唐海和

摘 要：目前有機(jī)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，但是其面臨這諸多問題，包括農(nóng)場(chǎng)分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；該系統(tǒng)方案通過 4G 無線通信技術(shù)完成農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，結(jié)合分布式體系架構(gòu)，每個(gè)有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域采用PLC核心技術(shù)進(jìn)行4G采集控制器設(shè)計(jì)，通過電信運(yùn)營商進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分發(fā)，同時(shí)架設(shè) APN（Access Point Name）專線與監(jiān)控中心進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的信息化管理和無線遠(yuǎn)程監(jiān)控；實(shí)際的應(yīng)用效果表明，有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)能夠有效克服傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方面的弊端，有效地提升了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的信息化程度和管理效率。

關(guān)鍵詞：有機(jī)農(nóng)業(yè)；信息化管理；4G技術(shù)；無線遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）19-0022-02

隨著大數(shù)據(jù)和Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廣泛推廣和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的不斷發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)信息化平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的相關(guān)應(yīng)用受到不同領(lǐng)域的重視，也為農(nóng)業(yè)管理從傳統(tǒng)的人工方式逐步向信息化遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)方式逐步過渡[1-2]。然而目前有機(jī)農(nóng)業(yè)涉及的對(duì)象存在多樣性，而且涉及的要素種類繁多，同時(shí)有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域分布不均，而且信息化水平往往發(fā)展地較為落后，綜合數(shù)據(jù)信息的獲取與傳輸仍面臨最后一公里交互通信的瓶頸問題。因此，農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與管理控制中心之間的通信方式直觀重要。一般情況下，農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)典型的通信方式主要包含以下幾種：

（1）農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控管理中心之間通過RS485總線或者網(wǎng)線等有線鏈路進(jìn)行連接通信。此種通信方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸線的布線錯(cuò)綜復(fù)雜，運(yùn)營維護(hù)難度較大，造成故障的可能性極高，技術(shù)難度也較大，增加了系統(tǒng)維護(hù)管理的成本[3]。

（2）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案，將互聯(lián)網(wǎng)與典型公司的GPRS/CDMA等移動(dòng)通信技術(shù)相融合，突破了距離的限制，方便了農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的互聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)接入。此種方案有效地解決了最后一公里的問題，具有組網(wǎng)靈活，信號(hào)強(qiáng)，故障率低，升級(jí)和維護(hù)較為方便等優(yōu)勢(shì)[4-5]。

因此，本文設(shè)計(jì)的有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)通過實(shí)現(xiàn)4G無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的無縫融合和連接，為智能化和信息化的農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理提供了重要的發(fā)展機(jī)遇和提升的空間。

1 有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)融合了通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過運(yùn)行在監(jiān)控管理中心的管理軟件實(shí)體，對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，按照農(nóng)作物的生長情況生產(chǎn)合理的培育方案，控制灌溉和施肥等過程，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)作業(yè)的信息化管理；同時(shí)，還系統(tǒng)還可以為用戶提供視頻監(jiān)控管理、專家在線指導(dǎo)等服務(wù)，使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)林管理部門和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)商對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生長狀態(tài)和安全情況進(jìn)行實(shí)時(shí)了解了解[6]。系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本架構(gòu)如圖1所示，本系統(tǒng)可以劃分為三個(gè)基本層次，分別是監(jiān)控瀏覽層、通信網(wǎng)絡(luò)層及現(xiàn)場(chǎng)控制層組成。

監(jiān)控瀏覽層作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控中心，其負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的部署和使用，對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、灌溉水位等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，結(jié)合農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)和意見，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品作物的信息化管理；管理人員能夠通過系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和打印，實(shí)時(shí)記錄和掌握農(nóng)田/園林管理過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)資料，而且相關(guān)的農(nóng)業(yè)專家能夠利用4G視頻對(duì)農(nóng)作物的實(shí)際生長情況進(jìn)行掌握，并提供技術(shù)支持和視頻直播指導(dǎo)；遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和手機(jī)等智能移動(dòng)終端可憑借賬號(hào)密碼通過互聯(lián)網(wǎng)登陸監(jiān)控中心的管理后臺(tái)，對(duì)農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行查看。通訊網(wǎng)絡(luò)層主要作為信息的傳輸紐帶，將4G網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)控制層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和上報(bào)，主要由4G采集控制器完成。4G采集控制器一方面把農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器獲取的參數(shù)轉(zhuǎn)換為特定的數(shù)據(jù)格式，同時(shí)將視頻編碼壓縮后上傳至服務(wù)器；另一方面接收來自監(jiān)控管理中心的控制數(shù)據(jù)，利用科學(xué)的農(nóng)業(yè)物生長管理算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌，而且能夠按照控制命令對(duì)對(duì)攝像鏡頭和云臺(tái)轉(zhuǎn)向進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

