基于物聯網的智慧農業云平臺系統建設

江渭 王艷 孫祥峰 陸微薇

摘要：現代智慧化農業不僅能夠把涉農業務系統整合，也可以共享農業數據資源。本文在有效整合涉農資源的基礎上，提出建立“大農業”數據中心，從而完善互聯網共享的農業信息服務系統。構建一體化的智慧農業云平臺，有助于平臺在智慧農業實踐和應用中發揮更大的作用。

關鍵詞：智慧農業;物聯網;云平臺;農產品質量溯源

Abstract： Modern Intelligent Agriculture can not only integrate agricultural business system， but also share agricultural data resources. Based on the effective integration of agricultural resources， this paper puts forward the establishment of “big agriculture” data center， so as to perfect the agricultural information service system shared by Internet. Building an integrated intelligent agriculture cloud platform will help the platform play a greater role in the practice and application of intelligent agriculture.

Keywords： intelligent agriculture; internet of things; cloud platform; traceability of agricultural product quality

引 言

隨著我國移動時代互聯網信息技術和現代云計算信息技術的廣泛應用，它已經完全可以實現對農業遠程監測診斷、遙控遠程管理、災害監測預警等進行智能化的遠程管理。通過遠程的監控診斷，溝通和遠程咨詢，逐步基本建立我國農業服務信息電子服務系統可視化的遠程應用管理模式。能夠幫助我國農業服務管理者快速實現遠程，準確地進行監控，提高我國農業體系建設的遠程管理水平，進一步加強指導和監督規范我國農業服務生產與信息流通。

1 智慧農業

“智慧農業”時代正處于農業發展和生產的高級階段，它融合了新興的移動互聯網、移動端互聯網、云計算、物聯網和大數據等多種技術，依靠自動化的農業生產現場和無線通訊網絡中的各類傳感器節點（包括環境溫度和濕度，土壤中的濕度，二氧化碳，圖像等）來實現對人類的智能感知、智能報告、智能決策、智能數據分析和對農業生產中的環境專家進行在線監控和指導，為農業生產者精準種植和可視化管理提供決策依據[1]。

“智慧農業”主要指的是云計算，傳感器網絡，3s 等信息技術在我國現代農業發展中的一種綜合性應用。它可以實現農業信息化完整的基礎和技術支持，對于農業的信息系統進行透徹了解，集中大量的數據資源，廣泛地互連，深入的實現智能管理控制和將“智能農業”與現代生物技術，種植科學技術以及其他的高新技術緊密結合在一起[2]。因此，對于建設現代農業發展具有非常重要的意義。

2 智慧農業系統

“智慧農業”體系可以幫助農戶實現高效的產品生產、供銷、控制種植、育苗、生產經營管理、訂貨、物流配送、農產品質量安全可追溯源，推進傳統農業向現代智能農業的轉型[3]。它主要由以下三個子系統共同組成：精準農業生產管理系統、農產品質量溯源系統和農業專家遠程診斷服務系統。

2.1“智慧農業”精準農業生產管理系統

“智慧農業”系統是使用溫度、濕度、光線、二氧化碳氣體等各種傳感器來監視和管理農產品在整個過程中的增長，并通過傳感器檢測有機化學合成是否被添加到生產過程中。進行對肥料，農藥，生長調整劑，飼料中添加劑等原材料的土壤化學成分檢測，通過RFID 檢測每批次幼苗的來源，等級和栽培單位部門以及各種資料的統計[4]。例如，可以在種植，生產，質量檢查，運輸等過程中收集幼苗數據，以便特定的種植者可以有效地識別、存儲和處理實時數據。

系統主要功能：（1）農田數據采集功能（如溫濕度，土壤pH等）;（2）實現農業生產現場監測視頻數據采集，生產全過程的監控功能;（3）在生產過程中積累大量的數據分析功能;（4）遙控功能，如遙控風機，灌溉，風扇等;（5）手機監控和控制功能。

2.2農產品質量溯源系統

農產品質量可以追溯體系能夠使用網絡方式將信息及時地更新至檔案資料庫。它是可以由農產品經營者固定專用 RFID讀取器自動識別、培養、跟蹤、記錄其活動模式及增長數據，監控各類農產品生存密度及環境參數、實現對農產品物流信息可追溯性（農產品經營者可以通過包裝的條形碼檢測農產品的物流運行狀態）以及農產品經營者使用RFID 或其他條形碼管理系統來檢測農產品的質量[5]。為顧客提供相應的增值服務，并為客戶提供相應增值服務。

