智慧農(nóng)技綜合管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

摘" 要：隨著數(shù)字技術(shù)在各領(lǐng)域的充分應用，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)、建設(shè)數(shù)字鄉(xiāng)村已經(jīng)成為必然趨勢。該文詳細設(shè)計榆林市智慧農(nóng)技綜合管理系統(tǒng)建設(shè)方案，該研究設(shè)計建設(shè)方案以榆林市優(yōu)勢特色農(nóng)作物玉米、雜糧、馬鈴薯等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為主導，重點深化建設(shè)特色產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化平臺，同時為用戶提供農(nóng)技問答、病蟲害智能診斷、植保知識學習等服務(wù)，旨在為榆林市農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門提供決策指導、為農(nóng)業(yè)服務(wù)機構(gòu)提供數(shù)據(jù)支撐、為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供決策依據(jù)，最終要達到利用數(shù)字化推進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，為榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鄉(xiāng)村；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；智慧農(nóng)業(yè)；產(chǎn)業(yè)數(shù)字化；云平臺管理

中圖分類號：S126" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）20-0018-04

Abstract： With the full application of digital technology in various fields， the development of smart agriculture and the construction of digital countryside has become an inevitable trend. In this paper， the construction scheme of smart agricultural technology integrated management system in Yulin City is designed in detail. The design and construction scheme of this study is dominated by the agricultural industries such as corn， miscellaneous grains， potatoes and other dominant characteristic crops in Yulin City， with the focus on deepening the construction of the digital platform of the whole industry chain of characteristic industries， while providing users with agricultural technology Qamp;A， intelligent diagnosis of diseases and insect pests， plant protection knowledge learning and other services. The purpose of this paper is to provide decision-making guidance for the agricultural supervision department of Yulin City， provide data support for agricultural service organizations， provide decision-making basis for the optimization of planting industrial structure， and finally make use of digitalization to promote the transformation from traditional agriculture to modern agriculture， so as to lay the foundation for the development of modern agriculture in Yulin.

Keywords： digital countryside; agricultural modernization; smart agriculture; industrial digitization; cloud platform management

智慧農(nóng)業(yè)是利用信息技術(shù)來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程智能化、自動化的生產(chǎn)方式，智慧農(nóng)業(yè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機結(jié)合，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)注入了新的活力和動力[1]，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)已成為必然趨勢，也是我國由農(nóng)業(yè)大國邁向農(nóng)業(yè)強國的必經(jīng)之路[2-3]。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室制定的《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025 年）》中明確要求到2025年，數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設(shè)取得重要進展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)采集體系建立健全，數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系、生產(chǎn)體系、經(jīng)營體系加快融合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得明顯進展[4]。

當前，我國智慧農(nóng)業(yè)的主要場景包括大田精準農(nóng)業(yè)、智慧畜牧業(yè)、智慧漁業(yè)和智能溫室，主要技術(shù)包括遙感與傳感器系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與云服務(wù)技術(shù)、智能化農(nóng)業(yè)裝備（無人機、機器人）。盡管在規(guī)模化生產(chǎn)方面起步較晚，但近幾年5G、大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)蓬勃發(fā)展，將我國智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動帶入智能化、集約化、高效化和個性化發(fā)展的新階段[5]。

本文以榆林市優(yōu)勢和特色作物為主導，重點建設(shè)種植業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，設(shè)計榆林市智慧農(nóng)技綜合管理系統(tǒng)，建立農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營精準化、管理服務(wù)智能化，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升數(shù)字化水平，推動新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營深度融合。

1" 主要內(nèi)容

按照“1+1+2+N”的模式建設(shè)榆林市智慧農(nóng)技信息系統(tǒng)，包括1個市級種植業(yè)大數(shù)據(jù)展示分析決策平臺，1個農(nóng)技業(yè)務(wù)綜合管理平臺，2個終端App，即面對農(nóng)技工作人員的“智慧農(nóng)技App”和面對廣大從事種植從業(yè)者的“智慧農(nóng)技App”加N個應用場景。最終達到所有產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，所有管理可視化的目的。在種植環(huán)節(jié)，以主產(chǎn)縣區(qū)示范基地為主，重點開展物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)試點，配套建設(shè)田間綜合監(jiān)測、智能水肥一體化及病蟲害防控設(shè)備，節(jié)本增效，進一步提高榆林玉米、馬鈴薯等的產(chǎn)量和品質(zhì)；在流通環(huán)節(jié)，建立玉米、馬鈴薯等價格大數(shù)據(jù)采集挖掘分析發(fā)布系統(tǒng)，實時采集全省市場價格、銷售量、供求量等信息，有效聯(lián)結(jié)全國各大市場信息發(fā)布系統(tǒng)，開展市場行情分析研判。

