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        基于北斗和物聯(lián)網(wǎng)的中藥材種植監(jiān)測平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

        2017-11-27 12:59:00李光濤
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)

        李光濤

        摘 要:為解決中藥材在種植環(huán)節(jié)監(jiān)測和管護(hù)方面存在信息盲區(qū)的問題,文中借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位、WebGIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)實現(xiàn)了中藥材種植環(huán)節(jié)的全方位監(jiān)測、管理和服務(wù),從而構(gòu)建了中藥材種植管理基礎(chǔ)平臺,實現(xiàn)了中藥材全產(chǎn)業(yè)鏈的信息追溯,同時還可以依托該基礎(chǔ)平臺,建立省級中藥產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺。

        關(guān)鍵詞:中藥材;北斗導(dǎo)航;物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)測平臺

        中圖分類號:TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-1302(2017)11-00-03

        0 引 言

        當(dāng)前,在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下,互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術(shù)已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎?,F(xiàn)階段,互聯(lián)網(wǎng)正不斷與越來越多的傳統(tǒng)行業(yè)融合,包括中藥材行業(yè)。

        隨著國家對中藥材產(chǎn)業(yè)監(jiān)管、監(jiān)測體系的要求越來越高,中藥產(chǎn)業(yè)必須要有一個覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的信息化支撐體系,做到產(chǎn)業(yè)鏈的可追溯。

        為了實現(xiàn)中藥材產(chǎn)業(yè)鏈的全程監(jiān)管,必須要建立與之相適應(yīng)的信息化支撐體系,目前,商務(wù)部牽頭已在中藥材加工生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)建立了國家中藥材流通追溯體系,但產(chǎn)業(yè)鏈上游尚未實現(xiàn)可管可控。利用現(xiàn)代信息技術(shù)實現(xiàn)中藥材在上游種植環(huán)節(jié)的可管可控,采用北斗衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù),結(jié)合基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng),實現(xiàn)對中藥材種植、生長、管護(hù)情況的監(jiān)測,對于全面掌握區(qū)域中藥材種植分布情況,提高中藥材質(zhì)量品質(zhì)與中藥材精準(zhǔn)種植具有重大意義,同時還能實現(xiàn)中藥材種植面積可控、產(chǎn)量可估、市場可調(diào)的目標(biāo)。

        1 關(guān)鍵技術(shù)

        1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

        北斗衛(wèi)星導(dǎo)航是我國具有獨立自主產(chǎn)權(quán)的高端技術(shù),近年來北斗技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用開始普及。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在中藥材種植監(jiān)測中的主要用途是測畝和管護(hù)巡查,由于中藥材的種植分布呈現(xiàn)不規(guī)則化和分散化,利用北斗終端可實現(xiàn)種植面積的精確測量、地理坐標(biāo)標(biāo)識。另一方面,對于某些種植區(qū)域較為偏僻的山區(qū)或無人區(qū),現(xiàn)有移動通信手段無法有效覆蓋,北斗RDSS功能可確保采集數(shù)據(jù)直接通過衛(wèi)星傳輸,降低了對地面通信系統(tǒng)的依賴,對于邊遠(yuǎn)地區(qū)、地形復(fù)雜地區(qū)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集非常適用。北斗終端能夠切實提升中藥材種植基地的管理水平和監(jiān)測水平。

        1.2 WebGIS技術(shù)

        中藥材種植監(jiān)測平臺基于WebGIS技術(shù),WebGIS是一個交互式、分布式、動態(tài)的地理信息系統(tǒng),用戶可以瀏覽空間數(shù)據(jù)并制作專題圖,進(jìn)行空間檢索和空間分析,為用戶提供中藥材種植空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析服務(wù)。

        1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

        在中藥材種植監(jiān)測過程中用到了多種環(huán)境監(jiān)測傳感器,因此利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)十分必要,主要通過小型氣象站將局部氣候環(huán)境信息上傳至平臺,實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

        1.4 云計算技術(shù)

