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        智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺關(guān)鍵技術(shù)研究與應用

        2018-09-10 08:49:19谷偉濤
        企業(yè)科技與發(fā)展 2018年7期
        關(guān)鍵詞:智慧農(nóng)業(yè)云平臺物聯(lián)網(wǎng)

        谷偉濤

        【摘 要】智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)基于ESB架構(gòu),通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入智慧農(nóng)業(yè)云平臺,結(jié)合智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到的信息,可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的標準化、自動化和精細化管理?;诖笠?guī)模歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和智能分析提供給管理者更好的決策建議。云平臺在全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的同時,還利用RFID、條形碼、二維碼等識別技術(shù)將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)和流通環(huán)節(jié)無縫連接起來,實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品從田間到餐桌的真正意義上的全程追溯。

        【關(guān)鍵詞】智慧農(nóng)業(yè);云平臺;物聯(lián)網(wǎng)

        【中圖分類號】F724.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688(2018)07-0045-03

        1 研究背景

        農(nóng)業(yè)科技經(jīng)過多年的發(fā)展,傳統(tǒng)種植業(yè)的局限性表現(xiàn)得越來越明顯[5]。在靠天種地的生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)人員無法及時掌握植物的生長情況,如植物是否有病蟲害、水肥是否充足或過剩,植物生長是否正常,生產(chǎn)結(jié)果是否滿足產(chǎn)量質(zhì)量要求等,因此無法做到及時地改變養(yǎng)護方向。在大面積種植中,要做好定期檢查、灌溉、排水等工作時,沒有一套標準指導工作,更多的是靠人的經(jīng)驗判斷,而人的判斷是有差異性的,無形中影響了產(chǎn)量和質(zhì)量。大量的人工投入到田間工作,導致人工成本很高[6]。此外,由于農(nóng)業(yè)科研從業(yè)人員的數(shù)量偏少,從事種植行業(yè)的人員缺乏完善的種植技術(shù)。而有技術(shù)人員指導的種植人員僅能夠通過手工進行信息的搜集、記錄,這使得種植信息采集不完整,記錄有間斷、缺漏。根據(jù)現(xiàn)有的研究表明,植物生長受周圍的環(huán)境因素影響較大。沒有專業(yè)的工具無法精確測量環(huán)境數(shù)據(jù),從而無法針對環(huán)境做出調(diào)整[3]。即使測量到了簡單的環(huán)境數(shù)據(jù),在沒有信息化科技力量的支持下,種植人員依然只能靠天種地,不能對環(huán)境因素進行一定程度的控制。

        傳統(tǒng)種植業(yè)的以上局限在當今世界地少人多的情況下,勢必需要一個平臺來改變,引導傳統(tǒng)種植業(yè)與現(xiàn)代科技結(jié)合,使種植業(yè)的產(chǎn)出量更高,質(zhì)量更好[1-2,4]。

        2 智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺功能

        智慧農(nóng)業(yè)云平臺是將國際領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合搭建的農(nóng)業(yè)智能化、標準化生產(chǎn)服務平臺,旨在幫助用戶構(gòu)建起一個“從生產(chǎn)到銷售,從農(nóng)田到餐桌”的農(nóng)業(yè)智能化信息服務體系,為用戶帶來一站式的智慧農(nóng)業(yè)全新體驗[3-4]。

        智慧農(nóng)產(chǎn)品云平臺具有以下功能。

        2.1 遠程智能監(jiān)控

        智慧農(nóng)業(yè)云平臺通過在生產(chǎn)現(xiàn)場部署傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,借助個人電腦、智能手機,就能實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場氣候變化、土壤狀況、作物生長、水肥使用、設(shè)備運行等實時監(jiān)測展示,對異常情況自動報警提醒,生產(chǎn)者可及時采取防控措施,降低生產(chǎn)風險;同時,在云平臺生產(chǎn)者可遠程自動控制生產(chǎn)現(xiàn)場的灌溉、通風、降溫、增溫等設(shè)施設(shè)備,實現(xiàn)精準作業(yè),減少人工成本的投入。

        2.2 標準生產(chǎn)管理

        云平臺可根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求,定制建立標準化生產(chǎn)管理流程,流程一經(jīng)啟動,平臺將自動進行任務創(chuàng)建、分配與跟蹤。工作人員可在手機上收到平臺發(fā)布的任務指令,并按任務要求進行農(nóng)事操作與工作匯報。同時,管理者亦能在平臺中對工作人員進行任務派發(fā)與工作效率監(jiān)督,隨時隨地了解園區(qū)生產(chǎn)情況。