2.3農業專家遠程診斷服務系統

農業專家遠程診斷服務系統主要使用無線數字傳輸和網絡視頻壓縮技術對監控視頻信息，控制信息和其他監視數據進行壓縮和編碼。通過提供給專家的無線數據網絡，專家可以在室內實現遠程實時指導、瀏覽、在線問答和咨詢等服務。完整的遠程專家自動診斷系統可以記錄視頻信息[6]。

專家診斷平臺的功能包括以下三個方面。（1）種植人員與專家之間的雙向音視頻實時通訊功能;（2）遠程傳感提醒及遙控功能;（3）多領域農業專家、多用戶綜合服務功能。

3 智慧農業建設的意義

3.1能夠有效改善農業生態環境

智慧農業建設將農田，畜牧業，水產養殖基地和其他生產單位以及整個周圍的生態環境。通過系統和精確計算其材料交換和能量周期之間的關系，農業生產的生態環境得到保證在可容忍范圍內。例如：定量施肥不會引起土壤壓實，排出的牲畜和家禽糞不會引起水和空氣污染。

3.2能夠顯著提高農業生產經營效率

基于精密農業傳感器的實時監控，云計算，數據挖掘等技術的多層次分析，以及各種控制設備的分析描述，完成農業生產和管理[7]。這種智能機制取代了人類農業勞動力，不僅解決了農業勞動力的短缺，而且還實現了高規模，密集，現代的農業生產，提高農業生產能力，應對自然環境風險，使傳統農業成為高效的現代化農業。

3.3能夠徹底轉變農業生產者和消費者觀念

完善的農業技術和電子商務網絡服務系統使農業人員無需出門就可以遠程學習農業知識，并獲得各種技術和農產品的供求信息。專家系統和信息終端已成為指導農業生產者進行農業生產和經營的工具，并且改變了依靠農業生產和管理經驗來僅在傳統農業技術中進行決策的習慣[8]。另外，智能農業的實施使農業生產規模越來越大，生產效率越來越高。這迫使小規模農業生產被市場淘汰，并形成了農業組織體系。

4 智慧農業云平臺系統建設

智慧農業應用云計算平臺的目標是通過新型農業物聯網、大數據、3S等農業信息化核心技術有效地充分整合現有涉農產業資源，以頂層技術設計的商業方式重新構建并形成“1個平臺、5個系統、n個應用”[9]。平臺能夠有效匯聚全國農業生產行業各級相關農業主營業務的數據應用和服務數據，形成“大農業”的綜合數據中心，構建一個互聯網與共享的“互聯網+農業”數據信息共享服務體系。最終達到在科學政策指導下農業集體生產經營運行的監督管理，政府主導決策性農業監管，以及為廣大社會公眾免費提供農業服務。

4.1建設目標

智慧農業云平臺建設為農業企業提供共享與交換服務，實現整個農業信息網數據共享與交換，主要實現以下目標：（1）數據交互：能夠將一個數據庫的某一表中數據，根據一定的要求導入到另一數據庫相應表中;（2）資源共享與訂閱：能夠實現數據資源的共享設置、共享級別設置，訂閱數據資源等操作，并能按照訂閱內容交換數據;（3）信息級別權限控制：一定級別的工作站只能訪問該級別或級別要求更低的共享資源;（4）數據操作源和目的數據庫可以為多種數據庫：如：SQL Server，Oracle等;（5）數據交換要支持多種數據類型：如：數值、字符、日期、文件等;（6）信息交換平臺運行模塊要以服務程序模式運行;（7）信息交換平臺支持數據配置擴展，可以通過配置文件來更改運行環境、共享資源數據內容以及共享級別;（8）日志記錄：創建日志，方便調試和日后查看;（9）系統具有長時間穩定運行的能力;（10）有一定的網絡故障處理能力，當網絡出現問題時，系統可以在一定程度上采取自救措施，如支持斷點續傳和發送短信息給等待用戶;（11）統一門戶，提供統一身份驗證及單一登錄。（12）智慧農業云平臺的建設首先需要保證農業生產數據的匯集分類、分級規劃以及多數據源的有機融合;其次需要滿足與農業管理信息系統在業務信息、電子政務信息等數據信息的交互。