2" 榆林市種植業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)內(nèi)容

榆林市種植業(yè)大數(shù)據(jù)平臺包括8個基礎(chǔ)模塊，分別是：種植業(yè)一張圖是對榆林市及各縣區(qū)種植業(yè)基本數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計分析展示；玉米決策分析是對榆林市玉米產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)、價格數(shù)據(jù)、供求數(shù)據(jù)等，利用數(shù)據(jù)挖掘分析手段進行深入的分析，并通過直觀的可視化手段呈現(xiàn)；馬鈴薯決策分析是對榆林市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)、價格數(shù)據(jù)、供求數(shù)據(jù)等，利用數(shù)據(jù)挖掘分析手段進行深入分析，并通過直觀的可視化手段呈現(xiàn)；四情監(jiān)測是對榆林目前現(xiàn)有四情監(jiān)測設(shè)備（蟲情燈、攝像頭、氣象環(huán)境傳感器和土壤環(huán)境傳感器等）整合，通過榆林市地圖展示榆林市接入的各類測報設(shè)備及地理坐標，實時監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)（工作中、離線中）等；農(nóng)技推廣是通過農(nóng)技服務(wù)一張圖來直觀反映榆林市本級及各縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)框架、成果榮譽等情況；試驗示范是貯存近年來全市進行試驗示范項目的數(shù)據(jù)庫；專家系統(tǒng)是按農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)專家的類型來展示專家列表；節(jié)水灌溉是對全市水肥一體系統(tǒng)接入，對全市水肥一體化平臺網(wǎng)址或廠家提供設(shè)備數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化。

2.1" 種植業(yè)一張圖

分析榆林市15年間農(nóng)業(yè)產(chǎn)值變化，細分到各縣；分析所對應年份各種農(nóng)作物種植面積、總產(chǎn)量、各類農(nóng)作物產(chǎn)量分析、各類農(nóng)作物種植面積分析、各區(qū)縣種植業(yè)產(chǎn)量排名及各區(qū)縣農(nóng)作物種植面積排名等種植業(yè)信息，如圖1所示。

2.2" 玉米決策分析

玉米決策分析模塊包含4個子模塊，分別是產(chǎn)業(yè)概括、價格監(jiān)測、風險評估和病蟲害預警，這些模塊分別是對榆林市玉米產(chǎn)業(yè)概況進行可視化展示分析，通過線狀圖展示歷年產(chǎn)量走勢、歷年種植面積走勢、歷年產(chǎn)量走勢、歷年畝產(chǎn)量走勢和歷年畝產(chǎn)值走勢。通過餅狀圖展示玉米的產(chǎn)量、面積、產(chǎn)值在種植業(yè)中所占的比重，通過地圖遷徙圖展示玉米銷地情況，如圖2所示。

2.3" 馬鈴薯決策分析

馬鈴薯決策分析模塊包含4個子模塊，分別是產(chǎn)業(yè)概括、價格監(jiān)測、風險評估和病蟲害預警，這些模塊分別是對榆林市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)概況進行可視化展示分析，對馬鈴薯的產(chǎn)值、產(chǎn)量、種植面積及三者占種植業(yè)產(chǎn)值、產(chǎn)量、種植面積的比重，馬鈴薯的銷地分布、每畝種植成本等進行分析。通過線狀圖展示歷年產(chǎn)量走勢、歷年種植面積走勢、歷年產(chǎn)量走勢、歷年畝產(chǎn)量走勢和歷年畝產(chǎn)值走勢。通過餅圖展示馬鈴薯的產(chǎn)量、面積、產(chǎn)值在種植業(yè)中所占的比重，通過地圖遷徙圖展示馬鈴薯銷地情況，如圖3所示。

