楊俊杰，于鐵忠，金貴霞，賈恒彬，李 恒，李勝普

（河北中信聯(lián)信息技術(shù)有限公司，河北石家莊 050051）

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施作物智能測(cè)控與診斷平臺(tái)

楊俊杰，于鐵忠，金貴霞，賈恒彬，李 恒，李勝普

（河北中信聯(lián)信息技術(shù)有限公司，河北石家莊 050051）

利用傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)感知農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的空氣溫、濕度、光照，土壤的濕度等農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的關(guān)鍵因素，并根據(jù)農(nóng)作物的自身特點(diǎn)，建立其最適宜生長(zhǎng)的成長(zhǎng)模型，通過專家分析、人工干預(yù)、自動(dòng)控制等手段為農(nóng)作物提供最優(yōu)的生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)采集與分析處理，實(shí)現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)全程監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預(yù)警與控制，最終達(dá)到優(yōu)質(zhì)高收，智能化，產(chǎn)業(yè)化的效果。

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)感知；無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)產(chǎn)品成長(zhǎng)模型；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預(yù)警與控制

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中將現(xiàn)代通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，使用各種傳感器精確監(jiān)測(cè)設(shè)施環(huán)境因子，使得設(shè)施環(huán)境處于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，以手機(jī)作為載體實(shí)時(shí)查看農(nóng)業(yè)設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過先進(jìn)的技術(shù)將農(nóng)業(yè)專家知識(shí)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，使得每個(gè)農(nóng)民都能通過簡(jiǎn)單的方法在種植技術(shù)上達(dá)到專家水準(zhǔn)，大大提高了農(nóng)民的生產(chǎn)質(zhì)量。

1 平臺(tái)原理

每種農(nóng)植物都有自己的生長(zhǎng)周期，而在其成長(zhǎng)周期，影響農(nóng)植物生產(chǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵因素主要包括：水、空氣、光照和溫度等，通過對(duì)每項(xiàng)因素的解析，發(fā)現(xiàn)跟農(nóng)植物密切相關(guān)的主要因素包括：空氣的溫濕度、土壤溫度、光照等，而隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，這些因素完全可以通過信息化調(diào)節(jié)來進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控，引導(dǎo)農(nóng)植物的高效成長(zhǎng)。

通過對(duì)影響農(nóng)植物的室內(nèi)溫度，濕度信號(hào)以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，研究一套適于各種農(nóng)植物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)模型庫；農(nóng)戶只要通過平臺(tái)就可以清楚了解該植物的成長(zhǎng)周期、適宜的環(huán)境等，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物成長(zhǎng)過程中的關(guān)鍵因素，形成了農(nóng)植物生長(zhǎng)模型庫，當(dāng)農(nóng)植物生長(zhǎng)過程的一些關(guān)鍵因素脫離標(biāo)準(zhǔn)模型時(shí)，對(duì)病蟲害可能發(fā)生的情況進(jìn)行預(yù)警。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)見圖1，主要由平臺(tái)應(yīng)用、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次組成，其中平臺(tái)應(yīng)用層次包括：設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)和告警、病蟲害預(yù)警、生產(chǎn)智能化控制與實(shí)時(shí)信息采集傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)、生產(chǎn)模型和智能化決策系統(tǒng)等；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層次包括：企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)服務(wù)組織、蔬菜種植戶、農(nóng)業(yè)專家、農(nóng)業(yè)主管部門及蔬菜生產(chǎn)全過程的所有信息構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫管理中心；基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層次包括：基于互聯(lián)網(wǎng)的用戶終端、有線／無線網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、智能采集、傳輸、控制設(shè)備等。

圖1 平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 技術(shù)路線

平臺(tái)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)智能感知產(chǎn)品為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)獲取、傳輸與處理；以蔬菜生產(chǎn)全程關(guān)鍵因素智能感知、無線傳輸、生產(chǎn)智能控制、遠(yuǎn)程專家指導(dǎo)技術(shù)為核心，以云服務(wù)的模式提供強(qiáng)大的模型和智能處理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享，避免重復(fù)投入；以蔬菜產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)為支撐，實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)；以無線傳輸與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為承載，實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)的全程管理。

3 平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

平臺(tái)系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。

技術(shù)上實(shí)現(xiàn)分四層：用于支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的感知層設(shè)備、傳輸層網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)以及市、區(qū)縣兩級(jí)監(jiān)控中心和各類應(yīng)用終端。應(yīng)用為政府主管部門構(gòu)建市、區(qū)縣二級(jí)控制應(yīng)用中心，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理服務(wù)分三個(gè)級(jí)別體系，市農(nóng)業(yè)主管機(jī)構(gòu)（服務(wù)機(jī)構(gòu)）、企業(yè)（基地、合作社）和農(nóng)戶，每層分別可以支持管理員、專家和種植者角色。服務(wù)內(nèi)容包括溫室農(nóng)作物種植階段生長(zhǎng)環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)、智能化分析、病蟲害預(yù)警、監(jiān)測(cè)報(bào)警、專家指導(dǎo)等服務(wù)。幫助政府行業(yè)管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理服務(wù)，積累數(shù)據(jù)資源。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)各功能均采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主要的功能模塊如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)各功能模塊圖

溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集主要根據(jù)農(nóng)植物生長(zhǎng)過程中息息相關(guān)的環(huán)境因素，并將這些數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，讓農(nóng)戶實(shí)時(shí)了解溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過直觀的圖表、短信展現(xiàn)給終端農(nóng)戶、農(nóng)業(yè)專家等。

病蟲害防治與預(yù)警為平臺(tái)的核心功能，通過模型構(gòu)建、模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等多種方式開發(fā)。通過對(duì)病蟲害的成長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用‘積溫算法’對(duì)病蟲害的有效積溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)各個(gè)階段的積溫值進(jìn)行預(yù)警，利用環(huán)境因數(shù)破壞病蟲害的成長(zhǎng)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲害的防治，并通過直觀的界面展示給終端用戶。

成熟度預(yù)報(bào)根據(jù)植物生長(zhǎng)的階段周期、積溫模型、和積累的往年數(shù)據(jù)，分析出植物生長(zhǎng)過程中各個(gè)階段成熟的周期，可以提前預(yù)測(cè)各種農(nóng)植物成熟情況，并將各個(gè)階段所需要的溫室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析環(huán)境模型是否適宜農(nóng)植物的成長(zhǎng)，當(dāng)溫室環(huán)境不合理時(shí)，及時(shí)給用戶發(fā)出預(yù)警，為農(nóng)作物的廠長(zhǎng)和農(nóng)戶計(jì)算收割時(shí)間提供有效的工具。

農(nóng)作物智能化模型庫是為農(nóng)作物成長(zhǎng)過程提供的一套生長(zhǎng)模型，該模型通過建立起一整套的植物生長(zhǎng)過程中的數(shù)據(jù)模型，為專家分析提供分析工具；系統(tǒng)通過對(duì)每種農(nóng)作物建立智能化數(shù)據(jù)模型，并通過各類傳感器將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)庫，通過比較分析生成處理結(jié)果，進(jìn)而為專家指導(dǎo)農(nóng)戶生產(chǎn)提供幫助。

數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)報(bào)表是將系統(tǒng)處理好的數(shù)據(jù)結(jié)果，通過多種查詢條件自由組合，并將查詢結(jié)果通過圖表進(jìn)行統(tǒng)一顯示，用戶、農(nóng)業(yè)專家可以通過該功能直觀的了解各個(gè)溫室的相關(guān)數(shù)據(jù)，快送查找有問題的溫室。

專家互動(dòng)主要是為農(nóng)戶和專家建立起一個(gè)溝通的橋梁；農(nóng)戶可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，手機(jī)短信、彩信等多種方式，提交問題給專家，專家通過該“專家互動(dòng)”功能，將反饋的信息，以相同的方式返回給農(nóng)戶。

農(nóng)技在線：提供包括常見農(nóng)植物種植方法下載、種植過程注意事項(xiàng)、各階段病蟲害的防治等，并通過短信或站內(nèi)消息提示農(nóng)戶生產(chǎn)注意事項(xiàng)等。

4 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)資源的發(fā)展重點(diǎn)是對(duì)土地、水源、生產(chǎn)資料等的管理，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展重點(diǎn)是對(duì)土壤、大氣、水質(zhì)、氣象、災(zāi)害的監(jiān)測(cè)。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的階段，都可以用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來提高工作效率。在種植和培育階段，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析實(shí)時(shí)的土壤信息，來選擇合適的農(nóng)作物；在農(nóng)產(chǎn)品的收獲階段，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)廉價(jià)的信息采集，從而在種植收獲階段進(jìn)行更精準(zhǔn)的測(cè)算。隨著發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛，也越來越重要.一批關(guān)鍵農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)培育問題也期待科技突破。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用來說是難得的機(jī)遇，物聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展也必將深刻影響智能農(nóng)業(yè)的未來。

［1］王亞唯.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展綜述［J］.科技信息，2010（3）：54－56.

［2］張進(jìn)京.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例與效益［J］.中國(guó)信息界，2010（3）：73－76.

［3］張應(yīng)福.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用［J］.通信與信息技術(shù)，2010（1）：50－53.

［4］馬一丁.透過應(yīng)用看物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景［J］.中國(guó)電子商情，2003（3）：36－37.

［5］李文清，郭宗良.物聯(lián)網(wǎng)的成長(zhǎng)與發(fā)展綜述［J］.網(wǎng)絡(luò)與信息，2010（2）：27－27.

The intelligent measurement and diagnostic platform for facilities crop based on Internet of Things（IOT）

YANG Jun－jie，YU Tie－zhong，JIN Gui－xia，JIA Heng－bin，LI Heng，LI Sheng－pu

（HebeiUniwinInformationTechnologyCo.，Ltd.，ShijiazhuangHebei050051，China）

Using sensor networks and the Internet of Things，the key factors in the crop growth process is realized by the real－time remote sensing，such as the air temperature，humidity，light，soil moisture and so on.Based on the inherent characteristics of crops，the optimum growth model is established.Through expert analysis，manual intervention，automatic control and other methods，the optimum growing conditions of the crops is provided.The real－time collection and analysis processing of information is achieved to get vegetable industry whole process monitoring.The agricultural production warning and control are realized.The effects high－quality，high－income，intelligence and industrialization are achieved.

Real－time remote sensing；Wireless and Internet technology；Agricultural growth model；Agricultural production warningand control

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0025－04

2011－06－30

楊俊杰（1980－），男，工程師，主要研究方向：智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用、智能農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電子政務(wù)發(fā)展.