洪之奇，聶鵬程，黃凌霞，何　勇

（浙江大學a農(nóng)業(yè)與生物技術學院，b生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

遠程可視化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務技術在果蔬園區(qū)的應用研究

洪之奇a，聶鵬程b*，黃凌霞a，何勇b

（浙江大學a農(nóng)業(yè)與生物技術學院，b生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

為提高果蔬生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加果蔬園區(qū)收入，設計一套適用于果蔬生產(chǎn)園區(qū)的遠程智能化物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)只需在園區(qū)布置一套信息果蔬園區(qū)信息采集系統(tǒng)、可視化視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制柜等設備即可完成遠程化云托管服務。信息獲取后直接通過Internet傳輸?shù)皆贫?，并在云端對實時信息處理后，將控制指令遠程傳輸給控制執(zhí)行機構，實現(xiàn)果蔬園區(qū)的可視化與智能化遠程監(jiān)控，大大提高園區(qū)管理效率，降低物聯(lián)網(wǎng)應用成本，并結合實例取得了較好的應用效果，對未來果蔬產(chǎn)業(yè)信息化與自動化發(fā)展具有重大意義。

物聯(lián)網(wǎng)；果蔬種植；云服務；自動化

文獻著錄格式：洪之奇，聶鵬程，黃凌霞，等.遠程可視化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務技術在果蔬園區(qū)的應用研究 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2015，56 （12）：1967-1969.

我國是農(nóng)業(yè)大國，而非農(nóng)業(yè)強國，近30年來果園高產(chǎn)量主要依靠農(nóng)藥化肥的大量投入，大部分化肥和水資源沒有被有效利用而隨地棄置，導致大量養(yǎng)分損失并造成環(huán)境污染。我國果園生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環(huán)境保護與水土保持構成嚴重威脅，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)［1-3］。

物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展有效地解決了上述肥水浪費和作業(yè)效率低等難題，國內(nèi)外眾多學者逐步將先進的物聯(lián)網(wǎng)技術應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面，取得了較好的應用效果［2-7］。但是，目前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推廣仍然存在一些問題，比如管理分散、硬件投入高等，具體來說就是當前物聯(lián)網(wǎng)技術的應用對農(nóng)業(yè)從業(yè)人員素質提出了相當高的要求，農(nóng)民必須具備一定的設備與軟件維護能力。其次，當前物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以基地為單位，每個基地必須配置一臺服務器。系統(tǒng)需24 h不間斷運行，因此對服務器的性能與質量提出更高要求，對于經(jīng)濟實力和技術實力相對薄弱的農(nóng)村來說，是一種沉重的經(jīng)濟負擔，日后的維護也存在一定困難。

為解決上述難題，本文研發(fā)了實時、動態(tài)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)果園信息快速實時監(jiān)測，并將信息及時上傳至云端，通過云端分析處理后，將控制指令從云端發(fā)往現(xiàn)場控制柜，實現(xiàn)果蔬生產(chǎn)的智能灌溉、智能施肥與智能噴藥等自動控制，節(jié)省了基地端硬件服務器投入，大大降低了系統(tǒng)維護難度，并為遠程管理提供了穩(wěn)定可靠的技術保障，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術具有重要的現(xiàn)實意義。

1　果蔬園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計

1.1果蔬園區(qū)信息獲取

果蔬信息獲取主要采用無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，由無線傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點、路由節(jié)點、中心基站、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務器和遠程訪問節(jié)點等組成，如圖1所示。

圖1　無線傳感器的網(wǎng)絡

傳感節(jié)點負責采集、存儲其所在地點的各種土壤和環(huán)境參數(shù)，包括空氣溫度、濕度、光照強度、土壤溫濕度等數(shù)據(jù)。傳感節(jié)點通過自組網(wǎng)無線組網(wǎng)通信方式將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點。

1.2果蔬園區(qū)的智能化控制系統(tǒng)

在信息獲取基礎上，將實時獲取的信息在云端進行實時存儲與記錄，并且實時傳輸給控制決策系統(tǒng)，控制決策系統(tǒng)調用相關的控制模型后，將實時信息作為輸入變量，通過模型庫的運算后產(chǎn)生控制指令，控制指令通過Internet下傳至基地控制柜，從而實現(xiàn)基地內(nèi)的自動化灌溉與環(huán)境調控等遠程化智能控制，如圖2所示。

