攀枝花市農林科學研究院蔬菜芒果基地物聯網模式構建

李錄山,柴曉虹,黃 丹,祝毅娟,張洪祥,羅照西,騰 志

(1.四川省攀枝花市農林科學研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市鹽邊縣農牧局，四川 鹽邊 617100)

攀枝花市農林科學研究院蔬菜芒果基地物聯網模式構建

李錄山1,柴曉虹2,黃 丹1,祝毅娟1,張洪祥1,羅照西1,騰 志1

(1.四川省攀枝花市農林科學研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市鹽邊縣農牧局，四川 鹽邊 617100)

攀枝花市的芒果和早春蔬菜產業是攀枝花國家現代農業示范區中支柱性的特色效益農業產業，是建設“農業物聯網”最佳的切入點和載體。攀枝花市農林科學研究院蔬菜、芒果基地物聯網模式的構建，將有利于促進攀枝花的的芒果、蔬菜產業向智能化、精細化、網絡化方向轉變，對實現產業集約化和高產、優質、高效、生產安全等目標具有極其重要的意義。

傳感器；智能控制；農業；物聯網

攀枝花市于2012年被農業部認定為國家現代農業示范區，規劃區域包括仁和區、米易縣和鹽邊縣3個區縣，示范區涉及42個鄉鎮，示范區耕地面積3.94萬hm2，占攀枝花耕地總面積的98.5%，占攀枝花農業總人口的99.3%[1]。攀枝花氣候資源獨特，是全國少有的南亞熱帶氣候，是發展南亞熱帶特色農業的寶地，同時也是全國為數不多的高效特色農業區域之一[2]，目前已初步建成了特色水果、早春蔬菜、優質烤煙、畜牧水產、林業生物等5大特色農業基地。現有73個省市級農業龍頭企業、384個農民專業合作社，創立了攀枝花芒果、攀西石榴、二灘云霧茶葉等8個知名品牌，擁有無公害農產品38個，有機食品1個，有機轉換產品10個、綠色食品7個、農產品地理標志4個。特色農產品已銷往全國各地，特別是攀枝花芒果獲得了歐洲市場“準入證”，2016年首次以自主報檢方式出口新加坡[1]。

推進攀枝花市國家現代農業示范區建設，就必需對傳統農業的生產經營方式進行徹底改造，基本實現農業生產技術科技化、生產過程標準化、生產手段機械化、增長方式集約化、農業經營產業化和農業服務社會化。“農業物聯網”的應用是攀枝花市國家現代農業示范區建設的一項重點內容，是農業大數據應用的基礎，也是智慧農業發展的的基礎，是國家示范區建設的突破點。為此，急需在攀枝花市建設“農業物聯網”應用示范基地，繼而向全區進行推廣。

1 攀枝花市農林科學研究院蔬菜、芒果“物聯網”模式框架

依據攀枝花市農林科學研究院蔬菜、芒果基地產前、產中、產后全產業鏈需求和存在問題，研究農業物聯網信息感知和傳輸與智能控制技術，探索構建一個施肥、灌溉智能化，生產過程可視化，基礎數據實時化的農業物聯網應用模式[3]。基于目前全國物聯網技術構架，攀枝花市農林科學研究院蔬菜、芒果基地物聯網總體架構設計方案分為3層：即感知層、傳輸層和應用層[4]。感知層主要負責數據感知與搜集；傳輸層主要負責數據的傳輸和控制[5]；應用層主要包括數據的統計、顯示及自動控制。

1.1 蔬菜、芒果基地農業數據感知與采集

根據生產過程和數據統計的需求，在蔬菜基地建立全自動灌溉系統1套、室內外高清監控系統1套、室外小型氣象站1套、農業6要素傳感器6個。芒果示范基地建立自動變頻灌溉系統1套、室內外高清監控系統1套、室外小型氣象站1套、農業6要素傳感器18個。所用設備滿足蔬菜、芒果基地內高溫、高濕、暴曬、大雨、大風等惡劣的室內外環境。其精度、準確度、穩定性、一致性滿足生產和數據分析需求。空氣/土壤濕度傳感器，量程0%～100%，精度±3%；空氣/土壤溫度傳感器，測量范圍0～50℃；風速傳感器，測量范圍1～67m/s；這些傳感器實時數據，將在本地數據顯示器顯示，同時也會將數據傳輸到服務器，為遠程控制決策提供數據依據[6-7]。

