彭秀媛， 張慶芳， 白 冰， 盧 闖

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110161)

農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與信息服務(wù)平臺(tái)研制與應(yīng)用

彭秀媛， 張慶芳， 白 冰， 盧 闖

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110161)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，環(huán)境因素決定成本和效益，也決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成敗和難易度。該研究以三維GIS技術(shù)為核心集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程視頻技術(shù)、專家知識(shí)服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，搭建農(nóng)業(yè)環(huán)境管理全面化、信息服務(wù)多樣化、決策智能化的新一代信息技術(shù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的管理、農(nóng)業(yè)信息資源的整合以及集成服務(wù)的提供，全過(guò)程監(jiān)控農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后環(huán)境信息，真實(shí)、豐富、具體地表現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息，全面、靈活地提供農(nóng)業(yè)信息服務(wù)。

農(nóng)業(yè)環(huán)境信息；物聯(lián)網(wǎng)；三維GIS；專家知識(shí)；遠(yuǎn)程視頻

近年來(lái)我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積不斷增加，集約化生產(chǎn)管理需求逐步增強(qiáng)，智能化生產(chǎn)趨勢(shì)日益明顯，特別是在農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與信息服務(wù)方面表現(xiàn)尤為突出。遼寧省是我國(guó)日光溫室蔬菜生產(chǎn)的發(fā)源地，截至2012年全省設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)73.33 hm2，規(guī)模居全國(guó)第二位，其中日光溫室生產(chǎn)面積穩(wěn)居全國(guó)首位，因此集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維GIS技術(shù)[1-2]、遠(yuǎn)程視頻技術(shù)，建立一個(gè)功能全面的通用農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與信息服務(wù)平臺(tái)，將農(nóng)業(yè)設(shè)備和農(nóng)業(yè)作業(yè)過(guò)程相統(tǒng)一，農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求相一致，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與信息服務(wù)模式，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案

結(jié)合國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[3-7]，針對(duì)遼寧省農(nóng)業(yè)環(huán)境特點(diǎn)、環(huán)境管理現(xiàn)狀及信息服務(wù)需求，研究提出了農(nóng)業(yè)環(huán)境管理與信息服務(wù)平臺(tái)總體框架，如圖1所示。該平臺(tái)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供生產(chǎn)指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)科研工作者提供精準(zhǔn)的科研數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程診斷，為農(nóng)業(yè)管理者提供決策支持。

平臺(tái)體現(xiàn)了一種全新的科學(xué)監(jiān)控管理及技術(shù)服務(wù)模式，該模式以農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息為手段[8]，以傳感器為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)智能化決策為核心，以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信為載體，以農(nóng)民的實(shí)際應(yīng)用為終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后集環(huán)境等農(nóng)業(yè)資源的一體化管理。

2 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于知識(shí)庫(kù)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)以“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”為基礎(chǔ)，以滿足生產(chǎn)相關(guān)條件為前提，提出了“農(nóng)業(yè)智能物聯(lián)框架”模型，該模型包括采集節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、應(yīng)用軟件5層，每層節(jié)點(diǎn)之間均通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行連接。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)工作流程見圖2。該系統(tǒng)基于RIA-CBX軟件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、采集數(shù)據(jù)分析、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)告警、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、監(jiān)控設(shè)備管理等功能。系統(tǒng)功能見圖3。

該系統(tǒng)包含了農(nóng)作物生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程庫(kù)，該庫(kù)根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)栽培季節(jié)、生長(zhǎng)周期、監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行區(qū)分，將專家知識(shí)表述為不同條件下的量化了的農(nóng)作物生長(zhǎng)參數(shù)，并配有不同農(nóng)作物生長(zhǎng)周期水肥管理注意事項(xiàng)，基于平臺(tái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的下發(fā)，對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全程指導(dǎo)，如圖4所示。該生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程庫(kù)的知識(shí)建設(shè)一方面由專家提供，另一方面通過(guò)對(duì)該平臺(tái)采集的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)專家審核獲得。

2.2 農(nóng)業(yè)三維GIS系統(tǒng)基于三維可視化技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及Skyline技術(shù)，集成海量多源多分辨率遙感影像、數(shù)字高程模型、三維建筑模型等模型數(shù)據(jù)以及溫室、道路等矢量數(shù)據(jù)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地、管理區(qū)域等地的真實(shí)、直觀的農(nóng)業(yè)三維地理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于三維可視環(huán)境的實(shí)景漫游、三維定位(圖5)、地物瀏覽查詢(圖6)、數(shù)據(jù)顯示、三維分析[土方分析、淹沒分析(圖7)、路徑分析等]、空間量測(cè)、輸出、二三維聯(lián)動(dòng)等功能，為農(nóng)業(yè)提供三維信息服務(wù)。