4.2總體框架

按照農業部“統一技術標準、統一運行環境、統一安全保障、統一數據中心和統一門戶”的具體要求，智慧農業信息化平臺運用云計算技術實現農業、農資信息數據的交互共享，為農業建設一個交互平臺實現跨平臺數據共享與訪問，為企業信息化提供一致和統一的基礎架構，統一的系統管理、端對端的安全架構、內容管理及服務的個性化和集成服務，提供統一身份驗證、工作管理與監控、信息集成、安全管理、文檔管理等功能[10]。

4.3智慧農業云平臺子系統建設

4.3.1農業物聯網系統

在溫室或現場溫度控制檢測系統中，可以考慮使用溫度傳感器，濕度變化傳感器，pH溫度傳感器，光強度傳感器，CO2傳感器和用于設備的其它化學檢測傳感設備，以便于準確檢測各種環境條件中的各種與其相關聯的物理化學參數。CO2傳感器和其他設備，以檢測環境中的相關物理參數。隨著農業自動化控制，各類農業儀器和設備或儀表的參數實時顯示，確保了農作物良好、合適地生長發展的環境。技術工作者能夠通過遙控器監視并自動控制多種農作物的成活環境。利用網絡數據分析衡量和利用農業獲取作物成長的最優條件，可以有效地為精確管理和控制農業溫室成本提供科學基礎，也達到了增加農業生產，提高質量，調節成本及提高經濟效益等目的。

4.3.2農產品深加工智能生產系統

智能生產管理系統為中小型加工企業的生產應用。它可以幫助企業建立標準化，準確和實時的生產數據庫，同時實現簡單、標準、詳細的生產和庫存業務的綜合管理，提高管理效率，掌握及時，準確，全面的生產動態，有效地控制生產過程。通過該系統的生產管理模塊的應用，管理人員可以隨時了解生產情況和庫存情況，自動產生生產成分，跟蹤整個生產過程，并科學管理生產材料[11]。與此同時，它還可以幫助公司管理人員及時控制生產成本。了解產品輸出和庫存的業務細節，發現存在的問題，避免庫存積壓，實現快速的市場響應。

4.3.3智能倉儲物流系統

結合國內外實際管理情況，利用現代網絡信息技術和物流管理經驗，開發符合現代大中型連鎖企業發展的智能倉儲物流管理系統。系統以實用、高效、便捷、經濟的建設方式為原則，為連鎖企業打造符合企業發展可擴充的現代倉儲管理系統。通過不斷研發和大量客戶使用反饋，將打造出符合中國商業零售企業應用的現代智能倉儲物流管理系統，幫助連鎖企業徹底解決物流管理方面的問題。

4.3.4智慧農業云網系統

可以將農業生產物聯網數據、農業批發市場企業網絡、倉儲物流數據、車輛RFID管理系統、農產品銷售網絡和農產品溯源系統融為一體。為農場主、生產加工企業、批發企業、市場管理者、政府監管單位、消費者提供一個信息共享、智能快捷、科學決策的智慧農業云網。

4.3.5農產品溯源系統

農產品質量安全及管理溯源系統圍繞“從農田到餐桌”的安全管理理念，綜合運用了多種網絡技術、條碼識別等前沿技術，具有生產企業（基地等）、農產品生產檔案（產地環境、生產流程、質量檢測）管理、檢測數據（企業自檢、檢測中心抽檢）管理、條形碼標簽設計和打印、基于網站和手機短信平臺的質量安全溯源等功能[12]。實現了對農業生產、流通等環節信息的溯源管理，為政府部門提供監督、管理、支持和決策的依據，為企業建立包含生產、物流和銷售的可信流通體系。

6 結束語

通過物聯網和大數據等技術的應用，智慧農業云平臺實現了信息共享、業務協同和數據開放，為開展農業服務應用、政府決策分析提供數據支持。同時，也為現代信息技術與現代農業的融合發揮著重大作用，能夠大力推進農業信息化的發展。

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基金項目：2018年陜西省教育廳專項科研計劃項目“基于電商扶貧的陜西農村物流系統規劃建設研究”（項目編號：18JK1063）

2020陜西省大學生創新創業訓練項目階段性成果（項目編號：S202012712019）