基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用平臺構(gòu)建

陸林峰，管孝鋒，黃海龍，朱伊平

(浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展中心，浙江 杭州 310020)

浙江省智慧農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺試點建設(shè)任務(wù)包括農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺建設(shè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用拓展和農(nóng)業(yè)應(yīng)急指揮信息系統(tǒng)建設(shè)等3個部分。隨著大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)中表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢[1-3]。本文分別從農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺軟件開發(fā)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范點建設(shè)、全國農(nóng)業(yè)科教云平臺的推廣3個角度，對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺建設(shè)提出構(gòu)建探討，以期進一步促進浙江省智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺軟件開發(fā)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)遵循物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)原則，分為感知層、傳輸層、支撐層和展現(xiàn)層(應(yīng)用層)。感知層由布置在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感器和采集節(jié)點組成，傳輸層由WSN無線傳感網(wǎng)絡(luò)組成，支撐層由自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)信息化基礎(chǔ)支撐平臺組成(圖1)，應(yīng)用層由農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)監(jiān)測、視頻監(jiān)控、節(jié)水灌溉等模塊組成，并以多種方式展現(xiàn)出來。

圖1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)

1.2 物聯(lián)網(wǎng)智能云平臺系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)智能云平臺系統(tǒng)，是整個農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心與大腦，承擔(dān)著數(shù)據(jù)存儲、分析、應(yīng)用等功能，是串聯(lián)起所有儀器設(shè)備的關(guān)鍵節(jié)點。云平臺系統(tǒng)具有以下功能：

監(jiān)測數(shù)據(jù)實時展示及預(yù)警。包括植物生長環(huán)境信息、作物本體生長信息、病蟲害信息等的實時展示預(yù)警、前端高清視頻的查看與回放。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及輔助決策。系統(tǒng)可根據(jù)需要生成實時數(shù)據(jù)曲線、作物本體生長與環(huán)境變化對比曲線、病蟲害發(fā)生及發(fā)展曲線。各類曲線可互相疊加展示，方便各類農(nóng)業(yè)要素間的關(guān)聯(lián)性分析。

遠(yuǎn)程控制功能。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置選擇環(huán)境閾值制動控制前端設(shè)備，例如，可選擇當(dāng)土壤含水量低于某一閾值時自動開啟灌溉系統(tǒng)。系統(tǒng)也可通過手機APP或PC端遠(yuǎn)程手動控制前端設(shè)備。

1.3 經(jīng)濟、社會效益

1.3.1 節(jié)省人員投入

通過該項目的建設(shè)，整個園區(qū)基本實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)自動化控制，特別是由于智能肥水灌溉、自動溫室控制系統(tǒng)的建設(shè)，大大減少了農(nóng)業(yè)作業(yè)人員投入，降低了農(nóng)業(yè)勞動強度。

1.3.2 節(jié)水、節(jié)肥

通過大量農(nóng)業(yè)監(jiān)測儀器的使用，能準(zhǔn)確掌握各種作物的生長環(huán)境和生長情況，為科學(xué)施肥、科學(xué)除蟲和科學(xué)灌水提供了可靠依據(jù)。

1.3.3 增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)

通過物聯(lián)網(wǎng)項目的實施，大大提高了種子的出芽率，縮短了育種和種植收獲的周期。同時，實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥、灌溉、除蟲，作物產(chǎn)量和品質(zhì)大幅提高。

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范點建設(shè)

2.1 示范點建設(shè)

根據(jù)各市農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)特色，選取具有一定代表性的生產(chǎn)基地，覆蓋畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、果蔬種植、茶葉種植和休閑觀光農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)。

該平臺綜合利用新一代物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，實現(xiàn)了對園區(qū)生產(chǎn)的綜合管理和統(tǒng)一服務(wù)，提升了園區(qū)管理和服務(wù)水平，促進了園區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在示范點布置視頻采集點，每個視頻采集節(jié)點分別將實時圖像傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)生產(chǎn)管理平臺，以便遠(yuǎn)程實時查看各基地全景和作物生長狀態(tài)。

2.2.2 示范點傳感器系統(tǒng)

