肖委明，周爾槐，李蕓，黎鑫林，鄒婧

（1.江西省吉安市園藝場，江西 吉安 343016；2.江西省吉安市井岡山農(nóng)業(yè)科技園管理委員會，江西 吉安 343016）

政府大力推進云計算及 SaaS(Software-as-a-Service，軟件即服務)平臺，讓物聯(lián)網(wǎng)信息化應用得以實現(xiàn)，云平臺搭建正處于整個行業(yè)高速發(fā)展階段，但并未對其功能和單位有統(tǒng)一規(guī)定。

近幾年江西省臍橙果園嚴重受黃龍病影響，凍害、旱害、病蟲害是制約臍橙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大問題。應用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等信息技術構建果園信息化物聯(lián)網(wǎng)應用平臺，在凍害、旱害、病蟲害管理中可提供直觀性和科學性數(shù)據(jù)，賦能臍橙果園生產(chǎn)，增加果園產(chǎn)出效益，提高災害性病害防范效果。

一、卡拉卡拉臍橙引種效果

卡拉卡拉臍橙是江西省逐步推廣的唯一紅肉臍橙品種[1～2]，該品種在沙田柚、枳砧、酸橙上高接表現(xiàn)親和性良好，基本在第2 年可以試果，第3 年可達到小豐產(chǎn)。疏果后最大單果質量可達 286 g 左右，橫徑 8.2 cm，縱徑 7.3 cm，果形指數(shù) 0.96，果皮厚 0.6 cm，可食率 85.3%，果實有核 1～3 粒，核重0.12～0.19 g，果肉呈現(xiàn)均勻紅色，油胞和果汁橙黃色，深受消費者青睞。

二、卡拉卡拉臍橙果園信息化技術應用

江西省吉安市吉州區(qū)，屬亞熱帶季風性氣候，海拔89 m，年均溫 18.4℃，極端高溫41.9℃，歷史極端低溫-8℃，≥10℃積溫 5820℃，無霜期279 天，降雨量1519 mm，日照時數(shù)1640 h。

2018 年吉安市園藝場在卡拉卡拉臍橙種植中應用信息化物聯(lián)網(wǎng)平臺，通過云計算和大數(shù)據(jù)等技術，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集自動化、生產(chǎn)管理可視化、決策指揮智能化，提高了卡拉卡拉臍橙果園在凍害、旱害、病蟲害等方面的監(jiān)測和預警效果。

1、需求描述

參考制造架構ISA95，基于此架構構建卡拉卡拉臍橙基地信息化物聯(lián)網(wǎng)應用平臺，根據(jù) PLC、SCADA 以及物聯(lián)網(wǎng)IOT 特點進行3 大塊梳理：PLC（設備和傳感層）、SCADA（生產(chǎn)過程控制和監(jiān)控層）、IOT（基于移動&云的超強計算層）。

（1）前端接入層建設

為平臺各類用戶提供具有良好用戶體驗的終端展現(xiàn)界面，各種應用的服務、功能及信息被集成在前端接入層，主要包括智能手機、智能手持機、大屏幕、個人電腦、前端查詢機等設備。

（2）應用系統(tǒng)層建設

用于支持不同權限管理者和用戶的應用和農(nóng)業(yè)智能化、自動化生產(chǎn)。

（3）應用支撐層建設

支撐層負責為應用系統(tǒng)的運行提供技術支撐服務，并將這些服務能力依據(jù)不同功能劃分，以松散耦合的形式組織成各類基礎服務。這些基礎服務在總體架構內互相提供服務和數(shù)據(jù)，構成了上層應用系統(tǒng)所需要的底層應用支撐，主要包括中間件平臺和數(shù)據(jù)交換平臺。

（4）數(shù)據(jù)資源層

主要是為上層系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，包括監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)庫、專家數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、小型氣象站數(shù)據(jù)庫。

（5）基礎層

主要指保障上層系統(tǒng)正常運行的硬件設備、運行于硬件上的基礎系統(tǒng)和傳輸網(wǎng)絡等，包括綜合數(shù)據(jù)中心、前端傳感設備、自動化控制設備、視頻監(jiān)控設備、傳輸網(wǎng)絡等。

（6）兩大保障體系

兩大保障體系是整個系統(tǒng)運行的保障，包括安全保障體系和運維保障體系。

2、平臺架構

（1）應用架構分層

Web 應用，監(jiān)控屏，移動端應用，三方應用接口。數(shù)據(jù)平臺：應用接口（API），應用擴展接口，短信模塊，郵件模塊，高速緩存，設備鑒權，數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)分發(fā)，數(shù)據(jù)管道，數(shù)據(jù)接入。網(wǎng)絡層：GPRS/Wifi/以太網(wǎng)。

