有機農業信息化管理系統的研究與設計

唐海和

摘 要：目前有機農業產業不斷發展，但是其面臨這諸多問題，包括農場分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機農業信息化管理系統的設計方案；該系統方案通過 4G 無線通信技術完成農業管理系統的遠程監控網絡建設，結合分布式體系架構，每個有機農業管理區域采用PLC核心技術進行4G采集控制器設計，通過電信運營商進行數據的存儲和分發，同時架設 APN（Access Point Name）專線與監控中心進行信息交互，實現有機農場的信息化管理和無線遠程監控；實際的應用效果表明，有機農業信息化管理系統能夠有效克服傳統農業管理方面的弊端，有效地提升了農業系統的信息化程度和管理效率。

關鍵詞：有機農業；信息化管理；4G技術；無線遠程監控

中圖分類號：TP311.13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0022-02

隨著大數據和Internet網絡應用的廣泛推廣和遠程控制技術的不斷發展，基于互聯網信息化平臺的遠程監控的相關應用受到不同領域的重視，也為農業管理從傳統的人工方式逐步向信息化遠程控制的網絡方式逐步過渡[1-2]。然而目前有機農業涉及的對象存在多樣性，而且涉及的要素種類繁多，同時有機農業發展的區域分布不均，而且信息化水平往往發展地較為落后，綜合數據信息的獲取與傳輸仍面臨最后一公里交互通信的瓶頸問題。因此，農業現場與管理控制中心之間的通信方式直觀重要。一般情況下，農業管理系統典型的通信方式主要包含以下幾種：

（1）農業現場與監控管理中心之間通過RS485總線或者網線等有線鏈路進行連接通信。此種通信方式導致數據傳輸線的布線錯綜復雜，運營維護難度較大，造成故障的可能性極高，技術難度也較大，增加了系統維護管理的成本[3]。

（2）移動互聯網技術解決方案，將互聯網與典型公司的GPRS/CDMA等移動通信技術相融合，突破了距離的限制，方便了農業現場的互聯網信息化系統接入。此種方案有效地解決了最后一公里的問題，具有組網靈活，信號強，故障率低，升級和維護較為方便等優勢[4-5]。

因此，本文設計的有機農業信息化管理系統通過實現4G無線移動通信網絡與Internet網絡的無縫融合和連接，為智能化和信息化的農業監控管理提供了重要的發展機遇和提升的空間。

1 有機農業信息化管理系統設計

1.1 系統設計思路及網絡架構

有機農業信息化管理系統融合了通訊技術、傳感器技術、軟件技術、控制技術以及計算機技術，通過運行在監控管理中心的管理軟件實體，對農業現場的數據進行收集、分析，按照農作物的生長情況生產合理的培育方案，控制灌溉和施肥等過程，真正實現農業作業的信息化管理；同時，還系統還可以為用戶提供視頻監控管理、專家在線指導等服務，使得當地農林管理部門和農產品供應商對農產品的生長狀態和安全情況進行實時了解了解[6]。系統設計基本架構如圖1所示，本系統可以劃分為三個基本層次，分別是監控瀏覽層、通信網絡層及現場控制層組成。

監控瀏覽層作為整個系統運行的監控中心，其負責管理系統的部署和使用，對采集到的現場的溫濕度、灌溉水位等數據進行存儲分析，結合農業專家系統和意見，實現農產品作物的信息化管理；管理人員能夠通過系統對關鍵數據進行查詢和打印，實時記錄和掌握農田/園林管理過程中產生的所有數據資料，而且相關的農業專家能夠利用4G視頻對農作物的實際生長情況進行掌握，并提供技術支持和視頻直播指導；遠程計算機和手機等智能移動終端可憑借賬號密碼通過互聯網登陸監控中心的管理后臺，對農作物的生長情況進行查看。通訊網絡層主要作為信息的傳輸紐帶，將4G網絡和Internet互聯網進行融合，確保數據的安全傳輸。現場控制層主要負責數據的采集和上報，主要由4G采集控制器完成。4G采集控制器一方面把農業現場的傳感器獲取的參數轉換為特定的數據格式，同時將視頻編碼壓縮后上傳至服務器；另一方面接收來自監控管理中心的控制數據，利用科學的農業物生長管理算法實現自動澆灌，而且能夠按照控制命令對對攝像鏡頭和云臺轉向進行實時調節。