1.2 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主要包括兩部分內(nèi)容，分別是應(yīng)用服務(wù)器和Radius通信服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器作為RSview監(jiān)控軟件的主機(jī)、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的主機(jī)以及數(shù)據(jù)備份服務(wù)器進(jìn)行使用。Radius服務(wù)器負(fù)責(zé)完成與各控制點(diǎn)之間的通信過程。監(jiān)控中心接收到來自農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制層的相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過監(jiān)控軟件完成氣象資料、土壤環(huán)境濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的上傳和綜合分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉管理的自動(dòng)化；而且還能夠通過監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢和打印，數(shù)據(jù)的類型主要包括整個(gè)有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、土壤環(huán)境、灌溉設(shè)備設(shè)置參數(shù)、施肥情況、灌溉情況以及灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)[7]。

1.3 采集系統(tǒng)

4G采集控制器基本組成如圖2所示，傳感器陣列完成了農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集，視頻編碼模塊則通過MPEG4標(biāo)準(zhǔn)完成視頻信號(hào)的編碼，采集封裝后的數(shù)據(jù)通過4G路由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控控制中心。PLC控制器實(shí)現(xiàn)了兩部分的功能，一方面接收來自農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的采集數(shù)據(jù)，根據(jù)人工操作控制電磁閥，完成農(nóng)田灌溉；另一方面接收來自監(jiān)控管理中心的數(shù)據(jù)指令，對(duì)電磁閥和攝像云臺(tái)完成相應(yīng)的操作控制，需要說明的是，農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)管理區(qū)應(yīng)用了分布式架構(gòu)布局，為4G采集控制器分配屬于自身的處理器，通過單獨(dú)的程序進(jìn)行控制。

1.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)作為整個(gè)信息交互的和核心和紐帶，直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，鑒于農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)區(qū)域容量相對(duì)較大、監(jiān)控點(diǎn)分散不集中且數(shù)量大、對(duì)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的智能化分析處理的要求相對(duì)較的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧有機(jī)農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展以及可擴(kuò)展性，通信系統(tǒng)采用4G網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)專線APN連接相融合的方案。融合了4G網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的數(shù)據(jù)信息交互系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)在線，同時(shí)具有穩(wěn)定性、按流量計(jì)費(fèi)、免維護(hù)和低故障率等特點(diǎn)；監(jiān)控中心通過APN專線實(shí)現(xiàn)對(duì)所有監(jiān)控點(diǎn)的管理，所有監(jiān)控點(diǎn)均使用內(nèi)網(wǎng)固定IP，確保了數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定傳輸。

2 結(jié)語

隨著有機(jī)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，但是其面臨這諸多問題，包括農(nóng)場(chǎng)分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；該系統(tǒng)方案通過4G無線通信技術(shù)完成農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，結(jié)合分布式體系架構(gòu)，每個(gè)有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域采用PLC核心技術(shù)進(jìn)行4G采集控制器設(shè)計(jì)，通過電信運(yùn)營商進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分發(fā)，同時(shí)架設(shè)專線與監(jiān)控中心進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的信息化管理和無線遠(yuǎn)程監(jiān)控；實(shí)際的應(yīng)用效果表明，有機(jī)農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)能夠有效克服傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方面的弊端，有效地提升了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的信息化程度和管理效率。

本系統(tǒng)可以在以下領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和推廣，包括城市排水管理系統(tǒng)、園藝管理系統(tǒng)、有機(jī)蔬菜以及林業(yè)種植、花卉養(yǎng)殖等領(lǐng)域，其融合了4G網(wǎng)絡(luò)和Internet通信方案的整體優(yōu)勢(shì)，響應(yīng)了國家的“互聯(lián)網(wǎng)+”和科技農(nóng)業(yè)發(fā)展的號(hào)召，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化進(jìn)程的發(fā)展。

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