（2）功能要求

主要功能具備大田環(huán)境參數(shù)采集、土壤參數(shù)采集、精準灌溉、遠程智能化控制、遠程視頻診斷（監(jiān)控）及物聯(lián)網(wǎng)控制終端和線路傳輸?shù)?。環(huán)境參數(shù)采集主要通過安裝農(nóng)業(yè)戶外氣象站，實現(xiàn)對空氣溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度、大氣壓力、風速、風向、雨露、露點、硫化氫等參數(shù)的采集。土壤參數(shù)采集土壤溫度、濕度、pH 值、鹽份含量等。精準灌溉主要是實現(xiàn)對水量的精準控制，出水灌溉均勻，包含精密液位傳感器、電控磁閥門、灌排一體化管網(wǎng)、遠程物聯(lián)網(wǎng)終端及電氣控制箱。遠程診斷主要通過高清攝像頭360°旋轉實現(xiàn)視頻診斷。

三、應用結果及分析

1、PLC、SCADA、IOT 應用區(qū)別

從PLC 發(fā)展歷程上看，可編輯邏輯控制器在誕生時是面向單個設備或者單元的邏輯控制，PLC 從傳感器接收數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)編程參數(shù)進一步發(fā)送。PLC 可以記錄和監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，如溫度。如果遇到故障，可以自動啟動和停止生產(chǎn)，并相應地觸發(fā)報警等。其邏輯控制類似小型計算機，無人機界面。從ISA95 國際標準工業(yè)系統(tǒng)控制分層來看，PLC 依然屬于L1 級，即在底層設備上一個層次。

物聯(lián)網(wǎng)IOT 是通過射頻識別RFID 等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，利用互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的功能特征是全面感知信息、可靠傳遞信息和智能處理信息，以實現(xiàn)對物體實施智能化的控制與管理。

SCADA 重于數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測，人機交互界面簡單且無法適配移動，整體架構冗余，而且維護和安全性都基于傳統(tǒng)技術和網(wǎng)絡。其分層屬于L2 級，即子系統(tǒng)監(jiān)控層，雖具備一定的控制功能，但其側重點在于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，而對產(chǎn)品、生產(chǎn)進度、生產(chǎn)效率、質量信息、設備運行等各種現(xiàn)代管理的數(shù)字化和智能化級別偏低，無法適應現(xiàn)代化和整合化的大棚種植基地業(yè)務需求。

物聯(lián)網(wǎng)平臺應用打破了傳統(tǒng)的 ISA-95 金字塔架構，用扁平化、智能化、移動化甚至云聯(lián)網(wǎng)等架構，重新定義了大棚種植業(yè)基礎和系統(tǒng)等各方面的集成和統(tǒng)一。物聯(lián)網(wǎng)平臺作為 SCADA的補充和升級，專注于對大量數(shù)據(jù)進行高級處理，從而實現(xiàn)更快、更高效的決策過程，并降低風險和容錯率。

2、信息化應用在卡拉卡拉臍橙果園管理優(yōu)劣勢

從部署應用體驗分析，應用精訊云平臺在監(jiān)測農(nóng)情的穩(wěn)定性高于建大仁科，數(shù)據(jù)采集、預警發(fā)布、遠程控制、數(shù)據(jù)分析、記錄、查詢、導出、比較等功能，部署在騰訊云服務器上，可以實現(xiàn)全球任意地方都快速訪問與接入。在長時間的數(shù)據(jù)管理口徑、監(jiān)測以及整合環(huán)境歷史情況、現(xiàn)狀趨勢、預報預測、溯源分析等形成環(huán)境數(shù)據(jù)資源庫方面強于建大仁科[3]。

信息化果園還不具備植物學特性、物候期、果實性狀比較、留樹耐貯性和果實糖酸變化統(tǒng)計以及土壤微量元素動態(tài)分析等，無法和福建省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所研究建立卡拉卡拉紅肉臍橙生長發(fā)育動態(tài)數(shù)學模型[4]，還需人工對其花、葉、果實、新梢等生長量動態(tài)變化規(guī)律，葉片含氮量、葉片增大與脫落、果實增大的年周期變化規(guī)律，以及生長量與經(jīng)濟產(chǎn)量的關系等進行研究。

四、結語

果園生產(chǎn)中，信息化賦能可減少果園生產(chǎn)的未知環(huán)境因素，對防凍、抗旱、病蟲害防治起到了有力決策保障。同時針對卡拉卡拉臍橙果實發(fā)育規(guī)律、果肉深淺顏色、各區(qū)域引種表現(xiàn)建立動態(tài)數(shù)學模型，有助于提升果園科學和標準化管理水平，下一步還需對硬件熟練應用及人工統(tǒng)計糾正偏差。