1.2 監控中心

監控中心主要包括兩部分內容，分別是應用服務器和Radius通信服務器。應用服務器作為RSview監控軟件的主機、數據庫存儲的主機以及數據備份服務器進行使用。Radius服務器負責完成與各控制點之間的通信過程。監控中心接收到來自農業現場控制層的相關數據后，通過監控軟件完成氣象資料、土壤環境濕度等相關數據參數的上傳和綜合分析，實現農田灌溉管理的自動化；而且還能夠通過監控管理系統對數據進行實時查詢和打印，數據的類型主要包括整個有機農業管理區域的氣象數據、土壤環境、灌溉設備設置參數、施肥情況、灌溉情況以及灌水歷史記錄等數據[7]。

1.3 采集系統

4G采集控制器基本組成如圖2所示，傳感器陣列完成了農業現場的相關參數和指標的數據采集，視頻編碼模塊則通過MPEG4標準完成視頻信號的編碼，采集封裝后的數據通過4G路由網絡傳輸到監控控制中心。PLC控制器實現了兩部分的功能，一方面接收來自農業現場的采集數據，根據人工操作控制電磁閥，完成農田灌溉；另一方面接收來自監控管理中心的數據指令，對電磁閥和攝像云臺完成相應的操作控制，需要說明的是，農田現場管理區應用了分布式架構布局，為4G采集控制器分配屬于自身的處理器，通過單獨的程序進行控制。

1.4 通信系統

通信系統作為整個信息交互的和核心和紐帶，直接影響了整個系統的實際運行效果，鑒于農業管理系統區域容量相對較大、監控點分散不集中且數量大、對農產品數據的智能化分析處理的要求相對較的特點，同時兼顧有機農業業務發展以及可擴展性，通信系統采用4G網絡與互聯網專線APN連接相融合的方案。融合了4G網絡通訊技術的數據信息交互系統可以實現7×24小時在線，同時具有穩定性、按流量計費、免維護和低故障率等特點；監控中心通過APN專線實現對所有監控點的管理，所有監控點均使用內網固定IP，確保了數據的安全穩定傳輸。

2 結語

隨著有機農業產業不斷發展，但是其面臨這諸多問題，包括農場分布較為分散、影響因素較多、氣候約束條件敏感、不易管理等瓶頸，作者提出了有機農業信息化管理系統的設計方案；該系統方案通過4G無線通信技術完成農業管理系統的遠程監控網絡建設，結合分布式體系架構，每個有機農業管理區域采用PLC核心技術進行4G采集控制器設計，通過電信運營商進行數據的存儲和分發，同時架設專線與監控中心進行信息交互，實現有機農場的信息化管理和無線遠程監控；實際的應用效果表明，有機農業信息化管理系統能夠有效克服傳統農業管理方面的弊端，有效地提升了農業系統的信息化程度和管理效率。

本系統可以在以下領域得到廣泛應用和推廣，包括城市排水管理系統、園藝管理系統、有機蔬菜以及林業種植、花卉養殖等領域，其融合了4G網絡和Internet通信方案的整體優勢，響應了國家的“互聯網+”和科技農業發展的號召，促進了農業生產的信息化進程的發展。

參考文獻

[1]單立娟.一種智能農業管理軟件系統設計[J].科技資訊，2017，15（5）：122-123.

[2]丁克奎，鐘凱文.基于“3S”的精準農業管理系統設計與實現[J].江蘇農業科學，2015，43（1）：399-401.

[3]葉崑.基于微信公眾平臺下的智能農業管理系統[D].吉林大學，2015.

[4]袁濤，楊娟，陳旭，等.基于GIS的上海市浦江鎮農業用地管理信息系統設計與開發[J].上海農業學報，2015（4）：75-79.

[5]張文霞，王圓，張凱，等.基于ZigBee無線網絡的智能農業溫室大棚管理系統的設計與實現[J].中國農機化學報，2016，37（6）：247-250.

[6]王鑫，佟海亮，楊征.云計算在農業種植管理系統開發中的應用初探[J].南方農業，2015，9（9）：159-160.

[7]孫曉梅，黃金光.管理信息系統視角下的智慧農業系統戰略規劃[J].湖北農業科學，2016，55（10）：2640-2644.endprint