農業園區智能數字化管理系統設計與實現

鄒洪艷+張建軍+劉韜

摘要：

為了實現我國農業園區集中化、片區化、網格化發展，需要對園區進行實時監控與管理。設計并實現了一個農業園區智能數字化管理系統，系統包括園區網格管理、生產過程管理、庫存管理、視頻實時監控等幾個子系統，涉及圖像采集、低功耗數據傳輸、數據處理與存儲、Web技術以及微信應用等技術。系統最終通過測試，達到了預期目標。該系統能夠實現對農業園區的區域化管理與實時監控，提高農業工作效率。

關鍵詞：

農業園區；網格化；數據采集；Java

DOIDOI：10.11907/rjdk.172647

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）012-0116-02

Abstract：In order to realize the centralization， regionalization and gridding development of agricultural parks in our country， the park is monitored and managed in real time.This paper design and implement a intelligent digital management system in agricultural parks，includes campus grid management， production process management， inventory management，video real time monitoring management，relates to image acquisition， low power data transmission， data processing and storage， web technology and WeChat technology etc. The platform eventually passed the test to achieve the desired goal The conclusion is that the system can realize the regional management of agricultural parks， and can accomplish real-time monitoring， and ultimately improve the efficiency of agricultural work.

Key Words：agricultural park；gridding； data acquisition；Java

0 引言

中國自古以來是一個農業大國，農業是我國“三農”問題之首和國民經濟的重要部門[1]?，F代農業的發展要由傳統走向現代化，必須按照高產、優質、高效、生態、安全的要求，轉變農業生產方式[2]。20世紀90年代提出了精準農業（Precision Agriculture）概念，并且很快成為了世界農業發展的新潮流、新趨勢。精準農業將精準測量計算引入到農業生產領域，利用傳感器技術（Sensor Technology）、3S集成技術（3S Integration Technology）、嵌入式技術（Embedded Technology）、數據庫技術（Database Technology）、網絡通信（Network Communications）等與傳統農業科學有機結合，實現了農業生產的智能化控制（Intelligent Control of Agricultural Production），為現代農業發展帶來了革命性變化[3-4]。

1 項目背景與意義

近年來智能化農業園區已成為了農業園區管理者的關注焦點。園區的工作人員可以坐在計算機前，根據各個終端提供的數據進行智能化管理，傳統農業與信息化手段相結合可以極大地提高農產品的生產效率和質量[5]。然而，應用計算機進行農業園區管理在一定程度上缺乏靈活性。

隨著移動互聯網技術和網絡通信技術的發展[6]，智能手機已成為人們生活中不可缺少的一部分[7]，如何將農業園區的智能化系統與移動設備有效結合在一起，以提高工作的便捷性、自動性和即時性，是當下研究人員關心的問題[6]。近年來，隨著移動管理與監控軟件的發展，使園區的工作人員在移動設備上能夠隨時隨地查看數據，根據監控數據采取相應措施，從而實現隨時隨地辦公，保證了工作的靈活性[5]。

2 項目總體規劃

為了對大規模園區生產進行有效管理，可以利用計算機技術實現農業生產的信息化管理，將所有生產要素以數字信息形式呈現在管理者面前，幫助其決策農業生產活動。同時管理者可通過系統向工作者發布指令、分配工作任務，工作人員將工作現狀反饋給系統，管理者又可通過系統了解到當下農業園區的生產狀況。

3 系統設計

3.1 園區網格管理子系統

園區網格管理子系統主要包括園區劃分、傳感器節點部署、數據采集與顯示3部分。首先根據農業園區實際生產需要對農業園區進行科學劃分，使之形成網格形狀（區域），如圖1所示；在每一個區域部署傳感器節點，區域與區域之間節點通過自組網建立通信網絡對數據進行傳輸、處理與存儲，并在存儲過程中建立數學模型，分析數據，實現系統預測與報警；最后將采集的數據顯示在客戶端，園區工作人員通過園區采集的數據與系統報警數據制定相應生產計劃。

網格管理子系統的突出優點有：①通過精細化與網格化管理，充分利用土地資源；②管理者可以實時掌握每個農田區域的環境信息，為生產計劃制定提供科學依據；③節約資源，避免重復的生產工作。

3.2 生產過程管理子系統

根據初步功能調研，將生產過程管理子系統初步劃分為幾個模塊：生產計劃制定模塊、生產進度模塊、生產計劃記錄模塊、生產任務驗收模塊。

生產計劃制定子模塊中，農業園區管理員可以選擇網格劃分后的園區區域，并選定工作內容（選擇工作內容時，系統會顯示該區域最近一段時間已完成的工作）、執行工作小組、執行時間、使用設備、使用資源的種類和數量等。確認工作計劃后即可將任務分發給各工作小組，各工作小組根據工作計劃到倉庫領取設備和資源并執行任務，同時下發的任務會記錄到數據庫中。

