何 艷

（1.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，黑龍江哈爾濱150090；2.黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化所，黑龍江哈爾濱150090）

科技的突飛猛進(jìn)，科技網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。近十年來，智能農(nóng)業(yè)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了通信網(wǎng)絡(luò)、智能感知芯片、移動(dòng)嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐步成為研究的熱點(diǎn)。目前無線技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，來幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并準(zhǔn)確地確定發(fā)生問題的位置。這樣農(nóng)業(yè)將有可能逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)是通過現(xiàn)代信息傳感設(shè)備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。近年來，食品質(zhì)量安全問題頻發(fā)，危及人民群眾生命安全。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)，對(duì)于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，加快農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變，保障廣大城鄉(xiāng)居民消費(fèi)安全，構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)產(chǎn)品智能銷售系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分可分為五個(gè)部份，即電子商務(wù)預(yù)定系統(tǒng)，生態(tài)終端感知管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)字管理控制中心系統(tǒng)和智能倉(cāng)庫(kù)物流管理系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)產(chǎn)品智能銷售系統(tǒng)架構(gòu)框圖Fig.1 Diagram of smart marketing system of agricultural products based on the Internet of things

2 電子商務(wù)預(yù)訂系統(tǒng)

本系統(tǒng)是開放的電子商務(wù)系統(tǒng),通過注冊(cè)會(huì)員的形式，進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限操作，主要通過團(tuán)購(gòu)的形式，使用戶可以進(jìn)行菜品等農(nóng)產(chǎn)品的訂購(gòu)。并且通過監(jiān)控系統(tǒng)，全程進(jìn)行跟蹤，使產(chǎn)品從生產(chǎn)，到物流配送的各個(gè)環(huán)節(jié)都在客戶的掌握之中，對(duì)食品安全、供需分析、價(jià)格、等信息為用戶提供詳細(xì)的數(shù)字、及視頻信息保障。使用戶可以在網(wǎng)上“種菜”。本系統(tǒng)主要分以下幾個(gè)模塊：

（1）訂單生產(chǎn)和采購(gòu)：在產(chǎn)區(qū)規(guī)模出產(chǎn)的所有時(shí)令蔬菜、水果，收購(gòu)站提前將信息發(fā)布上網(wǎng)，用戶可自由集約訂購(gòu)（團(tuán)購(gòu)）。通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行產(chǎn)地和出貨狀況的條碼管理。

（2）安全監(jiān)控：在田間設(shè)立高桿多視角攝像頭，通過無線方式連接至種植戶和駐點(diǎn)收購(gòu)站，監(jiān)控全程的無公害生產(chǎn)。由收購(gòu)站上傳監(jiān)控視頻圖像至平臺(tái)網(wǎng)站上實(shí)時(shí)發(fā)布，外地消費(fèi)會(huì)員可隨時(shí)監(jiān)督。

（3）有機(jī)生產(chǎn)：由系統(tǒng)邀請(qǐng)行業(yè)專家，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（有機(jī)產(chǎn)品 GB/T19630.1--2005），結(jié)合各產(chǎn)區(qū)的實(shí)際，制訂各大種植品種的有機(jī)種植的具體標(biāo)準(zhǔn)，下發(fā)到產(chǎn)區(qū)種植戶。在安全生產(chǎn)監(jiān)控下，遵規(guī)執(zhí)行。農(nóng)藥和商品肥料，由系統(tǒng)指定或配送。

3 生態(tài)終端感知管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要任務(wù)是將大范圍內(nèi)的現(xiàn)實(shí)世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的各種物理量通過各種傳感器，實(shí)時(shí)并自動(dòng)化地轉(zhuǎn)化為虛擬世界可處理的數(shù)字化信息或者數(shù)據(jù)。