        中藥材種植監(jiān)測平臺采用云計算平臺架構(gòu),能夠融合接入多樣化的業(yè)務(wù)。云計算平臺根據(jù)用戶需求動態(tài)劃分或釋放不同的物理和虛擬資源,當(dāng)需求增加時,通過增加可用的資源進(jìn)行匹配;如果用戶不再使用這部分資源,便可釋放。云計算為客戶提供的這種能力是無限的,實現(xiàn)了IT資源利用的可擴(kuò)展性。此外,在系統(tǒng)的長期運行過程中,將會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)對于建立區(qū)域性中藥材大數(shù)據(jù)平臺十分重要。

        2 平臺總體設(shè)計

        平臺設(shè)計以云計算平臺為基礎(chǔ),結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù),采用分層架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)分為采集與傳輸層、業(yè)務(wù)支撐層、數(shù)據(jù)資源管理層、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用層以及信息安全體系和運行維護(hù)體系。

        以陜西省為例,平臺在功能上能夠完成陜西省中藥材種植面積數(shù)據(jù)采集、測量、處理、傳輸、標(biāo)準(zhǔn)化、模型計算、WebGIS數(shù)據(jù)規(guī)格化、系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)展示及應(yīng)用,直觀反映了中藥材種植分布現(xiàn)狀,覆蓋當(dāng)前陜西省72個中藥材種植縣及主要種植品種,規(guī)范化基地、重點發(fā)展品種則可以按照縣、市(地區(qū))、省統(tǒng)計單品種植面積、進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)估,并對重點種類、重點規(guī)范化基地建立中藥材管護(hù)監(jiān)測點。平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

        3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

        系統(tǒng)設(shè)計分為四個子系統(tǒng),分別為分布面積展示系統(tǒng)、中藥材種植監(jiān)測系統(tǒng)、中藥材管護(hù)系統(tǒng)、中藥材估產(chǎn)系統(tǒng)。

        3.1 分布面積展示系統(tǒng)

        中藥材種植面積分布展示通過加載適當(dāng)?shù)牡貓D系統(tǒng),包括地形圖和行政圖,完成以下功能:

        (1)建立全省中藥材種植信息庫,包括陜西省各縣中藥材種植的品種、面積、主要種植戶和合作社信息;

        (2)按照每種單品區(qū)域面積分布情況,自動生成種植面積覆蓋區(qū)域,并統(tǒng)計本區(qū)域面積;

        (3)以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)為單位統(tǒng)計本區(qū)域內(nèi)中藥材種植面積,以縣和地區(qū)為單位統(tǒng)計本區(qū)域內(nèi)的中藥材種植面積;

        (4)以單品為統(tǒng)計對象,實現(xiàn)按照單品進(jìn)行縣、地區(qū)、省內(nèi)種植面積的統(tǒng)計。

        圖2展現(xiàn)了利用數(shù)據(jù)地圖展示陜西中藥材種植面積概況,數(shù)據(jù)地圖的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)與地圖相結(jié)合,能夠應(yīng)用地圖來分析和展示與位置相關(guān)的數(shù)據(jù),整體展現(xiàn)效果更加直觀、明確,一目了然。

        3.2 中藥材種植監(jiān)測系統(tǒng)

        3.2.1 種植面積管理

        對于中藥材種植基地來說,一般分布在一定海拔高度且多山地區(qū)域,由于種植區(qū)域的不規(guī)則性,會存在未連片種植的情況,導(dǎo)致種植面積測量較為困難。因此在中藥材種植基地的面積測量方面,可采用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的測畝儀完成,在測量過程中,用戶可以圍繞被測地塊走一圈,獲取當(dāng)前地塊面積,實現(xiàn)多人多終端測量,簡單方便,基于衛(wèi)星定位導(dǎo)航的測畝儀可以獲取當(dāng)前地塊的坡度、海拔、周長、面積等,方便種植戶和經(jīng)營者了解種植畝數(shù)。

        種植面積測量界面如圖3所示。

        3.2.2 中藥材種植監(jiān)測系統(tǒng)

