易 瑜

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底，417000）

基于物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算服務(wù)的農(nóng)業(yè)溫室智能化平臺(tái)研究與應(yīng)用

易 瑜

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底，417000）

以建設(shè)智能化溫室物聯(lián)網(wǎng)為目標(biāo)，提出溫室物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)技術(shù)方案。該方案包括技術(shù)架構(gòu)、溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)及通信終端、智能控制終端和無線傳感網(wǎng)及通信終端，智能控制終端。設(shè)計(jì)了溫室環(huán)境監(jiān)控軟件，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)小氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了溫室群的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理控制和云數(shù)據(jù)分析等功能。提高了溫室生產(chǎn)的精細(xì)化作業(yè)水平。

溫室；傳感器；信息服務(wù)；云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

近年來，農(nóng)業(yè)溫室智能化在中國(guó)迅速發(fā)展，面積已達(dá)8×105hmz以上，超過溫室總面積的60%，已被廣泛用于蔬菜生產(chǎn)、花卉盆景、水產(chǎn)養(yǎng)殖、果木育苗、畜禽伺養(yǎng)、觀賞農(nóng)業(yè)和工廠化育苗等領(lǐng)域。利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)管理控制技術(shù)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室能夠利用不同的傳感器節(jié)點(diǎn)和具有簡(jiǎn)單執(zhí)行機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)，依據(jù)測(cè)量基質(zhì)溫濕度、PH值和空氣溫濕度、氣壓、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境因子，再通過模型分析和數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)調(diào)控溫室環(huán)境、控制灌溉和施肥作業(yè)，從而獲得植物生長(zhǎng)的最佳條件。但僅憑農(nóng)戶的技術(shù)水平難以直接利用這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策，農(nóng)技專家也只能在定量分析的基礎(chǔ)上才能做出判斷和決策，所以，對(duì)大規(guī)模溫室群的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的智能化管理需要大數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的支持。同時(shí)，溫室物聯(lián)網(wǎng)入網(wǎng)個(gè)體數(shù)量巨大、以分鐘為時(shí)間間隔產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)對(duì)每個(gè)溫室瞬間完成數(shù)據(jù)分析，及時(shí)做出管理決策，并根據(jù)信息反饋采取溫室環(huán)境控制措施，以達(dá)到對(duì)溫室提供個(gè)性化和專業(yè)化的服務(wù)水平。本文就云計(jì)算技術(shù)在溫室物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用問題進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)基于云計(jì)算的溫室群物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室群的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理控制和云數(shù)據(jù)分析等功能。

1 技術(shù)方案

1.1 技術(shù)架構(gòu)

溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括：傳感終端、無線傳感網(wǎng)、通信終端、控制終端、監(jiān)控中心和應(yīng)用軟件。

1.2 溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)

（1）智能監(jiān)測(cè)終端

溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)終端由無線采集終端和各種環(huán)境信息傳感器組成，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)的空氣溫濕度、土壤含水量、光照強(qiáng)度、CO2濃度等參數(shù)。

圖1 智能監(jiān)測(cè)終端實(shí)物圖

（2）無線傳感網(wǎng)及通信終端

溫室大棚無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)主要由如下兩部分組成：溫室大棚內(nèi)部感知節(jié)點(diǎn)間的自組織網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。前者主要實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集及傳感器與執(zhí)行控制器間的數(shù)據(jù)交互。溫室大棚環(huán)境信息通過內(nèi)部自組織網(wǎng)絡(luò)在中繼節(jié)點(diǎn)匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)各溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。

（3）智能控制終端

溫室大棚環(huán)境智能控制終端由測(cè)控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，通過GPRS模塊與管理監(jiān)控中心連接。根據(jù)溫室大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強(qiáng)度及CO2濃度等參數(shù)，對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，包括遮陽簾、風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、側(cè)窗、灌溉電磁閥、CO2氣肥機(jī)等設(shè)備。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

（4）溫室環(huán)境監(jiān)控軟件

通過監(jiān)控軟件平臺(tái)可將土壤信息感知設(shè)備、空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)感知設(shè)備、外部氣象感知設(shè)備、視頻信息感知設(shè)備等各種感知設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、處理和挖掘，通過中央控制軟件的智能決策，形成有效指令，通過聲光電報(bào)警指導(dǎo)管理人員或者直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方式調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)的小氣候環(huán)境，為作物生長(zhǎng)提供優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

