淺談嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

莊 潔 郭志堅(jiān) （上海市嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)中心 201822）

上海嘉定馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)自1981年至今，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，葡萄品種不斷豐富、種植技術(shù)不斷提升，現(xiàn)有葡萄種植面積約333.33 hm2，被國家農(nóng)業(yè)部命名為“中國葡萄之鄉(xiāng)”，“馬陸”牌葡萄也先后被評(píng)為“上海名牌產(chǎn)品”“上海市著名商標(biāo)”“中國名牌農(nóng)產(chǎn)品”，在上海乃至全國都享有較高的知名度。但近年來，隨著馬陸葡萄種植規(guī)模不斷擴(kuò)大、種植成本逐年遞增，粗放式的葡萄生產(chǎn)管理越來越不符合葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，在當(dāng)前馬陸葡萄的種植過程中，大部分農(nóng)戶憑經(jīng)驗(yàn)、靠感覺進(jìn)行種植，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的種植技術(shù)，這不利于馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)向設(shè)施農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。

2016年中央一號(hào)文件《關(guān)于落實(shí)發(fā)展新理念，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)全面小康目標(biāo)的若干意見》中提出，大力推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈改造升級(jí)；上海市在《上海市推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)實(shí)施意見》中也提出，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升農(nóng)業(yè)管理水平。在此背景下，上海市嘉定區(qū)農(nóng)委信息中心著手開發(fā)嘉定農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以產(chǎn)品附加值高、種植環(huán)境相對可控的馬陸葡萄作為研究對象，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)，以期通過運(yùn)用精準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，對葡萄各物候期的生長環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行量化，并結(jié)合智能化控制設(shè)施，保證葡萄生長處于最適宜的環(huán)境中，從而形成馬陸葡萄標(biāo)準(zhǔn)化種植技術(shù)體系，推動(dòng)嘉定葡萄種植業(yè)向設(shè)施農(nóng)業(yè)和精細(xì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。現(xiàn)將該系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用情況介紹如下。

1 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基于SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）的多層架構(gòu)體系，使用了多層應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，能使用戶界面代碼和業(yè)務(wù)邏輯代碼分離，方便修改應(yīng)用程序代碼，具有良好的松耦合性；同時(shí)，將業(yè)務(wù)邏輯集中到一個(gè)類庫中，方便了系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)；而且，在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作中，避免了代碼的重復(fù)，提高了重用性；此外，可以隨時(shí)將組件分離到不同的物理計(jì)算機(jī)上，具有靈活的擴(kuò)展性。

本系統(tǒng)多層架構(gòu)主要分為表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層。其中，表示層是系統(tǒng)與用戶溝通的惟一渠道，是系統(tǒng)功能的展示，表示層提供應(yīng)用程序的用戶界面（UI），在ASP.NET中的頁面是UI的具體表現(xiàn)形式；業(yè)務(wù)層主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的功能，在ASP.NET中，通常以類庫的形式封裝系統(tǒng)需要的業(yè)務(wù)邏輯（業(yè)務(wù)邏輯是開發(fā)過程中的主要任務(wù)）；數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)了所有業(yè)務(wù)邏輯所需要的數(shù)據(jù)訪問功能，包含與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行交互的類庫，且這些類庫在功能上和業(yè)務(wù)邏輯層上是相互獨(dú)立的。

2 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要有六大功能，即傳感采集、自動(dòng)化控制、自動(dòng)報(bào)警、智能監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析挖掘、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源，見圖1。