圖2　基于云服務的園區(qū)自動化控制系統(tǒng)結構

1.3遠程可視化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計

在信息獲取基礎上，在園區(qū)安裝數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到農(nóng)村網(wǎng)絡傳輸速度與性能問題，將視頻服務器部署在基地端，通過網(wǎng)絡可實時訪問到可視化信息，但視頻存儲仍然在基地端完成，當遠程端需要讀取的時候，可通過網(wǎng)絡實時讀取任一時段的視頻信息。同時，物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)均通過Internet與云端系統(tǒng)通信，考慮到農(nóng)村Internet網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，因此，在不通網(wǎng)絡的基地內(nèi)，本研究設計以3G 或4G網(wǎng)絡代替Internet網(wǎng)絡，實現(xiàn)基地端與云端的互聯(lián)，如圖3所示。

圖3　遠程可視化物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)的整體結構

2　果蔬系統(tǒng)的實用情況

在上述技術架構下，開發(fā)了基于JAVA技術的網(wǎng)絡化物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，并將管理平臺安裝在阿里云服務。在基地方面，本文以湖州沿移山莊為例，在該園區(qū)部署了信息采集設備9套，同時安裝了5個網(wǎng)絡視頻監(jiān)控探頭，用于實時獲取園區(qū)內(nèi)的環(huán)境信息。并在整個園區(qū)內(nèi)安裝了一套控制柜系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要對大田、簡易大棚、連棟溫室進行肥水灌溉與智能控制。圖4所示的信息采集設備為果蔬生產(chǎn)的信息監(jiān)測設備。

圖4　果蔬生產(chǎn)信息監(jiān)測與控制的設備

獲取的信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)皆贫撕?，可在任何地方的計算機通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對園區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)測與智能化操控，并能實時監(jiān)測到園區(qū)的環(huán)境信息與可視化信息，遠程監(jiān)控端可通過云端查看園區(qū)實時數(shù)據(jù)情況，同時也可以查看任一時段的數(shù)據(jù)累積與變化趨勢情況，如圖5所示。

圖5　遠程信息監(jiān)測與分析的界面

在遠程信息化基礎上，結合自動化與可視化技術，可實現(xiàn)遠程的園區(qū)智能化管理與遠程視頻監(jiān)控功能，管理人員可通過網(wǎng)絡遠程操作、設置管控系統(tǒng)參數(shù)、模型，實時控制園區(qū)內(nèi)控制系統(tǒng)所連接的電氣設備。并通過圖像輔助實現(xiàn)可視化操控，以確保遠程控制的有效性和可靠性，提升農(nóng)業(yè)服務質量，遠程可視化智能控制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如圖6所示。

圖6　遠程可視化與智能化操控的實際界面

3　小結

在物聯(lián)網(wǎng)信息獲取、自動化控制與可視化監(jiān)控技術之上，引用云服務與云計算技術，不僅大大降低了園區(qū)服務器硬件投資，也提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過系統(tǒng)運行實驗可知，4系統(tǒng)配置硬件成本相比傳統(tǒng)配置降低了12%，軟件穩(wěn)定性更高。通過1年的運行表明，該系統(tǒng)維護次數(shù)降低了35%，一般軟件維護由到現(xiàn)場變成了任一有網(wǎng)絡的計算機上即可維護，大大降低了維護成本，提高了應用效率，并且為園區(qū)降低人力成本20%，水肥勞資投入減少15%左右，取得了較好的應用效果，具有較好的應用推廣前景，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展起到一定的促進作用。

［1］ 何勇，聶鵬程，劉飛.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與傳感儀器研究進展［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44（10）：216-224.

［2］ 聶鵬程.植物信息檢測與自組織農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究［D］.杭州：浙江大學，2012.

［3］ 汪懋華.物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領域應用發(fā)展對現(xiàn)代科學儀器的需求［J］.現(xiàn)代科學儀器，2010（3）：5-6.

［4］ 卜天然，呂立新，汪偉.基于TinyOS無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計 ［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2009（2）：23-26.

［5］ 張曉東，毛罕平，倪軍.作物生長多傳感信息檢測系統(tǒng)設計與應用 ［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2009，12（9）：164-170.

［6］ 謝琪，田緒紅，田金梅.基于RFID的養(yǎng)豬管理與監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn) ［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2009（12）：204-206.

［7］ 何龍，聞珍霞，楊海清.無線傳感網(wǎng)絡技術在設施農(nóng)業(yè)中的應用 ［J］.農(nóng)機化研究，2010，32（12）：236-239.

（責任編輯：張 韻）

S 126

A

0528-9017（2015）12-1967-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151217

2015-06-20

洪之奇 （1988-），男，浙江義烏人，碩士研究生。E-mail：449365772@qq.com。

聶鵬程，副研究員，博士。E-mail：npc2012@zju.edu.cn。