鄒洪艷+張建軍+劉韜

摘要：

為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)園區(qū)集中化、片區(qū)化、網(wǎng)格化發(fā)展，需要對(duì)園區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)農(nóng)業(yè)園區(qū)智能數(shù)字化管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包括園區(qū)網(wǎng)格管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、庫(kù)存管理、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控等幾個(gè)子系統(tǒng)，涉及圖像采集、低功耗數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、Web技術(shù)以及微信應(yīng)用等技術(shù)。系統(tǒng)最終通過(guò)測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)的區(qū)域化管理與實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高農(nóng)業(yè)工作效率。

關(guān)鍵詞：

農(nóng)業(yè)園區(qū)；網(wǎng)格化；數(shù)據(jù)采集；Java

DOIDOI：10.11907/rjdk.172647

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2017）012-0116-02

Abstract：In order to realize the centralization， regionalization and gridding development of agricultural parks in our country， the park is monitored and managed in real time.This paper design and implement a intelligent digital management system in agricultural parks，includes campus grid management， production process management， inventory management，video real time monitoring management，relates to image acquisition， low power data transmission， data processing and storage， web technology and WeChat technology etc. The platform eventually passed the test to achieve the desired goal The conclusion is that the system can realize the regional management of agricultural parks， and can accomplish real-time monitoring， and ultimately improve the efficiency of agricultural work.

Key Words：agricultural park；gridding； data acquisition；Java

0 引言

中國(guó)自古以來(lái)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是我國(guó)“三農(nóng)”問(wèn)題之首和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要部門(mén)[1]。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展要由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代化，必須按照高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的要求，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[2]。20世紀(jì)90年代提出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture）概念，并且很快成為了世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流、新趨勢(shì)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)將精準(zhǔn)測(cè)量計(jì)算引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，利用傳感器技術(shù)（Sensor Technology）、3S集成技術(shù)（3S Integration Technology）、嵌入式技術(shù)（Embedded Technology）、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（Database Technology）、網(wǎng)絡(luò)通信（Network Communications）等與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)科學(xué)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化控制（Intelligent Control of Agricultural Production），為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了革命性變化[3-4]。

1 項(xiàng)目背景與意義

近年來(lái)智能化農(nóng)業(yè)園區(qū)已成為了農(nóng)業(yè)園區(qū)管理者的關(guān)注焦點(diǎn)。園區(qū)的工作人員可以坐在計(jì)算機(jī)前，根據(jù)各個(gè)終端提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化管理，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與信息化手段相結(jié)合可以極大地提高農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量[5]。然而，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)園區(qū)管理在一定程度上缺乏靈活性。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展[6]，智能手機(jī)已成為人們生活中不可缺少的一部分[7]，如何將農(nóng)業(yè)園區(qū)的智能化系統(tǒng)與移動(dòng)設(shè)備有效結(jié)合在一起，以提高工作的便捷性、自動(dòng)性和即時(shí)性，是當(dāng)下研究人員關(guān)心的問(wèn)題[6]。近年來(lái)，隨著移動(dòng)管理與監(jiān)控軟件的發(fā)展，使園區(qū)的工作人員在移動(dòng)設(shè)備上能夠隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采取相應(yīng)措施，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地辦公，保證了工作的靈活性[5]。

2 項(xiàng)目總體規(guī)劃

為了對(duì)大規(guī)模園區(qū)生產(chǎn)進(jìn)行有效管理，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理，將所有生產(chǎn)要素以數(shù)字信息形式呈現(xiàn)在管理者面前，幫助其決策農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。同時(shí)管理者可通過(guò)系統(tǒng)向工作者發(fā)布指令、分配工作任務(wù)，工作人員將工作現(xiàn)狀反饋給系統(tǒng)，管理者又可通過(guò)系統(tǒng)了解到當(dāng)下農(nóng)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)狀況。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 園區(qū)網(wǎng)格管理子系統(tǒng)

園區(qū)網(wǎng)格管理子系統(tǒng)主要包括園區(qū)劃分、傳感器節(jié)點(diǎn)部署、數(shù)據(jù)采集與顯示3部分。首先根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)實(shí)際生產(chǎn)需要對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分，使之形成網(wǎng)格形狀（區(qū)域），如圖1所示；在每一個(gè)區(qū)域部署傳感器節(jié)點(diǎn)，區(qū)域與區(qū)域之間節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組網(wǎng)建立通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理與存儲(chǔ)，并在存儲(chǔ)過(guò)程中建立數(shù)學(xué)模型，分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)與報(bào)警；最后將采集的數(shù)據(jù)顯示在客戶(hù)端，園區(qū)工作人員通過(guò)園區(qū)采集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)報(bào)警數(shù)據(jù)制定相應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃。

網(wǎng)格管理子系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)有：①通過(guò)精細(xì)化與網(wǎng)格化管理，充分利用土地資源；②管理者可以實(shí)時(shí)掌握每個(gè)農(nóng)田區(qū)域的環(huán)境信息，為生產(chǎn)計(jì)劃制定提供科學(xué)依據(jù)；③節(jié)約資源，避免重復(fù)的生產(chǎn)工作。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程管理子系統(tǒng)

根據(jù)初步功能調(diào)研，將生產(chǎn)過(guò)程管理子系統(tǒng)初步劃分為幾個(gè)模塊：生產(chǎn)計(jì)劃制定模塊、生產(chǎn)進(jìn)度模塊、生產(chǎn)計(jì)劃記錄模塊、生產(chǎn)任務(wù)驗(yàn)收模塊。