作為數(shù)據(jù)信息的有效補(bǔ)充，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻信號(hào)傳輸技術(shù)，對(duì)溫室大棚內(nèi)部作物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行全天候視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器、高分辨率攝像頭組成，網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器主要用以提供視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)。在已有Internet上，只要能夠上網(wǎng)就可以根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程的圖像訪問、實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、在線、便捷的監(jiān)測(cè)方式。

在溫室棚內(nèi)部、溫室之間根據(jù)需要布置攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室生產(chǎn)及溫室區(qū)域安防進(jìn)行監(jiān)控。所有圖像和控制信號(hào)都在管理控制中心集中顯示和控制。顯示系統(tǒng)配備液晶顯示器，進(jìn)行集中控制與顯示。系統(tǒng)集成了多畫面處理顯示、視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、圖像壓縮編碼/恢復(fù)解碼、數(shù)字錄像/即時(shí)回放、影像資料管理、資料備份/還原、云臺(tái)/鏡頭控制、視頻服務(wù)等多種功能。

3 農(nóng)業(yè)小氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)小氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括農(nóng)業(yè)氣象站和應(yīng)用軟件系統(tǒng)，用于對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、太陽總輻射、氣溫、氣壓、濕度等氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。具有手機(jī)氣象短信功能，可以通過GPRS無線通訊方法與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心計(jì)算機(jī)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于統(tǒng)計(jì)分析和處理。現(xiàn)場(chǎng)氣象站由各種傳感器、微電腦氣象數(shù)據(jù)采集儀、太陽能電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集裝置和不銹鋼支架等部分構(gòu)成。

4 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由計(jì)算機(jī)、液晶顯示屏及配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。建設(shè)管理監(jiān)控中心的目的是對(duì)整個(gè)溫室大棚園區(qū)進(jìn)行信息化管理并進(jìn)行成果展示。通過監(jiān)控中心可將溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、環(huán)境調(diào)控設(shè)備運(yùn)行信息、視頻信息等各種感知設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、處理和展示。

5 結(jié)束語

本文借助云計(jì)算、人工智能、無線通信、傳感器和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提出基于云計(jì)算的溫室物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，涉及溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備智能化、大規(guī)模數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和云分析、個(gè)性化云服務(wù)等多項(xiàng)技術(shù)，基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)為大規(guī)模溫室提供個(gè)性化服務(wù)能力，降低了系統(tǒng)建設(shè)的平均成本，提高了溫室物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)挖掘能力，特別是面向溫室生產(chǎn)動(dòng)態(tài)過程的實(shí)時(shí)云預(yù)警技術(shù)，促進(jìn)溫室生產(chǎn)的智能化、精細(xì)化作業(yè)水平。

Research and application of agricultural greenhouse intelligent platform based on Internet of things and cloud computing services

Yi Yu
（Loudi Vocational and Technical College，Loudi Hunan,417000）

Based on the goal of building intelligent greenhouse,the technical scheme of greenhouse Internet of things service platform is put forward.The scheme comprises a technical architecture,a greenhouse environment intelligent monitoring system,a wireless sensing network and a communication terminal,an intelligent control terminal,a wireless sensing network and a communication terminal.Design of greenhouse environment monitoring software,video monitoring system, agricultural microclimate monitoring system, monitoring center,to achieve the greenhouse group of data storage,management control and cloud data analysis and other functions.Improve the level of the fine operation of greenhouse production.

greenhouse;sensor;information service;cloud computing;Internet of things

易瑜（1980-），女，湖南婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，碩士研究生，研究方向：教育管理，網(wǎng)站設(shè)計(jì)與安全管理。

本文為湖南省科技廳自科聯(lián)合基金項(xiàng)目：基于云計(jì)算的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)研究，湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目：基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的葡萄園監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究（編號(hào)：16B219），婁底市科技局項(xiàng)目：基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的煤礦采空區(qū)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題：基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)溫室智能管理系統(tǒng)的研究成果。