畜禽類。設(shè)有畜禽養(yǎng)殖常規(guī)四參數(shù)(溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳、氨氣)6組，設(shè)備控制箱1個，高清網(wǎng)絡(luò)球機4個，視頻監(jiān)控相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)軟件。

種植業(yè)類。每個園區(qū)配備種植常規(guī)五參數(shù)傳感器(空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照)各6組，共計18組。設(shè)備控制箱各1個，共計4個。還有視頻監(jiān)控相關(guān)硬件及3套軟件系統(tǒng)。

水產(chǎn)養(yǎng)殖類。設(shè)有水溫、溶解氧、pH酸堿度常規(guī)三參數(shù)6組，設(shè)備控制箱1個，高清網(wǎng)絡(luò)球機4個，視頻監(jiān)控相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)軟件。

2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決方案

從農(nóng)業(yè)服務(wù)角度出發(fā)，將整個物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)監(jiān)管及生產(chǎn)應(yīng)用建設(shè)集中進行統(tǒng)一展現(xiàn)、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一集成，建成了“一中心—基地”模式架構(gòu)，指揮調(diào)度中心統(tǒng)一展示出所有種植、畜禽、水產(chǎn)等基地的信息系統(tǒng)，形成了集中化展現(xiàn)。各種植、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖等基地也可自主進行系統(tǒng)管理和操作。中心服務(wù)包含以下3個方面：

統(tǒng)一監(jiān)測展示與信息綜合服務(wù)平臺。為各個應(yīng)用試點生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)情況、環(huán)境數(shù)據(jù)提供一個統(tǒng)一的展示平臺，可以使管理決策者在指揮中心充分掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的即時數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)決策提供輔助。

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)。農(nóng)民可以通過現(xiàn)有公開的農(nóng)業(yè)技術(shù)并參照各品種數(shù)據(jù)庫自行查看、判斷，專家可以通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在異地對基地進行生產(chǎn)和病蟲害等相關(guān)技術(shù)的指導(dǎo)。

手機端系統(tǒng)。手機端APP基于Android系統(tǒng)開發(fā)，可實現(xiàn)設(shè)備控制。可利用手機對溫室環(huán)境的智能控制、對灌溉系統(tǒng)控制，也可對相關(guān)設(shè)備狀態(tài)進行調(diào)整，方便生產(chǎn)管理者實時、準(zhǔn)確針對生產(chǎn)實際做出決策，保證生產(chǎn)順利進行。可實現(xiàn)視頻監(jiān)控。通過手機移動網(wǎng)絡(luò)，開啟手機客戶端視頻監(jiān)控，可遠(yuǎn)程對基地生產(chǎn)的實時情況做完全、動態(tài)的了解。

2.3 相關(guān)效益

提升了園區(qū)現(xiàn)代化管理水平。通過園區(qū)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)現(xiàn)場遠(yuǎn)程可視化、智能化管控，提高了園區(qū)管理水平。

提升了園區(qū)現(xiàn)代化服務(wù)水平。通過環(huán)境適宜性分析、農(nóng)事生產(chǎn)管理、專家輔助決策、農(nóng)事預(yù)警等，提升了園區(qū)服務(wù)水平。

促進了農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，促進了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管。

3 全國農(nóng)業(yè)科教云平臺的推廣

為加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，給農(nóng)技推廣插上信息化的翅膀，讓農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟搭上信息化的快車，加速農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)效能和培育新型職業(yè)農(nóng)民效能，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部整合建立了全國農(nóng)業(yè)科教云平臺(以下簡稱“云平臺”)，現(xiàn)已投入運行[4]。

3.1 高度重視云平臺的實用化

云平臺根據(jù)大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)互通技術(shù)開發(fā)建設(shè)，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部指導(dǎo)開發(fā)的全國性農(nóng)業(yè)科技教育信息服務(wù)平臺。云平臺搭建專家與農(nóng)技人員、農(nóng)技人員與農(nóng)民、農(nóng)民與產(chǎn)業(yè)間高效便捷的信息化橋梁，服務(wù)覆蓋全國農(nóng)業(yè)科研院校、農(nóng)業(yè)專家、農(nóng)技推廣機構(gòu)、農(nóng)技推廣人員、基層農(nóng)技推廣社會化服務(wù)示范站、新型經(jīng)營主體和農(nóng)民，全面對接供給側(cè)和需求側(cè)。