        中藥材的分布和生存受周圍環(huán)境因素制約,中藥材不僅需要適應(yīng)一定的溫度幅度(年平均溫度、最低和最高月平均溫度),還需要一定的溫度量(如大于10℃的活動積溫),且極端溫度(1月份最低溫和7月份最高溫)會嚴(yán)重限制中藥材垂直分布和水平分布。影響中藥材分布的水分因子有年降雨量,濕度;影響中藥材分布的光因子有光照強(qiáng)度和日照時數(shù),光因子會影響中藥材開花的情況?;谝陨弦蛩?,在種植具有高附加值的中藥材過程中,有必要進(jìn)行種植環(huán)境和生長過程的實時監(jiān)測,可以通過在種植基地設(shè)置多個監(jiān)測點,安置不同的傳感器,如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器,定期收集該區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù),一方面有利于實時監(jiān)測中藥材的生長,預(yù)估當(dāng)期中藥材的產(chǎn)量,另一方面,長期的歷史數(shù)據(jù)積累有利于把握種植基地的環(huán)境要素,對于下一年的戰(zhàn)略布局十分有利。endprint

        中藥材種植監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖4所示。

        3.3 中藥材種植管護(hù)系統(tǒng)

        管護(hù)模塊主要為中藥材管護(hù)工作人員提供資源定位、資源數(shù)據(jù)收集等服務(wù)。管護(hù)模塊可對區(qū)域內(nèi)的中藥材資源分布情況進(jìn)行精確定位,分類管理,建立區(qū)域中藥材資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

        管護(hù)模塊由北斗數(shù)據(jù)采集、管護(hù)線路規(guī)劃、管護(hù)區(qū)域規(guī)劃、管護(hù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、管護(hù)人員管理、管護(hù)終端管理等子模塊組成。

        北斗數(shù)據(jù)采集模塊主要完成北斗終端數(shù)據(jù)的接收和存儲功能,當(dāng)工作人員在進(jìn)行區(qū)域管護(hù)巡查時,用戶可利用北斗手持終端直接勾繪圖塊或通過軌跡記錄圖塊,也可利用北斗終端設(shè)備,對中藥材資源等進(jìn)行拍照和攝像,并進(jìn)行經(jīng)緯度定點記錄,同時可填寫相關(guān)文字信息。上傳時若沒有3G/4G信號,則可將信息通過北斗短報文發(fā)送到系統(tǒng),后臺數(shù)據(jù)采集模塊對短報文進(jìn)行解析,并將其保存到對應(yīng)的資源數(shù)據(jù)庫中,若工作人員進(jìn)行普查的區(qū)域已有3G/4G信號覆蓋,則工作人員可將資源信息直接通過移動互聯(lián)網(wǎng)(3G/4G)發(fā)送到系統(tǒng),后臺數(shù)據(jù)采集模塊對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析后保存到資源數(shù)據(jù)庫中。中藥材管護(hù)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖5所示。

        3.4 中藥材估產(chǎn)系統(tǒng)

        根據(jù)中藥材的種植特點,在面積已知的情況下,根據(jù)中藥材生長年限的不同進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,建立重點品種產(chǎn)量估算模型,估計重點中藥材品種產(chǎn)量。根據(jù)區(qū)域劃分,按照地區(qū)、縣的種植面積估計本年度中藥材的產(chǎn)量,并統(tǒng)計當(dāng)年主要藥材的估計產(chǎn)量,可輔助中藥材下一年的決策。

        4 結(jié) 語

        中藥是特殊的農(nóng)產(chǎn)品,具有明顯的地域性特點,因此在尊重傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新發(fā)展是中藥材種植發(fā)展模式的大趨勢。充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立省級區(qū)域的中藥材管理信息平臺,目前在國內(nèi)處于空白狀態(tài),該平臺可以結(jié)合中藥材產(chǎn)品追溯體系,形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)管鏈條,對統(tǒng)籌區(qū)域中藥材資源,引導(dǎo)群眾脫貧致富具有十分重要的意義。

        參考文獻(xiàn)

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