設的平均成本，提高了溫室物聯網的大數據存儲和數據挖掘能力，特別是面向溫室生產動態過程的實時云預警技術，促進溫室生產的智能化、精細化作業水平。

Research and application of agricultural greenhouse intelligent platform based on Internet of things and cloud computing services

Yi Yu
（Loudi Vocational and Technical College，Loudi Hunan,417000）

Based on the goal of building intelligent greenhouse,the technical scheme of greenhouse Internet of things service platform is put forward.The scheme comprises a technical architecture,a greenhouse environment intelligent monitoring system,a wireless sensing network and a communication terminal,an intelligent control terminal,a wireless sensing network and a communication terminal.Design of greenhouse environment monitoring software,video monitoring system, agricultural microclimate monitoring system, monitoring center,to achieve the greenhouse group of data storage,management control and cloud data analysis and other functions.Improve the level of the fine operation of greenhouse production.

greenhouse;sensor;information service;cloud computing;Internet of things

易瑜（1980-），女，湖南婁底職業技術學院，副教授，碩士研究生，研究方向：教育管理，網站設計與安全管理。

本文為湖南省科技廳自科聯合基金項目：基于云計算的現代農業物聯網監控系統研究，湖南省教育廳優秀青年項目：基于物聯網和云計算技術的葡萄園監測系統研究（編號：16B219），婁底市科技局項目：基于多傳感器數據融合的煤礦采空區火災預警系統，婁底職業技術學院課題：基于物聯網的農業溫室智能管理系統的研究成果。