蔬菜安全生產管理平臺的開發與應用

張京社，閻世江

（山西省農業科學院蔬菜研究所，山西 太原 030031）

隨著黨的十九大的勝利召開，建立蔬菜的追溯體系、實現蔬菜標準化生產、降低生產成本成為我國科研工作者面臨的重要課題，建立一種新型的蔬菜生產管理平臺以應對我國蔬菜生產的新形勢，這就是蔬菜安全生產管理平臺（簡稱平臺），它運用地理信息系統技術、互聯網技術，以蔬菜生長全過程數字化信息為條件，為蔬菜安全生產提供技術支撐[1-5]。目前有關的研究已有報道，如北京市蔬菜生產管理信息系統BJ-CABBAGIS[6]、壽光市蔬菜生產數字平臺[7-10]、江蘇省農業物聯網平臺[11-13]等，這些平臺均是科研單位根據當地的蔬菜生產狀況開發而來，多是從宏觀層面管理蔬菜生產[14-17]，理論水平較高，對具體蔬菜種植方面內容涉及較少。為此，山西省農業科學院蔬菜研究所設施蔬菜栽培課題組于2016年根據30多年的設施蔬菜生產實踐經驗，開發研究出日光溫室蔬菜安全生產管理平臺。

1 平臺工作原理及配置要求

平臺的主要工作原理是控制終端采集環境參數和設備狀態，將數據匯集到智能網關，智能網關將數據打包后，統一發送到服務器，對數據進行分類處理并迅速做出決策的一種農業管理系統。

平臺使用Visual C#.NET語言；開發數據庫為Microsoft Sql Server 2005；采用B/S[18-19]架構。該平臺運行的硬件配置要求為處理器最好是主頻1 GHz以上，32位或64位處理器均可；內存的要求最低1 G，推薦2 G以上，如果是4 G以上推薦安裝Windows7 64位系統。硬盤至少有16 G以上存儲空間，顯卡要求帶有WDDM 1.0或更高版本的驅動程序的DirectX 9圖形設備，否則無法顯示圖像。操作系統要求Windows 7以上的操作系統。

2 系統總體方案

該平臺通過在溫室內的傳感器，監測大氣溫度、濕度等環境參數，將數據傳回計算機，工作人員可以隨時查看，并通過內嵌的專家決策系統進行溫室生產管理；這些采集的數據自動保存在電腦中，可供以后調閱，通過與產量等其他數據進行綜合分析，可以得出適宜蔬菜生產的最佳環境參數，為以后指導蔬菜生產奠定基礎。系統結構如圖1所示。

系統的主要工作過程為：傳感器采集環境參數，將數據匯集到智能網關，智能網關將數據打包后，統一發送到服務器，服務器收到數據后對這些數據進行分類，在各個界面上顯示，并保存在各個數據庫中。

系統將收到的數據通過圖形或數字的方式顯示在圖形界面上，用戶可以通過手機、個人電腦進行查看，也可以通過攝像頭查看溫室內蔬菜實時的生長狀況、病蟲害發生情況等。

3 終端設備設計

終端設備主要是環境數據傳感器。傳感器主要包括大氣溫度傳感器、大氣濕度傳感器、光照強度傳感器、CO2濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、攝像頭等，通過通信系統將數據發送至智能網關。除了傳感器還包括微處理器、無線有線發射模塊、地址設置單元和備用傳感器接口等。微處理器是終端采集器的核心，它對數據進行處理，通過無線有線發射模塊發送給智能網關。

終端采集器的軟件主要包括主程序、接收數據包處理程序等。主程序在初始化之后，進入循環程序，采集傳感數據并循環檢查接口，處理接收的數據包。

4 通信系統及數據采集

這部分包括局域網網關、移動通信系統和互聯網系統。智能網關是終端采集器與終端控制器的匯聚節點，通過ZigBee無線網絡將終端采集器和終端控制器組成一個局域網。智能網關通過移動通信網絡與服務器連接。硬件結構如圖2所示。

系統開啟運行后，首先初始化參數，打開定時器，由定時器的程序采集環境參數和設備狀態。處理數據的流程如圖3所示。

5 數據庫設計

本系統采用Microsoft SQL Server數據庫，這是一個全面的、集成的、端到端的數據解決方案，降低了在從移動設備到企業數據系統的多平臺上創建、部署、管理及使用企業數據和分析應用程序的復雜性。采用關系型數據庫描述傳感器、溫室、用戶之間的關系，根據各實體之間的關系設計數據表單。表與表之間的關系采用外部約束來保證數據的完整性。

6 功能模塊設計

打開瀏覽器后，在地址欄輸入http://1615gx551 8.51mypc.cn/SY/Index.aspx，即可訪問（圖 4）。該平臺分為9個大模塊，分別為主要設計人、系統簡介、溫室實況、病蟲害預警、種植管理、農事管理、種植作業、系統設置、退出系統（圖5）。客戶、專家、工作人員分別使用不同的用戶名和密碼登錄，權限也不同。

6.1 溫室實況

進入該模塊后，用戶可以查看溫室內的環境參數（圖5），如大氣溫度、濕度等。專家事前設定最佳閾值，如監測到的環境參數高于或低于最佳閾值，主機發出報警聲響，提示工作人員。