        2.3 產(chǎn)品安全溯源

        云平臺可以幫助用戶進行農(nóng)產(chǎn)品品牌管理,并為每一份農(nóng)產(chǎn)品建立豐富的溯源檔案。通過云平臺,生產(chǎn)者可進行生產(chǎn)投入物品,以及農(nóng)產(chǎn)品檢測、認證、加工、配送等信息的記錄管理,相關(guān)信息可自動添加到農(nóng)產(chǎn)品溯源檔案;同時,通過部署在生產(chǎn)現(xiàn)場的智能傳感器、攝像機等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,平臺可自動采集農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境數(shù)據(jù)、生長期圖片信息、實時視頻等,豐富農(nóng)產(chǎn)品檔案。平臺利用一物一碼技術(shù),將獨立的防偽溯源信息生成獨一無二的二維碼、條形碼及14位碼,用戶使用手機掃描二維碼、條形碼,或登錄農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺錄入14位碼,即可快速通過圖片、文字、實時視頻等方式,查看農(nóng)產(chǎn)品從田間生產(chǎn)、加工檢測到包裝物流的全程溯源信息。使用一物一碼技術(shù),一次掃碼后即無效,可實現(xiàn)有效防偽。

        2.4 市場網(wǎng)絡營銷

        互聯(lián)網(wǎng)時代,充分利用企業(yè)官網(wǎng)、電子商務平臺、微信公眾號等網(wǎng)絡平臺進行網(wǎng)絡營銷勢在必行。智慧農(nóng)業(yè)云平臺的快速建站功能,可以幫助用戶通過簡單的操作輕松建設(shè)自己的官方網(wǎng)站,后期只需根據(jù)企業(yè)的營銷需求,隨時進行內(nèi)容的編輯即可實現(xiàn)管理維護,所搭建的網(wǎng)站可實現(xiàn)電腦、手機多終端適配,讓更多的客戶快速通過網(wǎng)站了解企業(yè)。同時,云平臺實現(xiàn)與微信公眾號深度集成,消費者通過微信公眾號即可進入農(nóng)產(chǎn)品電子商務商城,并且可以隨時查看農(nóng)產(chǎn)品種植基地的環(huán)境數(shù)據(jù)、實時視頻等,有助于增強消費者對農(nóng)產(chǎn)品的體驗及對企業(yè)的信任,促進農(nóng)產(chǎn)品的銷售。

        3 智慧農(nóng)產(chǎn)品平臺總體框架設(shè)計

        3.1 技術(shù)特色

        3.1.1 智能終端設(shè)備與標準化生產(chǎn)管理深度整合

        智能終端設(shè)備成功的核心在于基于物聯(lián)網(wǎng)的精準、完備的數(shù)據(jù)采集,而所有數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括土壤pH值、光照、風向、降雨等,所有數(shù)據(jù)信息都貫穿于標準化生產(chǎn)管理之中??梢愿鶕?jù)時間或者現(xiàn)場條件驅(qū)動預設(shè)任務,一系列相關(guān)任務最后形成標準化生產(chǎn)流程,讓管理人員通過手機就能夠?qū)崟r地了解到目前產(chǎn)品的生長情況及接下來應該去完成的事情,從而實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。通過智能分析系統(tǒng)將智能傳感器設(shè)備收集的歷史數(shù)據(jù)、標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)所指導的任務情況和農(nóng)產(chǎn)品物流運輸銷售信息進一步處理、整合、挖掘,最終反饋到生產(chǎn)環(huán)節(jié)指導現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn),進一步提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。

        3.1.2 讓計算資源像水資源一樣為用戶提供服務

        利用云計算技術(shù),此云平臺統(tǒng)一采用軟件即服務模式(SaaS)運營,數(shù)據(jù)集中到公有云數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理,信息建立私有云數(shù)據(jù)中心為農(nóng)業(yè)云平臺提供后臺數(shù)據(jù)服務,通過虛擬化技術(shù),為海量數(shù)據(jù)的多路存儲與并發(fā)查詢提供基礎(chǔ)設(shè)施服務;不但可以大幅度減少前期硬件投入,更能有效降低后期系統(tǒng)運維難度、能源消耗與人力成本。用戶生產(chǎn)現(xiàn)場無需部署任何電腦設(shè)備;同時,結(jié)合按需付費的模式,讓農(nóng)業(yè)工作者利用本平臺如同使用水電一樣方便。

