智慧農產品云平臺關鍵技術研究與應用

谷偉濤

【摘 要】智慧農業云平臺系統基于ESB架構，通過將物聯網技術和移動互聯網技術接入智慧農業云平臺，結合智能農業監測系統檢測到的信息，可以實現農業生產過程的標準化、自動化和精細化管理。基于大規模歷史數據的數據挖掘和智能分析提供給管理者更好的決策建議。云平臺在全面提高農業生產效率的同時，還利用RFID、條形碼、二維碼等識別技術將農業生產環節、加工環節和流通環節無縫連接起來，實現了農產品從田間到餐桌的真正意義上的全程追溯。

【關鍵詞】智慧農業；云平臺；物聯網

【中圖分類號】F724.6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0045-03

1 研究背景

農業科技經過多年的發展，傳統種植業的局限性表現得越來越明顯[5]。在靠天種地的生產過程中，生產人員無法及時掌握植物的生長情況，如植物是否有病蟲害、水肥是否充足或過剩，植物生長是否正常，生產結果是否滿足產量質量要求等，因此無法做到及時地改變養護方向。在大面積種植中，要做好定期檢查、灌溉、排水等工作時，沒有一套標準指導工作，更多的是靠人的經驗判斷，而人的判斷是有差異性的，無形中影響了產量和質量。大量的人工投入到田間工作，導致人工成本很高[6]。此外，由于農業科研從業人員的數量偏少，從事種植行業的人員缺乏完善的種植技術。而有技術人員指導的種植人員僅能夠通過手工進行信息的搜集、記錄，這使得種植信息采集不完整，記錄有間斷、缺漏。根據現有的研究表明，植物生長受周圍的環境因素影響較大。沒有專業的工具無法精確測量環境數據，從而無法針對環境做出調整[3]。即使測量到了簡單的環境數據，在沒有信息化科技力量的支持下，種植人員依然只能靠天種地，不能對環境因素進行一定程度的控制。

傳統種植業的以上局限在當今世界地少人多的情況下，勢必需要一個平臺來改變，引導傳統種植業與現代科技結合，使種植業的產出量更高，質量更好[1-2，4]。

2 智慧農產品云平臺功能

智慧農業云平臺是將國際領先的物聯網、移動互聯網、云計算等信息技術與傳統農業生產相結合搭建的農業智能化、標準化生產服務平臺，旨在幫助用戶構建起一個“從生產到銷售，從農田到餐桌”的農業智能化信息服務體系，為用戶帶來一站式的智慧農業全新體驗[3-4]。

智慧農產品云平臺具有以下功能。

2.1 遠程智能監控

智慧農業云平臺通過在生產現場部署傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯網設備，借助個人電腦、智能手機，就能實現對農業生產現場氣候變化、土壤狀況、作物生長、水肥使用、設備運行等實時監測展示，對異常情況自動報警提醒，生產者可及時采取防控措施，降低生產風險；同時，在云平臺生產者可遠程自動控制生產現場的灌溉、通風、降溫、增溫等設施設備，實現精準作業，減少人工成本的投入。

2.2 標準生產管理

云平臺可根據農業生產需求，定制建立標準化生產管理流程，流程一經啟動，平臺將自動進行任務創建、分配與跟蹤。工作人員可在手機上收到平臺發布的任務指令，并按任務要求進行農事操作與工作匯報。同時，管理者亦能在平臺中對工作人員進行任務派發與工作效率監督，隨時隨地了解園區生產情況。

2.3 產品安全溯源

云平臺可以幫助用戶進行農產品品牌管理，并為每一份農產品建立豐富的溯源檔案。通過云平臺，生產者可進行生產投入物品，以及農產品檢測、認證、加工、配送等信息的記錄管理，相關信息可自動添加到農產品溯源檔案；同時，通過部署在生產現場的智能傳感器、攝像機等物聯網設備，平臺可自動采集農產品生長環境數據、生長期圖片信息、實時視頻等，豐富農產品檔案。平臺利用一物一碼技術，將獨立的防偽溯源信息生成獨一無二的二維碼、條形碼及14位碼，用戶使用手機掃描二維碼、條形碼，或登錄農產品溯源平臺錄入14位碼，即可快速通過圖片、文字、實時視頻等方式，查看農產品從田間生產、加工檢測到包裝物流的全程溯源信息。使用一物一碼技術，一次掃碼后即無效，可實現有效防偽。

