基于云計算的智慧農機服務平臺技術研發與應用構建

陳海鋒，章霞東，黎向新，龐承妮，農宏亮，莫建霖

（廣西農業機械研究院有限公司，廣西南寧 530007）

0 引言

現代信息技術與農業的深度融合，促使農業進入機械化、數字化新時代，引發農業第三次綠色革命即“農業數字革命”，生產方式正由傳統農業向現代、智慧農業變革，現代農機作業及服務也迎來更大的機遇與挑戰。通過發展農業機械化信息事業，利用現代化的信息技術，建立健全綜合性農機服務平臺的服務管理功能和決策支持體系，對于加強農機信息化宏觀調控和微觀指導，進一步促進農業機械化、信息化的發展，具有十分重要的意義。將互聯網、物聯網、移動通信、衛星導航、大數據、云計算、AI等現代信息技術引入到綜合性農機服務平臺中，為農業機械化和信息化工作提供新的手段和方法，提高了現代化農業生產的效率，促進了農機化與信息化的融合，將會給政府提供更加有效的監管手段，協調農機組織的任務分配，更好地服務“三農”，促進全國農業現代化和信息化的快速發展。在此背景下，打造和發展新型農業機械現代化和信息化服務企業成為農機行業發展的新趨勢。

1 相關技術綜述

1）云計算技術。云計算是一種基于互聯網的計算技術，它允許用戶通過網絡訪問共享的計算資源，而無需擁有本地計算設備。云計算技術包括虛擬化技術、自動化和管理技術：、存儲技術、網絡技術、安全技術等。云計算技術是一種高效、安全、可靠的計算技術，為用戶提供了一種訪問和使用共享計算資源的方法，并且對于企業和個人來說，可以降低計算成本，提高生產效率。

2）大數據分析技術。大數據分析是利用大量數據進行模型建立、模擬和預測的技術。農業領域也在廣泛使用大數據分析技術，以提高農業生產效率和效益。

農機作業監控是典型的大數據分析技術的應用。農機作業監控系統通過收集農機的作業數據，利用大數據分析技術對農機作業進行監控和評估。該系統可以通過對農機的使用情況、燃油消耗量等數據進行分析，評估農機的使用效率和效益。此外，大數據分析技術還可以用于農田土壤和氣候數據分析，幫助農民優化種植方案和農藥使用策略，提高農田資源的利用效率。

2 農機實時數據采集技術研發

1）農機傳感器技術。通過在農業機械上安裝各種傳感器來獲取有關農業生產的信息，從而支持農業生產活動的管理[1]。農機實時工作數據主要分為三類：發動機工作參數，車輛作業部件工況數據和車輛GPS位置數據。其中基于CAN總線采集的發動機工作參數主要有發動機轉速、水溫、燃油剩余等[2]；基于PLC采集的車輛工作部件工況數據主要有風機壓力、切斷壓力行走壓力、刀盤壓力、刀盤轉速、切段轉速、風機轉速、刀盤高度、液壓油溫、行走速度等；基于Modbus實現對農機的實時定位數據的采集。農機傳感器技術通過提供實時的農業生產信息，幫助農民更好地管理農業生產活動，提高農業生產效率。

2）農機物聯網實時通信與傳輸系統開發數據上傳技術。整合各類傳感器的原始輸出信號，基于開放協議（Modbus，RS485，RS232等）設計易于擴展的數據讀取轉換模塊，利用單片機讀取各傳感器數據，并結合物聯網模塊搭建適應野外站點布設的集成系統，實現高時頻野外監測數據的實時數據傳輸[3-4]（圖1）。

圖1 物聯網實時通信系統架構圖

3 農機智慧服務平臺應用構建

農機智慧服務平臺信息系統在整個設計上以服務農戶為核心，以業務流程和提高生產效率為導向，以數據采集、大數據分析為技術支撐，采用滿足高并分需求的微服務架構搭建，積木式的模塊化設計。總體技術架構如圖2所示。