        3.2 總體設(shè)計

        智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)是基于ESB架構(gòu),通過對各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動定制開發(fā)的智能終端、傳感器監(jiān)控生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的現(xiàn)場環(huán)境和農(nóng)作物相關(guān)指標信息,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入智慧農(nóng)業(yè)云平臺?;贓SB架構(gòu),融合先進的標準化流程任務管理技術(shù),為用戶打造集食品安全追溯、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控、生產(chǎn)過程管理、移動遠程查詢于一體的云服務平臺。平臺將供應鏈各個環(huán)節(jié)的異構(gòu)信息數(shù)據(jù)與身份信息完美對應,涉及跨組織、跨平臺、跨網(wǎng)絡的異構(gòu)系統(tǒng)融合;用傳統(tǒng)的大軟件思路開發(fā)一個面面俱到的應用根本不可能實現(xiàn)。不僅開發(fā)風險過高,而且用戶難于使用。綜合考慮,信息建議采用“獨立服務組件”模式研發(fā)后臺系統(tǒng),采用“移動互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)研發(fā)終端軟件,并使用“企業(yè)服務總線(ESB)”技術(shù)進行數(shù)據(jù)整合,根據(jù)不同的使用場景,為不同人群提供跨個人電腦、平板電腦、智能手機、可穿戴設(shè)備“四屏合一”的使用體驗。

        4 智慧農(nóng)業(yè)云平臺系統(tǒng)

        由智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)社交網(wǎng)絡系統(tǒng)共同構(gòu)成了智慧農(nóng)業(yè)云平臺的4個子系統(tǒng)。在該云平臺科學化的管理指導下,能夠及時地發(fā)現(xiàn)所存在的問題,農(nóng)戶在遇到問題的時候還可以通過建立的農(nóng)業(yè)社交網(wǎng)絡系統(tǒng)和標準化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的平臺獲取幫助。以下對智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)進行介紹。

        4.1 智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

        針對性地打造一批智能的終端設(shè)備,將其應用于實時監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各類屬性指標(包括氣象信息、土質(zhì)信息、水質(zhì)信息等)。并且使用高清圖像監(jiān)控設(shè)備(如攝像機、照相機等)對園區(qū)內(nèi)的自動化工作(降溫、加濕、施肥等)及智能終端設(shè)備工作狀態(tài)進行遠程觀察。通過架設(shè)物聯(lián)網(wǎng),將園內(nèi)所有智能終端設(shè)備與高清圖像監(jiān)控設(shè)備連接互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時上傳至計算數(shù)據(jù)中心,便于對農(nóng)業(yè)大棚信息實時性檢測和標準化生產(chǎn)監(jiān)控。實現(xiàn)對園內(nèi)農(nóng)作物的生長狀況,病蟲害狀況、澆灌狀況、土壤狀況、水質(zhì)狀況、空氣狀況等的精準監(jiān)測,以農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)標準為指標設(shè)置預警,最終建立一套完整的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全程的實時檢測與預警機制。圖1所示為平臺流程圖,圖2所示為監(jiān)控環(huán)境因素圖。

        4.1.1 實時檢測

        在園區(qū)內(nèi)設(shè)立氣象檢測器,根據(jù)需要用于檢測各類氣象信息(風速、風向、光照、溫度、降水量、濕度)。該氣象檢測器配備太陽能電板,在能源方面基本實現(xiàn)自給自足,環(huán)保節(jié)約。并且,該氣象檢測器接入物聯(lián)網(wǎng),可以將所檢測的數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關(guān)上傳到云數(shù)據(jù)中心,全程智能化處理,降低了對園區(qū)內(nèi)勞動力的占用,實現(xiàn)生產(chǎn)流程的標準化管理。