在生產計劃記錄子模塊，管理員可以按區域查看每塊園區的任務歷史記錄，每條記錄中都包含有任務類別、執行小組成員名單、消耗資源、使用設備（設備是否入庫或損壞）、任務分配時間、任務完成時間等。同時管理員還可以對這些記錄進行修改或刪除。

在生產任務驗收模塊中，管理員可以查看已提交的任務，對其進行驗收，不合格的可以重新返回小組，并附加管理員修改意見，工作小組完成修改后可以繼續提交。當管理員驗收通過后，該項任務的所有信息則會添加到數據庫；若任務在一定時間內未通過，則提示任務失敗并將其納入記錄中。

3.3 庫存管理子系統

在傳統的企業運作過程中，存在以下幾種常見問題：①缺乏科學的管理系統。企業若沒有建立一套適合自身情況的庫存系統，未對庫存物品進行科學、詳盡的分類，庫存控制策略往往會流于簡單化；②庫存管理信息不流通。在整個供應系統中，需求預測、庫存狀況、生產計劃等都是庫存管理的重要數據。這些數據分布在不同環節之中，要有效保證生產，必須使其實時傳遞；③不確定因素對庫存的影響。系統運行不穩定是組織內部缺乏有效的控制機制所致，要消除運行中的不確定性，需要增加組織控制，提高系統可靠性。

因此，進行有效的庫存管理顯得尤其重要，需要建立一個庫存管理系統[7]。系統子功能描述為：①庫存倉庫管理。主要包括對倉庫基本信息的修改與貨物盤點等；②設備管理。主要包括對設備入庫、出庫的管理等；③農資管理。主要包括對農資入庫、出庫的管理等；④農藥管理。主要包括對農藥入庫、出庫的管理等；⑤流水管理。每次倉庫操作自動生成流水賬目，可以進行查詢管理。

3.4 視頻實時監控子系統

前端一體化、視頻數字化、監控網絡化、系統集成化是視頻監控系統的發展方向。本文系統采用FFmpeg+Nginx+HLS模式，可實現在移動端對監控畫面的實時查看。FFmpeg是一套可用來記錄、轉換數字音視頻，并將其轉化為流的開源計算機程序[8]。它提供了錄制、轉換以及流化音視頻的完整解決方案，包含了非常先進的音頻/視頻編解碼庫libavcodec，從而保證了高可移植性和編解碼質量；Nginx是一款輕量級Web服務器，其占用內存少與并發能力強的特點，使其在同類型的網頁服務器中表現突出[9]；HTTP Live Streaming（HLS）是一個由蘋果公司提出的基于HTTP的流媒體網絡傳輸協議。視頻實時監控步驟為：FFmpeg將網絡攝像頭的rtsp視頻流轉換成rmtp視頻流，并推送到Nginx服務器上；HLS協議負責把整個流分成一個個小的基于HTTP的文件進行下載，每次只下載一部分。在開始一個流媒體會話時，客戶端會下載一個包含元數據的extended M3U （m3u8） playlist文件，用于尋找可用的媒體流；最后由Nginx推送可供移動端播放的視頻流。

4 結語

本園區智能管理系統不僅結合了傳統計算機在農業園區上的應用，而且在此基礎上增加了園區網格管理（Campus Grid Management）、生產過程管理（Production Process Management）、庫存管理（Inventory Management）以及視頻實時監控管理等子系統，從而能夠更加精確地獲取園區信息，使農業管理更加智能化。因此，該系統具有較為重要的實際應用價值。

參考文獻：

[1] 王耀林.國內外設施農業現狀及發展趨勢.[J]中國農業科學，2001（34Z）：96-100.

[2] 陳喜波，王冰潔.提升農產品市場競爭力的物流支撐策略研究——以北京市為例[J]安徽農業科學，2013（30）：12183-12185.

[3] SILVA C B，DE MORAES M A F D，MOLIN J P.Adoption and use of precision agriculture technologies in the sugarcane industry of So Paulo state， Brazil[J].Precision Agriculture，2011，12（1）：67-81.

[4] 王福義.精準農業技術概述[J].農業科技與裝備，2012（8）：71-72

[5] 張一博.基于無線傳感器網絡的農業智能化研究[D]河南：河南師范大學，2015.

[6] 張明華.基于互聯網的遠程機電控制系統關鍵技術的研究[D]. 西安：西北工業大學，2003.

[7] McKinsey Global Institute.Bigdata：the next frontier for innovation，competition，and productivity（annual report）[EB/OL].http：//www.mckinsey.com/insights/.

[8] 鄒大斌.迎接大數據時代[N].計算機世界，2011-5-30.

[9] 姜奇平.大數據時代到來[J].互聯網周刊，2012（2）：6.

[10] 李國杰，程學旗.大數據研究：未來科技及經濟社會發展的重大戰略領域——大數據的研究現狀與科學思考[J].中國科學院院刊，2012，27（6）：647-657.

（責任編輯：黃 ?。?