遠程可視化農業物聯網云服務技術在果蔬園區的應用研究

洪之奇，聶鵬程，黃凌霞，何　勇

（浙江大學a農業與生物技術學院，b生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

遠程可視化農業物聯網云服務技術在果蔬園區的應用研究

洪之奇a，聶鵬程b*，黃凌霞a，何勇b

（浙江大學a農業與生物技術學院，b生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

為提高果蔬生產效率，降低生產成本，增加果蔬園區收入，設計一套適用于果蔬生產園區的遠程智能化物聯網管理系統，該系統只需在園區布置一套信息果蔬園區信息采集系統、可視化視頻監控系統、自動控制柜等設備即可完成遠程化云托管服務。信息獲取后直接通過Internet傳輸到云端，并在云端對實時信息處理后，將控制指令遠程傳輸給控制執行機構，實現果蔬園區的可視化與智能化遠程監控，大大提高園區管理效率，降低物聯網應用成本，并結合實例取得了較好的應用效果，對未來果蔬產業信息化與自動化發展具有重大意義。

物聯網；果蔬種植；云服務；自動化

文獻著錄格式：洪之奇，聶鵬程，黃凌霞，等.遠程可視化農業物聯網云服務技術在果蔬園區的應用研究 ［J］.浙江農業科學，2015，56 （12）：1967-1969.

我國是農業大國，而非農業強國，近30年來果園高產量主要依靠農藥化肥的大量投入，大部分化肥和水資源沒有被有效利用而隨地棄置，導致大量養分損失并造成環境污染。我國果園生產仍然以傳統生產模式為主，傳統耕種只能憑經驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環境保護與水土保持構成嚴重威脅，對農業可持續發展帶來嚴峻挑戰［1-3］。

物聯網技術的發展有效地解決了上述肥水浪費和作業效率低等難題，國內外眾多學者逐步將先進的物聯網技術應用于農業生產的方方面面，取得了較好的應用效果［2-7］。但是，目前農業物聯網的推廣仍然存在一些問題，比如管理分散、硬件投入高等，具體來說就是當前物聯網技術的應用對農業從業人員素質提出了相當高的要求，農民必須具備一定的設備與軟件維護能力。其次，當前物聯網系統以基地為單位，每個基地必須配置一臺服務器。系統需24 h不間斷運行，因此對服務器的性能與質量提出更高要求，對于經濟實力和技術實力相對薄弱的農村來說，是一種沉重的經濟負擔，日后的維護也存在一定困難。

為解決上述難題，本文研發了實時、動態的農業物聯網信息采集系統，實現果園信息快速實時監測，并將信息及時上傳至云端，通過云端分析處理后，將控制指令從云端發往現場控制柜，實現果蔬生產的智能灌溉、智能施肥與智能噴藥等自動控制，節省了基地端硬件服務器投入，大大降低了系統維護難度，并為遠程管理提供了穩定可靠的技術保障，對現代農業技術具有重要的現實意義。

1　果蔬園區的物聯網系統設計

1.1果蔬園區信息獲取

果蔬信息獲取主要采用無線傳感網絡監測系統，由無線傳感節點、匯聚節點、路由節點、中心基站、網絡數據服務器和遠程訪問節點等組成，如圖1所示。

圖1　無線傳感器的網絡

傳感節點負責采集、存儲其所在地點的各種土壤和環境參數，包括空氣溫度、濕度、光照強度、土壤溫濕度等數據。傳感節點通過自組網無線組網通信方式將數據傳輸給匯聚節點。

1.2果蔬園區的智能化控制系統

在信息獲取基礎上，將實時獲取的信息在云端進行實時存儲與記錄，并且實時傳輸給控制決策系統，控制決策系統調用相關的控制模型后，將實時信息作為輸入變量，通過模型庫的運算后產生控制指令，控制指令通過Internet下傳至基地控制柜，從而實現基地內的自動化灌溉與環境調控等遠程化智能控制，如圖2所示。

