农业物联网技术在设施蔬菜建设中的应用初探

胡英强 徐逸寒 樊继刚 张金亮

（1 江苏省赣榆县农业技术推广中心 222100；2 赣榆县农村综合信息服务中心；3 赣榆县政府投资评估中心）

1 项目概述

1.1 背景

赣榆县位于江苏省东北部，地处江苏、山东两省交界处，江苏沿海经济带和东陇海产业带的东部交汇处，气候温和湿润，四季分明，属暖温带湿润季风气候，年均气温13.2℃，年降雨量976.4mm，适合各类设施蔬菜生长。赣榆县政府通过地方财政筹措或项目申请经费，结合当地农业特色积极推动农业物联网建设，利用物联网技术对赣榆县农业生产及其配套设施进行信息化升级，建设面向农业生态环境监测、精细农业生产等现代农业信息化设施，以提高当地农业企业科技水平，以提高特色农产品的经济效益，打造现代化农业产业。

1.2 意义

把物联网等信息技术的特点及在农业领域的应用规律运用到现代农业产业上，实现农业生产经营从粗放式、经验性管理到精细化、科学化管理的快速转换，提高农产品的产量与品质，降低农业生产成本，保护农业环境，加快推进现代农业建设，促进农业增效、农民增收、农村稳定。

1.3 项目简介

赣榆县农业物联网工程建设内容具体包括：1个赣榆县农业生产指挥调度中心，用于物联网各种信息资源整合管理和成果应用，打造成赣榆县现代农业生产信息化服务窗口；1个行业应用系统，在设施蔬菜大棚开展精细化种植管理的物联网系统。

2 系统组成

2.1 指挥调度中心

充分利用和整合各种农业信息化资源，为政府决策、企业经营管理、基层农业科技人员和农业生产经营主体提供综合服务，包括指挥决策系统、生产管理系统、专家诊断系统和农技培训系统，提供统一用户服务、分析挖掘服务、视频管理服务、数据通信服务、告警通知服务、数据交换服务、传感采集服务和接口服务。

2.2 设施大棚精细化种植系统

利用现代信息技术实时采集农作物温室内的环境参数和视频图像，精确掌握温室内农作物的生长环境和生长状态，对农作物的生长各阶段进行动态的监测和趋势分析，依据监测和分析结果控制远程智能调度指定设备，提高对温室大棚的智能化、精细化、科学化管理能力，并及时发现农作物生产中的问题，以便更好地开展技术指导，促进农业增产增收。

3 设计原则

根据农业生产需求和建设内容，设计具有实用性、先进性和示范性的解决方案。（1）采用基于B/S的设计模式；（2）整体设计、分步骤实施，预留扩展接口；（3）使用分布式架构，基于可扩展、易于维护的原则；（4）平台之间执行统一采集指标、统一编码规则、统一传输格式、统一接口规范；（5）系统采用技术成熟的终端数据采集设备。信息通过互联网、企业局域网、传感器、视频监控有序集成。

4 解决方案

4.1 总体架构

总体架构一共包含两部分内容。（1）应用基地：设施蔬菜精细化种植、生猪精细化养殖、大田四情监测应用点。（2）赣榆县农业物联网综合服务平台：基础软硬件设施、农业数据与应用支持平台、农业应用系统。

4.2 赣榆县农业物联网综合服务平台

4.2.1 基础软硬件设施 主要由实现多源数据存储、管理、计算、交换的物理设备组成。

4.2.2 农业数据与应用支撑平台 应用支撑平台是位于基础软硬件设施之上的基础软件平台，由提供开发通用开发组件与集成环境的应用开发平台、实现上下层数据交换功能的数据交换平台以及通用的感知设备、服务应用终端的管理平台组成。数据库是平台建设的核心内容，通过分布式数据库系统实现农业生产、农业标准、动物疫情、病虫草害、土壤、气象、水情、农民远程教育等数据的集中管理、分类存储和分级共享，是整个平台的数据源。

4.2.3 应用层 应用层主要是各个农业应用系统，主要实现平台的具体业务功能，为赣榆县农业企业、农业主管部门、消费者等最终用户提供应用服务。将各种农业应用软件系统统一部署在服务器上，用户只需拥有能够接入互联网的服务终端，即可随时随地使用服务。

4.3 设施蔬菜精细化种植应用系统

设施蔬菜精细化种植应用系统（图1、图2、图3）通过大气温度、湿度、光照、二氧化碳，土壤温度、湿度、pH 值、肥力状况等传感器，对农作物温室内的光照强度、二氧化碳含量、空气和土壤温度、空气和土壤湿度、pH 值、日照数的环境参数进行实时采集，并进行分析，依据分析结果，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等）。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，适时采集视频信号。用户通过电脑或3G 手机可随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。

4.3.1 系统主要包含的内容（1）设施蔬菜大棚视频监测系统：主要是对各大棚进行视频图像监测，一方面满足日常的大棚监控需要，另一方面能够对接远程专家指挥系统，专家可实时在线查看大棚蔬菜的长势及病虫害情况，进行远程诊断决策。通过旋转球机的角度，可查看大棚内各区域的蔬菜长势，可查询历史存储的视频信息。（2）蔬菜生产综合管理系统：主要对各大棚的多个环境参数进行传感器实时监测，并且对这些数据参数进行分析、预警，通过系统消息、手机短信等方式通知工作人员进行手动控制大棚的自动化设备，或者通过在系统里设置自动化调节阈值，超过此阈值将自动触发自动化设备进行相应调节。如超过设置的大棚温度最高阈值，系统将自动启动风机进行通风降温。

4.3.2 系统主要实现的功能 （1）种植环境数据监测：信息系统对设施蔬菜大棚采集到的蔬菜种植传感器数据进行汇总和分析，信息系统对现场实时采集的温室内空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、日照数参数进行分析处理，并以直观的图表和曲线的方式显示给用户。（2）种植预警：通过在系统中设置各种传感器数据的阈值，如大棚温度阈值，超过设置的阈值进行预警，并把预警信息通过各种渠道发送给用户。（3）种植视频监控：在系统中可以实时查看蔬菜大棚的视频监控图像，通过高清球形摄像头旋转，拍摄多角度视频图像。（4）设备管理：通过该信息系统，可查看当前所有自动化设备的运行状态，并可以进行远程自动化控制和管理。点击系统按钮、操作鼠标实现对种植设备的远程自动化控制，如打开风机通风降温、打开卷帘遮阳、打开保温膜等。（5）数据查询：可查看大棚的实时种植数据信息，包括大棚编号、种植蔬菜品种、空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照数等，可通过选择大棚的名称、种植蔬菜的品种等进行数据查询筛选。（6）种植分析：对获得的种植数据进行对比分析，对比相同蔬菜，各大棚的长势及生长情况（视频图像对比）、分析种植环境因素对蔬菜的长势和产量的影响，形成科学化、低成本种植，提高蔬菜的产量和品质。（7）统计汇总：通过报表形式，根据不同的大棚、不同的种植品种、不同的环境参数等多个维度对种植相关数据进行统计和导出Excel。

图1 设施蔬菜环境监控图

图2 设施蔬菜精细化种植应用系统功能结构图

图3 设施蔬菜精细化种植业务流程图