3.2 積極組織農(nóng)業(yè)科教資源在線化

3.2.1 加大對云平臺的宣傳力度

深度挖掘云平臺用戶。組織各級農(nóng)業(yè)科教管理部門、科研機構(gòu)、農(nóng)業(yè)高校、教育機構(gòu)等管理人員在線登記；組織農(nóng)業(yè)從業(yè)人員下載安裝云上智農(nóng)APP；通過組織在線教育和培訓(xùn)活動推廣云平臺的使用，在職人員的普及性教育和培訓(xùn)，要以崗位培訓(xùn)和繼續(xù)教育為重點，對農(nóng)業(yè)從業(yè)人員進行不同類型和不同層次的信息技術(shù)教育，提高全員信息化技術(shù)的操作能力，豐富信息化知識。

3.2.2 上載內(nèi)容資源建立農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫

初步建成農(nóng)業(yè)資源大數(shù)據(jù)管理與服務(wù)中心，為進一步開展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用提供支撐。以農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)管理為基礎(chǔ)，初步整合包括政策法規(guī)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)資監(jiān)管等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)政務(wù)內(nèi)、外網(wǎng)之間，各廳局之間的數(shù)據(jù)資源安全交換。構(gòu)建主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、經(jīng)營、流通、分析和監(jiān)管，以及農(nóng)業(yè)主體、農(nóng)技專家、種子種苗、農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)和新產(chǎn)品新技術(shù)等數(shù)據(jù)庫，建立農(nóng)業(yè)資源大數(shù)據(jù)管理與服務(wù)中心。

農(nóng)業(yè)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要包括農(nóng)業(yè)資源信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)產(chǎn)品市場信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)政策法規(guī)數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)機構(gòu)數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)實用技術(shù)數(shù)據(jù)庫、畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫、農(nóng)作物品種數(shù)據(jù)庫、土壤肥料數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)研究成果數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)商情數(shù)據(jù)庫等(包括市場行情、產(chǎn)品等)。

3.3 加快構(gòu)建云平臺管理和運行機制

3.3.1 組建農(nóng)業(yè)信息化專業(yè)管理機制

為了更好地實施農(nóng)業(yè)信息化工作，更好地開展技術(shù)研討與培訓(xùn)工作，應(yīng)在浙江省農(nóng)學(xué)會下成立農(nóng)業(yè)信息化專業(yè)委員會，通過協(xié)會來開展技術(shù)咨詢、調(diào)研與人才培訓(xùn)工作。委員會負(fù)責(zé)云平臺頂層設(shè)計、平臺建設(shè)、應(yīng)用指導(dǎo)、政策對接和監(jiān)督管理；同時，平行單位應(yīng)用推廣和運維制度，建立強有力的應(yīng)用推廣制度，使信息化成果推廣落實到每個應(yīng)用單位。堅持“建、管、用”并重，在建設(shè)、管理、應(yīng)用推廣等方面盡快建立一套健全的制度。

3.3.2 加強信息技術(shù)的開發(fā)研究

一個優(yōu)秀的平臺需要優(yōu)質(zhì)資源內(nèi)容支撐。云平臺需要專業(yè)的農(nóng)業(yè)知識支撐，農(nóng)業(yè)信息化以科學(xué)技術(shù)為依靠。應(yīng)在當(dāng)前應(yīng)用基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展現(xiàn)有信息技術(shù)的研究，擴大其應(yīng)用的深度和廣度，指導(dǎo)和支持各級農(nóng)業(yè)部門配置和使用云平臺，使其發(fā)揮更大作用，解決更多的問題，更易被農(nóng)業(yè)工作人員掌握；同時，緊跟信息技術(shù)的發(fā)展潮流，對新技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的可行性、適應(yīng)性進行廣泛研究，積極引入適合農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)需要的信息技術(shù)，通過不斷采用新技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用水平，使云平臺在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中發(fā)揮更好的作用。