2.4 市場網絡營銷

互聯網時代，充分利用企業官網、電子商務平臺、微信公眾號等網絡平臺進行網絡營銷勢在必行。智慧農業云平臺的快速建站功能，可以幫助用戶通過簡單的操作輕松建設自己的官方網站，后期只需根據企業的營銷需求，隨時進行內容的編輯即可實現管理維護，所搭建的網站可實現電腦、手機多終端適配，讓更多的客戶快速通過網站了解企業。同時，云平臺實現與微信公眾號深度集成，消費者通過微信公眾號即可進入農產品電子商務商城，并且可以隨時查看農產品種植基地的環境數據、實時視頻等，有助于增強消費者對農產品的體驗及對企業的信任，促進農產品的銷售。

3 智慧農產品平臺總體框架設計

3.1 技術特色

3.1.1 智能終端設備與標準化生產管理深度整合

智能終端設備成功的核心在于基于物聯網的精準、完備的數據采集，而所有數據采集的關鍵環節包括土壤pH值、光照、風向、降雨等，所有數據信息都貫穿于標準化生產管理之中。可以根據時間或者現場條件驅動預設任務，一系列相關任務最后形成標準化生產流程，讓管理人員通過手機就能夠實時地了解到目前產品的生長情況及接下來應該去完成的事情，從而實現現代農業生產管理。通過智能分析系統將智能傳感器設備收集的歷史數據、標準化生產管理系統所指導的任務情況和農產品物流運輸銷售信息進一步處理、整合、挖掘，最終反饋到生產環節指導現代農業的生產，進一步提高現代農業的生產效率。

3.1.2 讓計算資源像水資源一樣為用戶提供服務

利用云計算技術，此云平臺統一采用軟件即服務模式（SaaS）運營，數據集中到公有云數據中心統一管理，信息建立私有云數據中心為農業云平臺提供后臺數據服務，通過虛擬化技術，為海量數據的多路存儲與并發查詢提供基礎設施服務；不但可以大幅度減少前期硬件投入，更能有效降低后期系統運維難度、能源消耗與人力成本。用戶生產現場無需部署任何電腦設備；同時，結合按需付費的模式，讓農業工作者利用本平臺如同使用水電一樣方便。

3.2 總體設計

智慧農業云平臺系統是基于ESB架構，通過對各類農業生產活動定制開發的智能終端、傳感器監控生產過程中各環節的現場環境和農作物相關指標信息，通過物聯網技術和移動互聯網技術接入智慧農業云平臺。基于ESB架構，融合先進的標準化流程任務管理技術，為用戶打造集食品安全追溯、生產環境監控、生產過程管理、移動遠程查詢于一體的云服務平臺。平臺將供應鏈各個環節的異構信息數據與身份信息完美對應，涉及跨組織、跨平臺、跨網絡的異構系統融合；用傳統的大軟件思路開發一個面面俱到的應用根本不可能實現。不僅開發風險過高，而且用戶難于使用。綜合考慮，信息建議采用“獨立服務組件”模式研發后臺系統，采用“移動互聯網”技術研發終端軟件，并使用“企業服務總線（ESB）”技術進行數據整合，根據不同的使用場景，為不同人群提供跨個人電腦、平板電腦、智能手機、可穿戴設備“四屏合一”的使用體驗。

4 智慧農業云平臺系統

由智能農業監控系統、標準化生產管理系統、農產品全程溯源系統、農業社交網絡系統共同構成了智慧農業云平臺的4個子系統。在該云平臺科學化的管理指導下，能夠及時地發現所存在的問題，農戶在遇到問題的時候還可以通過建立的農業社交網絡系統和標準化生產管理系統的平臺獲取幫助。以下對智能農業監控系統和農產品全程溯源系統進行介紹。

4.1 智能農業監控系統

針對性地打造一批智能的終端設備，將其應用于實時監控農產品生產過程中的各類屬性指標（包括氣象信息、土質信息、水質信息等）。并且使用高清圖像監控設備（如攝像機、照相機等）對園區內的自動化工作（降溫、加濕、施肥等）及智能終端設備工作狀態進行遠程觀察。通過架設物聯網，將園內所有智能終端設備與高清圖像監控設備連接互聯網，實現數據實時上傳至計算數據中心，便于對農業大棚信息實時性檢測和標準化生產監控。實現對園內農作物的生長狀況，病蟲害狀況、澆灌狀況、土壤狀況、水質狀況、空氣狀況等的精準監測，以農產品的生產流程和生產標準為指標設置預警，最終建立一套完整的農產品生產全程的實時檢測與預警機制。圖1所示為平臺流程圖，圖2所示為監控環境因素圖。