2.4" 四情監(jiān)測

通過已建設(shè)的四情監(jiān)測平臺網(wǎng)址或廠家提供設(shè)備數(shù)據(jù)及現(xiàn)場部署網(wǎng)絡(luò)攝像監(jiān)控設(shè)備、高清圖像采集設(shè)備，可實時監(jiān)測田間作物的墑情、苗情、病蟲情、災情，以及基地作物生長發(fā)育狀態(tài)，全天候監(jiān)測作物長勢信息，同時可監(jiān)控現(xiàn)場日常工作情況及安全保衛(wèi)情況等。對于有監(jiān)控攝像頭的設(shè)備，可以連接攝像頭查看監(jiān)控。

2.5" 農(nóng)技推廣

農(nóng)技推廣包含3個子模塊，分別是組織框架、培訓視頻及成果榮譽展示，通過視頻或歷史數(shù)據(jù)可查找市本級及各縣區(qū)在農(nóng)技推廣方面的組織框架和近年來取得的榮譽。

2.6" 試驗示范

本模塊主要用來貯存近年來榆林市在農(nóng)業(yè)新技術(shù)新成果方面取得的試驗示范數(shù)據(jù)。

2.7" 專家系統(tǒng)

按農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)專家的類型來展示專家列表；展示本周、本月、本年農(nóng)業(yè)技術(shù)專家解答服務(wù)次數(shù)排行榜；展示本周、本月、本年農(nóng)技問答數(shù)量；展示本周、本月、本年農(nóng)技問答專家解答數(shù)量；展示本周、本月、本年農(nóng)技問答類型占比。

2.8" 節(jié)水灌溉

采用LoRa、GPRS、4G、NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)、嵌入式程序應用、云平臺及大數(shù)據(jù)分析和邊緣計算等高新科技，實現(xiàn)了在農(nóng)產(chǎn)品整個生長過程中的精細化、智能化管理，對經(jīng)營者節(jié)省人工成本及水肥投入、提高生產(chǎn)效率和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)起到了重要作用。整套自動化管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)多要素氣象監(jiān)測站、無線土壤濕度/溫濕鹽傳感器、無線超聲波水表和無線管道壓力變送器等設(shè)備，實時收集作物所處環(huán)境的空氣和土壤信息，并經(jīng)智能網(wǎng)關(guān)以 4G 上傳至云端，用戶通過手機 App 或者電腦Web 端即可隨時查看，進而做出灌溉、施肥決策，通過無線控制水泵、電磁閥/電動閥及水肥一體機等灌溉施肥設(shè)備，真正做到“按需、精準、智能灌溉”，幫助種植者降本增效，提升管理效率和效果，助力農(nóng)業(yè)標準化、現(xiàn)代化、集約化及可持續(xù)化發(fā)展，最終實現(xiàn)農(nóng)民的增產(chǎn)增質(zhì)增收。

3" 榆林市智慧農(nóng)技綜合服務(wù)管理后臺管理系統(tǒng)

后臺管理系統(tǒng)是對智慧農(nóng)技綜合服務(wù)系統(tǒng)進行后臺管理，包括如下幾點。

3.1" 數(shù)據(jù)看板（儀表盤）

通過數(shù)據(jù)看板，查看農(nóng)技服務(wù)運行情況。包括農(nóng)技推廣人員數(shù)量、用戶（農(nóng)民、種植戶）數(shù)量、農(nóng)技問答數(shù)量，以及農(nóng)技推廣人員服務(wù)活躍排行（日、周、月、年）、App訪問量統(tǒng)計（日、周、月和年）等。

3.2" 農(nóng)技推廣人員管理

管理農(nóng)技推廣人員，給農(nóng)技推廣人員分配農(nóng)技推廣學習移動端App的使用賬號。采用組管理模式，主要分為管理組、園區(qū)組和專家組，平臺根據(jù)組織、用戶分層級對具體用戶授權(quán)。用戶類型分為授權(quán)用戶和注冊用戶。管理組采取授權(quán)模式，其他組用戶采取注冊模式。