生產(chǎn)計(jì)劃制定子模塊中，農(nóng)業(yè)園區(qū)管理員可以選擇網(wǎng)格劃分后的園區(qū)區(qū)域，并選定工作內(nèi)容（選擇工作內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示該區(qū)域最近一段時(shí)間已完成的工作）、執(zhí)行工作小組、執(zhí)行時(shí)間、使用設(shè)備、使用資源的種類(lèi)和數(shù)量等。確認(rèn)工作計(jì)劃后即可將任務(wù)分發(fā)給各工作小組，各工作小組根據(jù)工作計(jì)劃到倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)取設(shè)備和資源并執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)下發(fā)的任務(wù)會(huì)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在生產(chǎn)計(jì)劃記錄子模塊，管理員可以按區(qū)域查看每塊園區(qū)的任務(wù)歷史記錄，每條記錄中都包含有任務(wù)類(lèi)別、執(zhí)行小組成員名單、消耗資源、使用設(shè)備（設(shè)備是否入庫(kù)或損壞）、任務(wù)分配時(shí)間、任務(wù)完成時(shí)間等。同時(shí)管理員還可以對(duì)這些記錄進(jìn)行修改或刪除。

在生產(chǎn)任務(wù)驗(yàn)收模塊中，管理員可以查看已提交的任務(wù)，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)收，不合格的可以重新返回小組，并附加管理員修改意見(jiàn)，工作小組完成修改后可以繼續(xù)提交。當(dāng)管理員驗(yàn)收通過(guò)后，該項(xiàng)任務(wù)的所有信息則會(huì)添加到數(shù)據(jù)庫(kù)；若任務(wù)在一定時(shí)間內(nèi)未通過(guò)，則提示任務(wù)失敗并將其納入記錄中。

3.3 庫(kù)存管理子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的企業(yè)運(yùn)作過(guò)程中，存在以下幾種常見(jiàn)問(wèn)題：①缺乏科學(xué)的管理系統(tǒng)。企業(yè)若沒(méi)有建立一套適合自身情況的庫(kù)存系統(tǒng)，未對(duì)庫(kù)存物品進(jìn)行科學(xué)、詳盡的分類(lèi)，庫(kù)存控制策略往往會(huì)流于簡(jiǎn)單化；②庫(kù)存管理信息不流通。在整個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)中，需求預(yù)測(cè)、庫(kù)存狀況、生產(chǎn)計(jì)劃等都是庫(kù)存管理的重要數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分布在不同環(huán)節(jié)之中，要有效保證生產(chǎn)，必須使其實(shí)時(shí)傳遞；③不確定因素對(duì)庫(kù)存的影響。系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定是組織內(nèi)部缺乏有效的控制機(jī)制所致，要消除運(yùn)行中的不確定性，需要增加組織控制，提高系統(tǒng)可靠性。

因此，進(jìn)行有效的庫(kù)存管理顯得尤其重要，需要建立一個(gè)庫(kù)存管理系統(tǒng)[7]。系統(tǒng)子功能描述為：①庫(kù)存?zhèn)}庫(kù)管理。主要包括對(duì)倉(cāng)庫(kù)基本信息的修改與貨物盤(pán)點(diǎn)等；②設(shè)備管理。主要包括對(duì)設(shè)備入庫(kù)、出庫(kù)的管理等；③農(nóng)資管理。主要包括對(duì)農(nóng)資入庫(kù)、出庫(kù)的管理等；④農(nóng)藥管理。主要包括對(duì)農(nóng)藥入庫(kù)、出庫(kù)的管理等；⑤流水管理。每次倉(cāng)庫(kù)操作自動(dòng)生成流水賬目，可以進(jìn)行查詢(xún)管理。

3.4 視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)

前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文系統(tǒng)采用FFmpeg+Nginx+HLS模式，可實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)端對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的實(shí)時(shí)查看。FFmpeg是一套可用來(lái)記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字音視頻，并將其轉(zhuǎn)化為流的開(kāi)源計(jì)算機(jī)程序[8]。它提供了錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的完整解決方案，包含了非常先進(jìn)的音頻/視頻編解碼庫(kù)libavcodec，從而保證了高可移植性和編解碼質(zhì)量；Nginx是一款輕量級(jí)Web服務(wù)器，其占用內(nèi)存少與并發(fā)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使其在同類(lèi)型的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器中表現(xiàn)突出[9]；HTTP Live Streaming（HLS）是一個(gè)由蘋(píng)果公司提出的基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控步驟為：FFmpeg將網(wǎng)絡(luò)攝像頭的rtsp視頻流轉(zhuǎn)換成rmtp視頻流，并推送到Nginx服務(wù)器上；HLS協(xié)議負(fù)責(zé)把整個(gè)流分成一個(gè)個(gè)小的基于HTTP的文件進(jìn)行下載，每次只下載一部分。在開(kāi)始一個(gè)流媒體會(huì)話(huà)時(shí)，客戶(hù)端會(huì)下載一個(gè)包含元數(shù)據(jù)的extended M3U （m3u8） playlist文件，用于尋找可用的媒體流；最后由Nginx推送可供移動(dòng)端播放的視頻流。

4 結(jié)語(yǔ)

本園區(qū)智能管理系統(tǒng)不僅結(jié)合了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在農(nóng)業(yè)園區(qū)上的應(yīng)用，而且在此基礎(chǔ)上增加了園區(qū)網(wǎng)格管理（Campus Grid Management）、生產(chǎn)過(guò)程管理（Production Process Management）、庫(kù)存管理（Inventory Management）以及視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控管理等子系統(tǒng)，從而能夠更加精確地獲取園區(qū)信息，使農(nóng)業(yè)管理更加智能化。因此，該系統(tǒng)具有較為重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?