        4.1.2 視頻圖像處理

        在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)安裝智能相機、智能攝像頭、RFID等圖像采集設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備,實現(xiàn)對生產(chǎn)園內(nèi)區(qū)域的視頻圖像360°無死角,實時采集。采集的范圍為現(xiàn)場視頻、高清照片等。并通過智能網(wǎng)關(guān),利用無線傳輸網(wǎng)絡,通過調(diào)制解調(diào)等手段,將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆茢?shù)據(jù)中心。云端服務對所接收的視頻圖像數(shù)據(jù)進行計算處理,自動識別出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)的危險隱患,以及時預警。

        4.1.3 自動化控制

        農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園區(qū)內(nèi)的智能監(jiān)控設(shè)備通過智能網(wǎng)關(guān)連接互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)(如灌溉記錄、流量、氣壓等)實時上傳云數(shù)據(jù)中心。云數(shù)據(jù)中心根據(jù)園內(nèi)農(nóng)作物的生長階段與農(nóng)作物品種的不同,自主地設(shè)計并調(diào)節(jié)園內(nèi)各個區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備的參數(shù),無須人為操作,完全實現(xiàn)自動化操作。節(jié)約了勞動力,也避免了因人為操作的隨意性所造成的損失。

        4.1.4 遠程管理

        緊隨時代發(fā)展的潮流,與現(xiàn)階段前沿技術(shù)(物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等)相結(jié)合,實現(xiàn)通過pc電腦、智能手機即可對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)的所有監(jiān)控設(shè)備進行遠程的管理(包括遠程查看、遠程修改),極大地增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園管理的便利性與靈活性。

        4.2 農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)

        全程溯源系統(tǒng)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)園內(nèi)安裝一批智能終端,實時監(jiān)控農(nóng)作物的生長信息,以及采集記錄與其相關(guān)的重要環(huán)境信息,包括光照、氣溫、濕度等。系統(tǒng)還自動地記錄了在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中的每一次施肥除草的數(shù)據(jù),以及農(nóng)作物各個生產(chǎn)階段的圖片,并為每一個農(nóng)作物形成其獨有的溯源檔案。最終,消費者可以通過智能手機掃描產(chǎn)品包裝上的條形碼或者二維碼的形式,查詢每一批農(nóng)作物獨立的安全質(zhì)量檔案,實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的完整業(yè)務鏈的全程監(jiān)控和全程溯源。

        基于農(nóng)業(yè)云平臺客觀全面的農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)記錄的海量種植生長數(shù)據(jù),結(jié)合質(zhì)檢和食品安全的相關(guān)政策要求,建立能夠通過個人電腦、平板電腦、智能手機等一系列移動終端訪問的農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng),為每一個產(chǎn)品量身定制客觀、準確、全面的質(zhì)量安全檔案。

        5 結(jié)語

        智慧農(nóng)業(yè)云平臺將現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合,可以根據(jù)一線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的需求,結(jié)合農(nóng)作物的生長周期、生長環(huán)境、品種等數(shù)據(jù)的變化,自動提供個性化的、精準的遠程技術(shù)支持;也可以對規(guī)?;霓r(nóng)產(chǎn)品企業(yè)提供智能化、自動化的管理服務,降低勞動力成本;還可以對農(nóng)作物的生長過程、環(huán)境進行溯源??偠灾腔坜r(nóng)業(yè)云平臺試圖在農(nóng)村與城市之間架起一座橋梁,力求搭建一個服務全國的農(nóng)業(yè)智能化信息服務平臺,這是一次大膽的嘗試。

        參 考 文 獻

        [1]林偉偉,吳文泰.面向云計算環(huán)境的能耗測量和管理方法[J].軟件學報,2016,27(4):1026-1041.

        [2]徐楊,王曉峰,何清漪.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多智能體決策信息支持技術(shù)[J].軟件學報,2014(10):2325-2345.

        [3]陳海明,崔莉.面向服務的物聯(lián)網(wǎng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與模型檢測[J].計算機學報,2016,39(5):853-871.

        [4]趙波,戴忠華,向騻,等.一種云平臺可信性分析模型建立方法[J].軟件學報,2016,27(6):1349-1365.

        [5]郭鵬,李鈞,張海燕.基于云平臺的智能遠程種植系統(tǒng)[J].上海大學學報:自然科學版,2017,23(2):244-251.

        [6]魏蕾,徐浩,劉明五.農(nóng)業(yè)科技園區(qū)推動地標農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化研究[J].上海交通大學學報:農(nóng)業(yè)科學版,2017,35(1):66-71.

        [責任編輯:鐘聲賢]

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