通過無線傳感器進(jìn)行信息采集主要有如下種類：

（1）農(nóng)業(yè)傳感信息：如溫度、濕度、壓力、氣體濃度、生命體征等；

（2）農(nóng)業(yè)物品屬性信息：如物品名稱、型號(hào)、特性、價(jià)格等；

（3）農(nóng)業(yè)工作狀態(tài)信息：如儀器、設(shè)備的工作參數(shù)等；

（4）農(nóng)業(yè)地理位置信息：如物品所處的地理位置等；

信息采集系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)各種信息進(jìn)行標(biāo)記，并通過傳感等手段，將這些標(biāo)記的信息和現(xiàn)實(shí)世界的物理信息進(jìn)行采集，將其轉(zhuǎn)化為可供處理的數(shù)字化信息。信息采集層涉及的技術(shù)有：二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

3G（CDMA1X）具有覆蓋面廣和“永遠(yuǎn)在線,傳輸穩(wěn)定，帶寬暢通”的特點(diǎn)，可在田間安裝監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)采用了先進(jìn)的3G模塊和嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理模塊以及先進(jìn)的圖像處理芯片。能夠?qū)崿F(xiàn)Internet的自動(dòng)接入，并采集一路視頻圖像，通過JPEG算法壓縮后利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送至Internet網(wǎng)上的主機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程圖像的傳輸。系統(tǒng)可提供快速、實(shí)時(shí)的圖像信息。

4 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要任務(wù)是將農(nóng)業(yè)信息采集層采集到的信息，通過各種3G及GPRS等感知網(wǎng)進(jìn)行匯總，將大范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)信息整合到一起，以供處理。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是本平臺(tái)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。信息匯總層涉及的技術(shù)有：有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)等。拓?fù)鋱D參照系統(tǒng)信息交互流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)信息交互流程圖Fig.2 Flowchart of system information exchange

5 數(shù)字管理控制中心系統(tǒng)

數(shù)字管理控制中心系統(tǒng)存放整個(gè)系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)建立在GIS之上，中心管理系統(tǒng)的通訊服務(wù)器將終端系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一格式輸入中心數(shù)據(jù)庫(kù)，各系統(tǒng)根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)并加工處理，通過相應(yīng)網(wǎng)關(guān)向外發(fā)布。中心管理系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)，客戶端采用標(biāo)準(zhǔn)IE瀏覽器，可通過局域網(wǎng)及Internet連路實(shí)現(xiàn)對(duì)中間應(yīng)用層的訪問，訪問受嚴(yán)格權(quán)限控制，不受時(shí)間空間限制。中間應(yīng)用層運(yùn)行業(yè)務(wù)邏輯程序直接與數(shù)據(jù)庫(kù)交互。主要功能如下：

（1）檢測(cè)和警告：對(duì)溫室大棚實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和告警時(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能專家系統(tǒng)的基本功能，使用無線傳感器可以實(shí)時(shí)采集大棚內(nèi)環(huán)境因子，包括：溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)信息及視頻圖像信息，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴鷳B(tài)終端感知管理系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析提供依據(jù)。對(duì)不適合作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件自動(dòng)告警。

（2）病蟲害預(yù)警：監(jiān)測(cè)影響病蟲害發(fā)生的關(guān)鍵因子，建立設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害發(fā)生模型，利用智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并進(jìn)行有針對(duì)性的防治指導(dǎo)。

（3）植物成熟狀況預(yù)報(bào)：根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)積溫模型預(yù)測(cè)植物各個(gè)生長(zhǎng)期發(fā)育成熟程度，可收獲程度。

（4）遠(yuǎn)程設(shè)施控制系統(tǒng)：通過網(wǎng)站，遠(yuǎn)程控制農(nóng)業(yè)設(shè)施，可以對(duì)加熱器、卷膜機(jī)、通風(fēng)機(jī)、滴灌等設(shè)備遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)設(shè)施的遠(yuǎn)程手動(dòng)/自動(dòng)控制。