圖1 嘉定葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)各部分的工作原理：（1）傳感采集。通過前端傳感器將葡萄大棚內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過園區(qū)無線高速網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊味▍^(qū)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。處理后的信息以圖表的形式進(jìn)行展示，不僅可以使用戶直觀看到葡萄生長期間的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的數(shù)值，還為后期的數(shù)據(jù)分析提供信息支撐。（2）自動(dòng)化控制。通過實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)相關(guān)環(huán)境參數(shù)（如空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤pH），將采集的數(shù)值與設(shè)定的最佳環(huán)境指標(biāo)值進(jìn)行比對，以自動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。同時(shí)，還可根據(jù)用戶需求，隨時(shí)進(jìn)行農(nóng)事操作。（3）自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)采集設(shè)備采集到的環(huán)境參數(shù)的數(shù)值超過預(yù)先設(shè)置的閥值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將提供及時(shí)預(yù)警，并提醒管理人員和自動(dòng)控制設(shè)備采取調(diào)節(jié)操作。預(yù)警閥值由管理人員根據(jù)不同葡萄品種、不同生長階段進(jìn)行科學(xué)設(shè)定。（4）智能監(jiān)控。通過安裝的高清智能監(jiān)控?cái)z像頭，實(shí)時(shí)捕獲大棚內(nèi)部畫面，幫助生產(chǎn)管理者實(shí)時(shí)掌握葡萄的生長情況，解決種植中出現(xiàn)的難題。（5）數(shù)據(jù)分析挖掘。把采集到的大量葡萄生長數(shù)據(jù)進(jìn)行集中、萃取和提煉，保存各類指標(biāo)的對比和分析結(jié)果，并進(jìn)行智能數(shù)據(jù)挖掘、模擬仿真、科學(xué)評(píng)價(jià)，為今后完善葡萄生產(chǎn)技術(shù)和進(jìn)行科研項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐。（6）安全溯源。運(yùn)用信息化技術(shù)在平臺(tái)建立葡萄生產(chǎn)的全過程溯源，建立詳細(xì)的田間操作檔案，并支持多種查詢方式，確保信息公開、透明、安全。

3 嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

在農(nóng)家苑及馬陸葡萄主題公園進(jìn)行了嘉定區(qū)葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.1 網(wǎng)絡(luò)部署

在2個(gè)基地分別部署WIFI，實(shí)現(xiàn)基地WIFI全覆蓋，為試點(diǎn)開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署在嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)中心機(jī)房，機(jī)房占地面積近80 m2，有20多臺(tái)服務(wù)器、2臺(tái)磁盤列陣，存儲(chǔ)總量近17 TB，配備完善的監(jiān)控、消防等設(shè)施，為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了合乎規(guī)范的環(huán)境條件和工作條件。

3.2 葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

分別在農(nóng)家苑和馬陸葡萄主題公園部署傳感器采集空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤pH等影響葡萄生長的重要環(huán)境參數(shù)，其中對于土壤濕度，采用多點(diǎn)、多土層測量方法，綜合評(píng)估土壤含水量，盡量降低誤差和干擾，提高測量的準(zhǔn)確度。同時(shí)，在大棚內(nèi)部署可全方位旋轉(zhuǎn)的監(jiān)控?cái)z像頭，采集葡萄生產(chǎn)過程的清晰圖像，對葡萄的種植、管理、生產(chǎn)及采摘進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管和智能分析。此外，運(yùn)用精準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，對葡萄各物候期的生長環(huán)境參數(shù)進(jìn)行量化，并結(jié)合智能化控制設(shè)備，保證葡萄處于最適宜的生長環(huán)境，且通過控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對葡萄生長環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)，為葡萄生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、智能化管理。

4 總 結(jié)

通過在2個(gè)基地試點(diǎn)運(yùn)用葡萄物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并通過對葡萄專家多年來開展的葡萄栽培管理科研工作和總結(jié)的種植經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行量化，形成了葡萄種植專家系統(tǒng)。同時(shí)，通過智能分析與聯(lián)動(dòng)控制，及時(shí)精確地滿足了葡萄生長對各環(huán)境參數(shù)的要求，在提高葡萄質(zhì)量的同時(shí)，不僅減少了人工勞力，提高了基地管理精準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，還有效地促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。此外，通過將信息技術(shù)與葡萄種植技術(shù)的有效融合，從最初的“物聯(lián)網(wǎng)+生產(chǎn)”延伸到了信息技術(shù)在葡萄種植產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的“全產(chǎn)業(yè)鏈”運(yùn)用，提高了葡萄品質(zhì)，增強(qiáng)了葡萄質(zhì)量安全，塑造了馬陸葡萄的品牌形象，從而帶動(dòng)馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，促進(jìn)農(nóng)民增收。