圖2　基于云服務的園區自動化控制系統結構

1.3遠程可視化農業物聯網系統設計

在信息獲取基礎上，在園區安裝數字化視頻監控系統，考慮到農村網絡傳輸速度與性能問題，將視頻服務器部署在基地端，通過網絡可實時訪問到可視化信息，但視頻存儲仍然在基地端完成，當遠程端需要讀取的時候，可通過網絡實時讀取任一時段的視頻信息。同時，物聯網信息系統與自動控制系統均通過Internet與云端系統通信，考慮到農村Internet網絡覆蓋范圍有限，因此，在不通網絡的基地內，本研究設計以3G 或4G網絡代替Internet網絡，實現基地端與云端的互聯，如圖3所示。

圖3　遠程可視化物聯網信息系統的整體結構

2　果蔬系統的實用情況

在上述技術架構下，開發了基于JAVA技術的網絡化物聯網管理平臺，并將管理平臺安裝在阿里云服務。在基地方面，本文以湖州沿移山莊為例，在該園區部署了信息采集設備9套，同時安裝了5個網絡視頻監控探頭，用于實時獲取園區內的環境信息。并在整個園區內安裝了一套控制柜系統，控制系統主要對大田、簡易大棚、連棟溫室進行肥水灌溉與智能控制。圖4所示的信息采集設備為果蔬生產的信息監測設備。

圖4　果蔬生產信息監測與控制的設備

獲取的信息通過網絡傳輸到云端后，可在任何地方的計算機通過互聯網實現對園區數據監測與智能化操控，并能實時監測到園區的環境信息與可視化信息，遠程監控端可通過云端查看園區實時數據情況，同時也可以查看任一時段的數據累積與變化趨勢情況，如圖5所示。

圖5　遠程信息監測與分析的界面

在遠程信息化基礎上，結合自動化與可視化技術，可實現遠程的園區智能化管理與遠程視頻監控功能，管理人員可通過網絡遠程操作、設置管控系統參數、模型，實時控制園區內控制系統所連接的電氣設備。并通過圖像輔助實現可視化操控，以確保遠程控制的有效性和可靠性，提升農業服務質量，遠程可視化智能控制物聯網系統如圖6所示。

圖6　遠程可視化與智能化操控的實際界面

3　小結

在物聯網信息獲取、自動化控制與可視化監控技術之上，引用云服務與云計算技術，不僅大大降低了園區服務器硬件投資，也提升了系統的穩定性和可靠性。通過系統運行實驗可知，4系統配置硬件成本相比傳統配置降低了12%，軟件穩定性更高。通過1年的運行表明，該系統維護次數降低了35%，一般軟件維護由到現場變成了任一有網絡的計算機上即可維護，大大降低了維護成本，提高了應用效率，并且為園區降低人力成本20%，水肥勞資投入減少15%左右，取得了較好的應用效果，具有較好的應用推廣前景，對現代農業發展起到一定的促進作用。

［1］ 何勇，聶鵬程，劉飛.農業物聯網與傳感儀器研究進展［J］.農業機械學報，2013，44（10）：216-224.

［2］ 聶鵬程.植物信息檢測與自組織農業物聯網系統研究［D］.杭州：浙江大學，2012.

［3］ 汪懋華.物聯網農業領域應用發展對現代科學儀器的需求［J］.現代科學儀器，2010（3）：5-6.

［4］ 卜天然，呂立新，汪偉.基于TinyOS無線傳感器網絡的農業環境監測系統設計 ［J］.農業網絡信息，2009（2）：23-26.

［5］ 張曉東，毛罕平，倪軍.作物生長多傳感信息檢測系統設計與應用 ［J］.農業機械學報，2009，12（9）：164-170.

［6］ 謝琪，田緒紅，田金梅.基于RFID的養豬管理與監測系統設計與實現 ［J］.廣東農業科學，2009（12）：204-206.

［7］ 何龍，聞珍霞，楊海清.無線傳感網絡技術在設施農業中的應用 ［J］.農機化研究，2010，32（12）：236-239.

（責任編輯：張 韻）

S 126

A

0528-9017（2015）12-1967-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151217

2015-06-20

洪之奇 （1988-），男，浙江義烏人，碩士研究生。E-mail：449365772@qq.com。

聶鵬程，副研究員，博士。E-mail：npc2012@zju.edu.cn。