4.1.1 實時檢測

在園區內設立氣象檢測器，根據需要用于檢測各類氣象信息（風速、風向、光照、溫度、降水量、濕度）。該氣象檢測器配備太陽能電板，在能源方面基本實現自給自足，環保節約。并且，該氣象檢測器接入物聯網，可以將所檢測的數據通過智能網關上傳到云數據中心，全程智能化處理，降低了對園區內勞動力的占用，實現生產流程的標準化管理。

4.1.2 視頻圖像處理

在農業生產園內安裝智能相機、智能攝像頭、RFID等圖像采集設備和其他相關設備，實現對生產園內區域的視頻圖像360°無死角，實時采集。采集的范圍為現場視頻、高清照片等。并通過智能網關，利用無線傳輸網絡，通過調制解調等手段，將視頻數據傳輸到云數據中心。云端服務對所接收的視頻圖像數據進行計算處理，自動識別出農業生產園區的危險隱患，以及時預警。

4.1.3 自動化控制

農業生產園區內的智能監控設備通過智能網關連接互聯網，實現設備數據（如灌溉記錄、流量、氣壓等）實時上傳云數據中心。云數據中心根據園內農作物的生長階段與農作物品種的不同，自主地設計并調節園內各個區域內的監控設備的參數，無須人為操作，完全實現自動化操作。節約了勞動力，也避免了因人為操作的隨意性所造成的損失。

4.1.4 遠程管理

緊隨時代發展的潮流，與現階段前沿技術（物聯網、移動互聯網、云計算等）相結合，實現通過pc電腦、智能手機即可對農業生產園內的所有監控設備進行遠程的管理（包括遠程查看、遠程修改），極大地增加了農業生產園管理的便利性與靈活性。

4.2 農產品全程溯源系統

全程溯源系統是在農業生產園內安裝一批智能終端，實時監控農作物的生長信息，以及采集記錄與其相關的重要環境信息，包括光照、氣溫、濕度等。系統還自動地記錄了在農作物生產過程中的每一次施肥除草的數據，以及農作物各個生產階段的圖片，并為每一個農作物形成其獨有的溯源檔案。最終，消費者可以通過智能手機掃描產品包裝上的條形碼或者二維碼的形式，查詢每一批農作物獨立的安全質量檔案，實現對農產品的完整業務鏈的全程監控和全程溯源。

基于農業云平臺客觀全面的農業監控系統記錄的海量種植生長數據，結合質檢和食品安全的相關政策要求，建立能夠通過個人電腦、平板電腦、智能手機等一系列移動終端訪問的農產品全程溯源系統，為每一個產品量身定制客觀、準確、全面的質量安全檔案。

5 結語

智慧農業云平臺將現階段互聯網技術與傳統的農業技術相結合，可以根據一線農業生產人員的需求，結合農作物的生長周期、生長環境、品種等數據的變化，自動提供個性化的、精準的遠程技術支持；也可以對規模化的農產品企業提供智能化、自動化的管理服務，降低勞動力成本；還可以對農作物的生長過程、環境進行溯源。總而言之，智慧農業云平臺試圖在農村與城市之間架起一座橋梁，力求搭建一個服務全國的農業智能化信息服務平臺，這是一次大膽的嘗試。

參 考 文 獻

[1]林偉偉，吳文泰.面向云計算環境的能耗測量和管理方法[J].軟件學報，2016，27（4）：1026-1041.

[2]徐楊，王曉峰，何清漪.物聯網環境下多智能體決策信息支持技術[J].軟件學報，2014（10）：2325-2345.

[3]陳海明，崔莉.面向服務的物聯網軟件體系結構設計與模型檢測[J].計算機學報，2016，39（5）：853-871.

[4]趙波，戴忠華，向騻，等.一種云平臺可信性分析模型建立方法[J].軟件學報，2016，27（6）：1349-1365.

[5]郭鵬，李鈞，張海燕.基于云平臺的智能遠程種植系統[J].上海大學學報：自然科學版，2017，23（2）：244-251.

[6]魏蕾，徐浩，劉明五.農業科技園區推動地標農產品產業化研究[J].上海交通大學學報：農業科學版，2017，35（1）：66-71.

[責任編輯：鐘聲賢]