3.3" 用戶（農(nóng)民、種植戶）管理

管理移動App端用戶（農(nóng)民、種植戶），查看用戶的注冊信息，并可禁止提問中包含違規(guī)違法內(nèi)容的用戶發(fā)帖。

3.4" 植保學習知識庫管理

發(fā)布和管理植保學習文章。

3.5" 農(nóng)技專家問答監(jiān)管

對平臺的所有農(nóng)技專家問答進行監(jiān)管，對于違規(guī)內(nèi)容可以禁止顯示或予以刪除。

4" 智慧農(nóng)技移動端App

該App供農(nóng)技推廣人員、農(nóng)民、種植戶等用戶使用，進行農(nóng)技問答、病蟲害智能診斷、植保知識學習。

4.1" 農(nóng)技問答

農(nóng)民、種植戶等用戶，在注冊登錄后，可以向農(nóng)技專家提出問題，農(nóng)技專家進行解答，可以查看農(nóng)技專家的詳細介紹，通過App構(gòu)建現(xiàn)場講解與農(nóng)戶互動交流，讓農(nóng)民生產(chǎn)活動的經(jīng)濟效益能夠在專家的指導下不斷提升。

4.2" 病蟲害智能診斷

農(nóng)業(yè)病蟲害圖像識別診斷是用戶根據(jù)現(xiàn)場實際狀況拍照并上傳病蟲害圖像，軟件平臺利用構(gòu)建的農(nóng)業(yè)病蟲害智能診斷模型對病蟲害種類進行分類和檢測。用戶首先選擇農(nóng)產(chǎn)品種類和發(fā)病部位，然后對準發(fā)病部位進行拍照，并上傳圖像，最終系統(tǒng)給出識別的農(nóng)業(yè)病蟲害種類、診斷結(jié)果的可能性及其具體的病蟲害描述信息和診治方案。

4.3" 植保知識學習

針對榆林市的主要種植產(chǎn)品，如玉米、雜糧、馬鈴薯，建立植保學習知識庫，供用戶查看學習。供農(nóng)技推廣人員、農(nóng)民、種植戶等用戶使用，進行農(nóng)技問答、病蟲害智能診斷、植保知識學習。

5" 智慧農(nóng)技指揮演示大廳建設(shè)內(nèi)容

在演示（指揮）大廳建設(shè)一個高清拼接展示大屏展示智慧農(nóng)業(yè)云平臺，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園提供指揮和集中展示的基礎(chǔ)。

通過多屏處理器，將所有的顯示單元拼接形成一個超高分辨率的無縫統(tǒng)一邏輯桌面顯示屏，大屏幕液晶拼接單元無灼傷、無變形、亮度均勻，畫面穩(wěn)定不閃爍，24 h連續(xù)運行無須維護，整機壽命長達5萬h。整套系統(tǒng)可充分滿足高端用戶對大屏幕顯示墻的需求，在運行期間可大量節(jié)省人力費用、電力費用、耗材及維護費用。

多屏處理器采用分布式、全數(shù)字模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，整個系統(tǒng)的信號處理分散由超高分辨率圖像分割器節(jié)點輸出、信號源采集輸入、信號處理和信號傳輸采用獨立的處理模塊，組成分布式結(jié)構(gòu)的圖像處理系統(tǒng)，支持數(shù)字IP流媒體視頻、網(wǎng)絡(luò)超高分辨率圖像、實時活動視頻、DVI＼HDMI＼RGB信號和網(wǎng)絡(luò)信號等多種信號畫面同時顯示，模塊化輸出令整個系統(tǒng)可輕易擴展并可熱插拔。

6" 結(jié)束語

本研究以“1+1+2+N”的模式完整地設(shè)計了一種榆林市智慧農(nóng)技信息系統(tǒng)建設(shè)方案，同時完善了相應的配套設(shè)施清單，以榆林市優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)玉米、雜糧、馬鈴薯等為主導，重點設(shè)計了特色產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化平臺建設(shè)。通過項目建設(shè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、流通和銷售的深度融合，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)進一步提升玉米、馬鈴薯等全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化發(fā)展水平，逐步建立政府、部門、企業(yè)、合作社、農(nóng)戶與市場的信息聯(lián)結(jié)、資源共享機制，探索推廣可看、可用、可復制的數(shù)字農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展路子，為開展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化數(shù)字化應用，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

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