信息智能管理系統在農業上的應用
——以合慶火龍果科技示范園為例

■楊彬 金星 盛立

發展現代果業已成為我國水果產業必然趨勢。現代果業的重要特征是果園生產和管理的信息化、數字化、智能化，涉及的相關參數包括空氣溫濕度、光照強度、光有效輻射、紫外線強度、降雨量、風速、風向、露點、土壤水分含量、土壤溫度、土壤微量元素含量、土壤重金屬含量等。現代果園通過對這些參數進行自動監測與記錄,對相關參數進行控制，來實現果園生產信息化智能化管理。

合慶火龍果科技示范園位于浦東新區合慶鎮朝陽村，以火龍果為主題，以體驗、觀光、教育為紐帶，以科技產業化帶動農民增收，結合城鎮化和美麗鄉村建設，將“合慶火龍果”都市農業發展模式打造為浦東國家現代農業示范區的典范。合慶火龍果科技示范園已建成一套完整的信息智能管理系統。該系統建成將有力推進鄉村主導產業全產業鏈開發，推進農業由增產導向轉到提質導向。“合慶火龍果科技示范園”的建設得到了上海市科技興農項目的支持。

一、信息化管理平臺總體架構及特點

合慶火龍果科技示范園的信息智能管理系統采用傳感器技術、自動檢測技術、物聯網技術、大數據技術等，可對火龍果生長環境、種植土壤、氣象環境、灌溉水質水源等關鍵參數進行實時監測。它可以自動噴灑農藥、智能控制大棚天窗開閉。該系統已納入到朝陽村統一信息化管理平臺，形成信息化管理平臺總體架構。

信息化管理平臺總體架構包含以下五層內容：

（一）終端層。利用PC端、微信端、室內外信息屏，為火龍果基地管理者、參觀者提供便捷的信息服務介質。

（二）用戶層。以村委、火龍果基地管理者、村民、參觀者、游客為主要服務對象。

（三）應用層。以農業管理（農作物監測）、美麗鄉村（智慧監控、智慧水務、村民服務）、鄉村旅游（科普旅游）為主要應用建設內容。

（四）平臺層。包括基礎能力組件（數據分析、信息發布、信息服務、視頻分析、二維碼管理、語音導覽、生長監測），平臺基礎能力組件（大數據管理、物聯網智能管理、村級GIS展示管理、人工智能）。

（五）資源層。主要包括基礎資源（攝像頭、火龍果基地農業設備、水流監測、水質監測、微氣象），平臺基礎能力資源（物聯網、大數據、云計算及5G）。

二、系統特點

（一）松耦合能力。平臺基于SOA架構，技術先進、功能完善且能靈活地動態擴展，各個組件均能支持熱部署，支持松耦合分布式部署。

（二）無縫水平擴展能力。采用Hadoop作為離線數據分析引擎支持MapReduce及Spark的分布式計算框架；采用Storm作為實時數據分析引擎，結合Kafka消息隊列，Flume日志收集組件實現一整套流式計算框架支持數據匯聚、實時計算等各種應用。這些核心組件均支持分布并行的彈性集群擴展部署。同時采用HDFD+MPP+內存數據庫的混搭式存儲架構，實現各類結構化、半結構化以及非結構化的數據存儲并支持海量數據存儲與處理并可無縫水平擴展。平臺支持本地服務器群、私有云、公有云等多種部署環境。

（三）權限控制能力。具備統一的精細化權限管理能力，用于控制各類服務啟停操作、資源調度或限制、角色權限配置管理、用戶任務管理等。同時，管理界面設計人性化、易操作，所見即所得。

（四）管理監控能力。提供完善的平臺管理方式，包括Web圖形化界面管理方式、命令行管理等，用于管理監控各種組件或服務。

三、火龍果生長環境實時監控、大棚智能控制系統

大棚智能控制系統包括自動噴灑農藥系統和智能控制大棚天窗系統。

火龍果生長環境監測系統：火龍果基地溫室大棚內每隔50米安裝一個高清攝像頭，可實時捕獲溫室內部的畫面，并將畫面數據傳輸給綜合管理平臺。通過遠程訪問方式，我們可以觀看溫室內部實時畫面，當發現農作物上出現害蟲時，工作人員可及時開啟自動噴灑農藥系統，及時減少農作物損失。在火龍果基地安裝了10個大棚天窗，根據大棚內溫度及濕度變化，可遠程自動控制大棚天窗開關，實現大棚保溫。通過大棚內實時視頻，農業技術人員可以隨時看到植物生長情況，可提供農業直觀的在線教育。

四、火龍果種植土壤監測系統及氣象系統

（一）火龍果種植土壤的監測系統

在火龍果基地大棚內安裝兩套種植土壤監測設備，通過傳感器將土壤的肥力和濕度傳輸到信息化管理平臺，并將數據參與到作物的生長情況分析中，輔助管理人員干預火龍果生長環境，提高火龍果的產量質量。

（二）氣象分析系統

作物的生長對于環境的依賴性比較強。在火龍果基地旁邊建立了一個微氣象裝置，主要對空氣中的溫度、風向、風速、氣壓、降雨量等氣象參數進行監測，并將采集到的數據通過網絡傳輸到信息化管理平臺。平臺對采集的數據進行存儲、統計和分析，并將所有分析結果通過各種報表、統計圖、曲線等方式顯示，為農業生產提供氣象基本服務。

五、火龍果產業基地水質水流監測系統

水質水流監測系統由浮臺、電源供電系統、傳感器、數據傳輸設備等組成。它放置于火龍果產業基地的水域內，可全天候、連續、定點地觀測水質、水流情況，并實時將數據傳輸到環境物聯網云端，再傳輸到信息化管理平臺。

六、基于大數據的分析系統

（一）火龍果產量銷量、生長數據分析

及時采集生產基地火龍果的產、銷數據，可以對火龍果產業的生長、生產、銷售等環節進行詳細分析，展示產業的優勢與劣勢。之后，將分析內容以圖表、統計的形式展示到大屏，輔助管理者決策，助力產業擴散。

（二）火龍果基地旅游、游客分析

通過對于位置信息數據分析，計算各基站實時連接的人數，統計進入火龍果科技示范園各個時段的客流量，并分析客流來源。游客使用交通工具分析、客流畫像分析等，并將數據公開到大屏。

基于傳感器技術、自動檢測技術、物聯網技術和大數據技術的信息智能管理系統，已在合慶火龍果科技示范園區應用。它對種植土壤、氣象、灌溉水質水源等火龍果生長環境進行實時監測，同時可以自動噴灑農藥、智能控制大棚天窗的開閉。該系統已納入到村統一信息化管理平臺。這個系統及管理平臺極大降低人力物力，為果園管理及村區域管理提供科學決策，將大力推進鄉村主導產業全產業鏈開發，對推進農業由增產導向轉到提質導向，具有顯著的社會效益和經濟效益。□