圖2 總體技術架構

采用nginx負載均衡器放置在云服務平臺上，接收用戶請求，并將請求轉發到Web服務器，Web服務器與應用服務器協同工作[5]，處理用戶請求并返回響應，應用服務器連接到mysql數據庫集群服務器，從中獲取數據并執行業務邏輯，緩存服務器Redis可以在應用服務器和數據庫服務器之間進行部署[6]，提高性能，監控系統可以監控整個系統，及時發現并解決問題，安全防護系統可以在系統前端進行部署保護系統安全。圖3是系統總體網絡設計架構圖。

圖3 系統總體網絡設計架構圖

農機服務智慧平臺總體上分為：統一門戶網站及七大功能平臺（農村金融服務平臺、電商平臺、農業服務平臺、補貼服務及監管服務平臺、合約中心、調度與作業監控平臺和清結算服務平臺）。統一門戶具有單點登錄、門戶網站等功能。構建統一可信驗證組件，支持安全接入、身份認證、加密存儲、加密傳輸等安全服務，支持單點登錄功能；支持通過統一身份認證服務實現用戶在不同子系統中所使用的用戶ID、口令等一些信息進行集中存儲和管理。用戶只需在統一可信驗證系統認證通過，無需再次經過重復的身份認證即可訪問相關業務子系統，實現單點登錄。實時發布農機、農資、種苗等農機社會化服務相關信息，為各類用戶提供信息支持和公共服務，通過智能AI模塊轉發補貼政策的信息、轉發國家和自治區產業政策動態、各類金融政策的信息。

七大功能平臺包括農村金融服務平臺、農業服務平臺、補貼服務及監管服務平臺、合約中心、調度與作業監控平臺和清結算服務平臺等（表1）。

表1 農機智慧服務平臺

大數據展示及分析。具有顯示軌跡及監控到的數據、作業監控、農機監管、農機狀態及故障檢測、品種及批次分布、種植作業、作物長勢、土壤養分、種植適宜性與風險分析、自動預警、多源影像資源加載、地塊資源加載、地塊加載、全景影像加載、其他公共信息加載、圖層控制、電子地圖操作、專題地圖可視化、環比及同比等19項功能，平臺效果如圖4所示。

圖4 農機分布熱圖

農機智慧服務平臺以南寧市武鳴區、崇左、梧州為試點運行，實現了農機實時分布管理、農機作業質量分析、作業類型分類統計，可通過系統平臺來查看各類統計數據，可對作業補貼準確發放，并可實時地掌握轄區各類農業生產進度。實現了數據信息互聯共享，增強了農機作業精準度，提高農機作業質量與效率。后續繼續推進開展農機銷售、租賃、維保、作業服務、機手培訓、農機金融服務及農機保險等業務可獲得相應的收益，平臺全面推廣后將輻射至全區農業生產基地（圖5）。

圖5 移動APP界面

4 結論與展望

農機智慧服務平臺具有廣闊的發展前景。預計未來幾年，農機智慧服務平臺將繼續發展壯大，并在農業生產中發揮更加重要的作用。隨著農機技術的不斷提高和普及，農機的智能化程度將得到提高。農機智慧服務平臺將實現對農機的智能監控、診斷和預測，提高農機的使用效率和效益。另一方面，互聯網技術的快速發展也為農機智慧服務平臺的發展提供了更多的機會。通過云計算和大數據分析技術，農機智慧服務平臺將實現對農業生產數據的大規模收集、存儲和分析，幫助農民更好地決策和管理。

人工智能技術的發展也將對農機智慧服務平臺產生重要影響。人工智能技術將幫助農機智慧服務平臺更好地識別和預測農業問題，為農民提供更為專業和科學的服務。它不僅可以幫助農民提高農機的使用效率和效益，而且還可以為農業生產帶來多項好處。農機智慧服務平臺具有重要的現實意義和價值，是農業生產不可或缺的重要工具。它不僅可以幫助農民提高農機的使用效率和效益，而且還可以為農業生產帶來多項好處，提高農業生產水平和效益。