（5）遠(yuǎn)程生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)：根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)模型庫(kù)，對(duì)大棚實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，高于作物生長(zhǎng)的上限或低于作物生長(zhǎng)下限系統(tǒng)自動(dòng)告警。

（6）綜合管理活動(dòng)評(píng)比：通過植物生長(zhǎng)適宜時(shí)間累積，病蟲害適宜時(shí)間累積，及生產(chǎn)活動(dòng)跟蹤狀況對(duì)大棚管理情況進(jìn)行排名。

（7）遠(yuǎn)程生產(chǎn)活動(dòng)跟蹤：系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)監(jiān)測(cè)終端的報(bào)告，跟蹤特定生產(chǎn)活動(dòng)完成的情況。

（8）產(chǎn)品跟蹤服務(wù)系統(tǒng)：通過FRID卡對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以便可以支持對(duì)溫室生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，提供產(chǎn)品溯源服務(wù)。

6 智能倉(cāng)庫(kù)物流管理系統(tǒng)

RFID倉(cāng)儲(chǔ)物流管理系統(tǒng)的目標(biāo)是在倉(cāng)庫(kù)體系中建立一條基于RFID技術(shù)的快速通道，實(shí)現(xiàn)庫(kù)房高效管理，收發(fā)貨高速自動(dòng)記錄。系統(tǒng)以RFID中間件為支撐平臺(tái)，由收貨、入庫(kù)、盤點(diǎn)、出庫(kù)等多個(gè)流程組成，各功能可獨(dú)立運(yùn)行也可平滑連接，形成一個(gè)完整的基于RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)物流管理系統(tǒng)。

在商品入庫(kù)的之前，先錄入商品入庫(kù)收貨單信息，并制作RFID對(duì)每批(或箱或件)產(chǎn)品都建立RED電子標(biāo)簽來標(biāo)譏該電子標(biāo)簽產(chǎn)生唯一的碼序列號(hào)，每個(gè)電子標(biāo)簽對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的相關(guān)信息 (具體由用戶自定義)，如：產(chǎn)品的品名、規(guī)格、數(shù)量、入庫(kù)日期、出庫(kù)日期及保質(zhì)期等；通過這個(gè)步驟來完成商品初始信息的采集，系統(tǒng)的電子入庫(kù)收貨單必須與RFID標(biāo)簽相對(duì)應(yīng)，當(dāng)此電子商品入庫(kù)收貨單被保存的時(shí)候，系統(tǒng)在相應(yīng)產(chǎn)品的庫(kù)存中自動(dòng)增加。

商品在出倉(cāng)庫(kù)出口時(shí)，需通過設(shè)置在倉(cāng)庫(kù)出口的門式讀寫器讀入出庫(kù)商品的RFID標(biāo)簽編碼，凡是經(jīng)過門式讀寫器讀記錄的商品，會(huì)自動(dòng)在電腦數(shù)據(jù)庫(kù)里產(chǎn)生出庫(kù)記錄，并生成出庫(kù)單。當(dāng)商品出庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)庫(kù)存自動(dòng)減少，因此庫(kù)存只能通過重新入庫(kù)或者出庫(kù)更改，否則無法改變。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民生產(chǎn)總值的提高，城市化進(jìn)程加快。中國(guó)作為人口密集的東南亞主要國(guó)家之一，13億人口的基數(shù)，農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)，食品安全一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。如何保障從農(nóng)田到餐桌整個(gè)鏈條的安全，一直困擾著農(nóng)民、涉農(nóng)企業(yè)和政府監(jiān)管部門?？上驳氖牵锫?lián)網(wǎng)技術(shù)已成為食品安全的保護(hù)傘，而食品安全僅僅是物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)村市場(chǎng)的一個(gè)典型應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)村市場(chǎng)潛力巨大。因此中國(guó)必將成為全球最大的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用也必將成為世界國(guó)家普遍關(guān)注的問題。

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