1.2 設施農業感知與控制信息傳輸網絡

按照設施農業產前、產中、產后全產業鏈條需求和數據傳輸要求，整體的網絡架構分為2種，分別是環境感知調控網絡和視頻圖像傳輸網絡。

1.2.1 環境感知調控網絡 傳感器將數據傳輸給控制器，控制器可以將數據直接傳輸到服務器，也可以自行分析數據，若設定模式為控制器自行分析數據，當傳感器傳輸數據大于或小于控制器內設定閾值，控制器將會啟動相應的設備開始工作(此模式不受網絡限制)。若設定模式為控制器將數據傳輸到服務器，控制器將會把接收到的數據傳輸給服務器，經過服務器的分析和決策，又將數據傳輸給控制器，啟動相應的設備(此模式僅在有網的條件下才能工作)。

1.2.2 視頻圖像傳輸網絡 高清攝像頭通過無線寬帶將視頻數據傳輸到監控中心，監控中心通過顯示器將視頻畫面呈現。監控中心視頻服務器將數據接入寬帶互聯網，用戶通過手機APP便可實現遠程對基地內進行實時或定時視頻查看，并可對溫室指定區域進行圖像抓拍、觸發報警、定時錄像等功能[8]。

1.3 攀枝花市農林科學研究院農業物聯網服務平臺

攀枝花市農林科學研究院農業物聯網服務平臺包括服務器平臺和慧農云平臺APP/PC端應用軟件兩部分。

1.3.1 服務器平臺 購置了戴爾DELL，型號為R430的機架式服務器兩臺，1臺用于存儲數據，1臺用于分析數據。還購置了網絡交換機、網絡防火墻、網絡路由器等設備，確保服務器平臺的正常運行。

1.3.2 慧農云平臺APP/PC端應用軟件 用戶無論是在控制室內還是外地，都可以通過電腦或手機上網，登錄應用軟件，就能隨時隨地通過互聯網遠程查詢基地中布有傳感器設備點的各項環境參數、各項參數的設置以及對設備進行控制。可以實時監測空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照情況等環境參量，精準控制種植區內外的環境狀況，還可以根據收集上來的數據的分析處理對溫室的風機、加濕器、補光系統、水泵等自動化設備進行控制，以達到植物的最佳生長環境或人為設定環境，同時對攝像系統拍下的影像圖片與現場動態畫面進行觀察。而且在生產出的產品上都有1個二維碼標簽，通過掃描就可以顯示出該產品的播種、施肥、噴施農藥、采收時間等信息。真正實現了農業生產的智能化、集約化、高效化、無人化和產品信息公開化。

2 預期效果

本研究模式建成實施運行后，可克服攀枝花市農業發展的資源環境瓶頸制約，通過智能肥水調控，可有效減少化學肥料、灌溉用水和農藥的不合理投入，提高基地內生產的智能化水平；可填補攀枝花市“農業物聯網缺口”，帶動農業發展方式的轉變，充分推動全市農業產業的發展，增強攀枝花市農業競爭力，助推攀枝花市國家現代農業示范區建設進程[9-10]。

3 討論

攀枝花市農林科學研究院蔬菜、芒果基地農業物聯網模式在設計和實施過程中著重了考慮以下幾點：①生產和應用環節使用國產化設備，積極帶動內需；②充分利用科研單位的優勢和資源，因地制宜，建立示范作用強的農業物聯網基地，同時，減少不必要的投入；③充分整合電信、移動等電信運營商和四川恩和工程咨詢設計有限公司、格林溫室有限公司等國內企業的業務資源；④研究探索“農業物聯網模式”，通過蔬菜、芒果基地物聯網模式，實現示范帶動作用[11]。

4 結論

攀枝花市蔬菜、芒果基地農業物聯網模式考慮到產前、產中、產后全產業鏈的發展，緊密結合了攀枝花市物聯網建設實際情況和農產品質量、生產環境安全情況，以推進現代農業產業發展和節水、節肥、控制農藥使用量為切入點，研究了適宜于攀枝花農業發展的農業物聯網模式，提出了并完成了攀枝花市蔬菜、芒果基地農業物聯網模式[12]。該模式在基地內部署了了農業6要素傳感器和高清攝像頭，搭建了環境與肥水投入智能調控體系和遠程實時監控體系，有效地減少了水肥的使用，提高了產品的品質[13]。同時搭建了服務平臺，為各應用系統提供了運行和存儲平臺，為用戶提供了產前、產中、產后農業數據。綜上所述，該系統為日后攀枝花市農業物聯網的建設提供了參考并奠定了基礎。

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