通過攝像頭，在環境參數的下方可以看到溫室內的畫面。用戶可以了解蔬菜的種類、長勢，工作人員的工作情況，有利于遠程管理。

6.2 病蟲害預警

該模塊根據視頻圖像發生變化，探頭會自動對比，并配合人工實地觀察、取樣化驗，做出判斷，確定蔬菜是否發生病蟲害，并提出防治方案（圖6）。

6.3 種植管理

該模塊是種植專家根據自己的實踐經驗和以往平臺的系統記錄，按不同的蔬菜生長階段制定不同的栽培管理措施。設施蔬菜栽培管理措施主要包括灌溉、施肥、植株調整、病蟲防治、授粉、收獲等。管理專家下達各項指令，保存在數據庫中。種植管理流程如圖7所示，種植管理頁面如圖8所示。

6.4 農事管理

該模塊一般由操作人員完成。待種植專家在“種植管理”系統中下達指令，操作人員在此系統中進行查看，并按指令完成作業，如在蔬菜生長的各階段完成灌溉、施肥、植株調整、病蟲防治、授粉、收獲等。完成后主機自動記錄（圖9）。

6.5 種植作業

在6.4的農事管理中，操作人員完成指令后，在該系統中就顯示已完成的作業內容，如植株調整、病蟲防治、授粉、收獲等，可供專家查看，并記錄。該系統可進一步進行拓展，與后續開發的溯源系統聯網使用[9]（圖10）。

6.6 系統設置

該模塊的作用是整個平臺的內部管理，如新增、修改、刪除種植基地、溫室，設置品種的名稱、成長周期等參數，選擇種植時期，設置種植計劃、預警值，設置用戶的信息和角色，控制其權限，設置溫室的種類，設置顯示圖片的類型，設置應檢測的環境參數，如溫度、濕度等（圖11）。

7 結論與討論

該平臺在沁縣的沁州綠公司蔬菜生產基地應用以來，取得良好的成效。據統計，減少用工30%，節約生產成本15%，在儲運時減少5%的損失，銷售收入提高30%。蔬菜產品通過國家有機食品認證，20 hm2示范園區增加收入300萬元，并輻射帶動周邊133.3 hm2設施蔬菜生產，增加經濟效益達2 000萬元。

在實施過程中，也發現該平臺存在不足，如該系統在操作的過程中對使用者有一定的要求，文化水平較低的蔬菜種植者使用時就有困難，下一步應對該平臺的操作進行簡化。另外，平臺的種植管理模塊中專家決策系統的各個數據庫的建立需要多年的積累，才能使系統應用更加準確客觀，具有更強的指導性。

［1］劉人軍.我國農業信息化建設問題初探[J].計算機與農業，2003（5）：24.

［2］余欣榮.物聯網：改變農業、農民、農村的新力量[M].合肥：安徽科學技術出版社，2012：63-64.

［3］張唯，劉婧.設施農業種植下物聯網技術的應用及發展趨勢[J].科技廣場，2012（1）：238-241.

［4］唐珂.國外農業物聯網技術發展及對我國的啟示 [J].中國科學院院刊，2013，28（6）：700-707.

［5］李志紅，沈佐銳，楊銘華.北京市蔬菜生產管理信息系統BJCABBAGIS 的研制[J].中國農業大學學報，1999，4（3）：48-52.

［6］閻世江，張京社，柴文臣.物聯網技術在設施農業中的應用[J].長江蔬菜，2016（20）：41-43.

［7］徐海燕.基于WebGIS的蔬菜生產數字平臺建設研究[D].泰安：山東農業大學，2007.

［8］馬興，王巍，韓潔，等.以物聯網技術加快實現農業現代化[J].山西農業科學，2011，39（4）：376-378.

［9］毛科軍，李小剛，官宏義，等.加快推進農業物聯網建設 提升天津農業信息化水平[J].天津農業科學，2014，20（9）：1-5.

［10］賈寶紅，錢春陽，宋治文，等.物聯網技術在設施農業中的應用及其研究方向[J].天津農業科學，2015，21（4）：51-53.

［11］劉家玉，周林杰，荀廣連，等.基于物聯網的智能農業管理系統研究與設計：以江蘇省農業物聯網平臺為例 [J].江蘇農業科學，2013，41（5）：377-380.

［12］李建偉.物聯網背景下農產品供應鏈的優化 [J].河南農業科學，2011，40（8）：10-12.

［13］馬享優，信麗媛，王曉蓉，等.國內農業領域物聯網研究與應用現狀分析[J].天津農業科學，2012，18（6）：69-72.

［14］楊方，趙慧芳，楊蕊，等.基于物聯網的設施蔬菜環境監控系統設計[J].山西農業科學，2015，43（10）：1333-1336.

［15］臧賀藏，張杰，李國強，等.基于Android平臺的智慧農田遠程監控系統開發[J].河南農業科學，2016，45（6）：153-156.

［16］張小蓉，趙敏.物聯網視角下鮮活農產品流通問題及對策探析[J].山西農業科學，2015，43（12）：1693-1696，1714.

［17］麻靈，孫紅敏.基于NFC的抗干擾農業物聯網監測系統開發[J].河南農業科學，2016，45（8）：149-154.

［18］張杰，臧賀藏，楊春英，等.基于物聯網的農業環境遠程監測系統研究[J].河南農業科學，2015，44（12）：144-147.

［19］賈寶紅，錢春陽，宋治文，等.設施蔬菜物聯網管理系統的構建及應用[J].河南農業科學，2015，44（2）：156-160.