2.3 系統(tǒng)集成基于農(nóng)業(yè)三維GIS系統(tǒng)，以基礎(chǔ)地理框架數(shù)據(jù)為核心，集成農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)，搭建農(nóng)業(yè)環(huán)境管理全面化、信息服務(wù)多樣化、決策智能化的新一代信息技術(shù)支撐平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理、信息資源的整合以及集成服務(wù)的提供，全過(guò)程監(jiān)控農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后信息，真實(shí)、豐富、具體地表現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息，全面、靈活地提供農(nóng)業(yè)信息服務(wù)，為管理和決策提供更加直接和真實(shí)的目標(biāo)和研究對(duì)象。系統(tǒng)功能集成如圖8、9所示。

3 結(jié)語(yǔ)

“農(nóng)業(yè)環(huán)境資源信息管理與服務(wù)平臺(tái)”可廣泛應(yīng)用于溫室、大田生產(chǎn)、水產(chǎn)、陸地養(yǎng)殖、滴灌節(jié)水、倉(cāng)儲(chǔ)、遠(yuǎn)程診斷以及災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域，覆蓋農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)科研、生產(chǎn)部門、農(nóng)戶，面向手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端用戶提供服務(wù)。自2010年以來(lái)，該平臺(tái)在農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，依托自身的科技推廣體系、遼寧省移動(dòng)分公司等合作伙伴，在省內(nèi)外相關(guān)地區(qū)進(jìn)行示范并大面積推廣應(yīng)用。目前農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備累計(jì)推廣覆蓋1 041.33 hm2，增加經(jīng)濟(jì)效益2.18億元，平臺(tái)已帶動(dòng)農(nóng)業(yè)合作社152個(gè)，輻射農(nóng)戶14.5萬(wàn)戶，進(jìn)一步面向全省1萬(wàn)多農(nóng)業(yè)合作社、超過(guò)500萬(wàn)農(nóng)戶提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和信息服務(wù)，潛在用戶群體大，應(yīng)用前景廣闊。

該平臺(tái)可以進(jìn)一步完善，逐步增加重大研究項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)、主要作物種植區(qū)域、主要溫室作物的環(huán)境管理、信息服務(wù)范圍，進(jìn)行對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息更全面的采集、更深入的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大面積、多專業(yè)、多領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)環(huán)境信息管理與信息服務(wù)，進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)科研、生產(chǎn)指導(dǎo)和決策支持的信息化水平。

[1] 承繼成，林琿，周成虎，等.數(shù)字地球?qū)д揫M].北京：科學(xué)出版社，2000:202-236.

[2] 朱慶．三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)綜述[J]．地理信息世界，2004,2(3)：8-12．[3] 楊建思，陳永喜.城市三維信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2001,34(6):126-128.

[4] 朱會(huì)霞，王福林，索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011,27(2):313.

[5] 邢志卿，付興，房駿，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2010(4):16-20.

[6] XIANG Z Q,FU X,FANG J,et al.The applied and research of the internet of things in the modern agriculture[J].Agricultural Technology and Equipment,2010(4):16-20.

[7] YAN M J,XIE N,WANG Z,et al.The application of the internet of things in the modern agriculture[J].China Agriculture Report,2011,27(8):464-467.

[8] 王建強(qiáng).基于嵌入式web的農(nóng)作物遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014(2):215-217.

The Development and Application of Agriculture Environmental Management and Information Service Platform

PENG Xiu-yuan, ZHANG Qing-fang, BAI Bing et al

(Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang, Liaoning 110161)

In the modern agricultural production, environmental factors determine the cost and benefit, and also determine the success or failure and the degree of difficulty of agricultural production. Based on the 3D GIS technology integrated the internet of things technology, remote video technology, and expert knowledge service the modern agriculture, the new generation information technology support platform was established, which realized agriculture environmental management comprehensive, diversified information services, intelligent decision, realizing the massive agricultural data management, integration of agricultural information resources and provision integrated service. The whole process monitor environmental information before, during and after the agricultural production process, real, rich, detailed convey agricultural environment information, and provide agricultural information service comprehensively and flexibility.

Agricultural environment information; The internet of things; 3D GIS; Expert knowledge; Remote video

遼寧省科技廳“農(nóng)業(yè)攻關(guān)計(jì)劃”項(xiàng)目(2011216014)。

彭秀媛(1986-)，女，遼寧本溪人，助理研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)信息化研究。

2015-03-23

S 24

A

0517-6611(2015)13-348-03