有机农业信息化管理系统的研究与设计

唐海和

摘 要：目前有机农业产业不断发展，但是其面临这诸多问题，包括农场分布较为分散、影响因素较多、气候约束条件敏感、不易管理等瓶颈，作者提出了有机农业信息化管理系统的设计方案；该系统方案通过 4G 无线通信技术完成农业管理系统的远程监控网络建设，结合分布式体系架构，每个有机农业管理区域采用PLC核心技术进行4G采集控制器设计，通过电信运营商进行数据的存储和分发，同时架设 APN（Access Point Name）专线与监控中心进行信息交互，实现有机农场的信息化管理和无线远程监控；实际的应用效果表明，有机农业信息化管理系统能够有效克服传统农业管理方面的弊端，有效地提升了农业系统的信息化程度和管理效率。

關键词：有机农业；信息化管理；4G技术；无线远程监控

中图分类号：TP311.13 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0022-02

随着大数据和Internet网络应用的广泛推广和远程控制技术的不断发展，基于互联网信息化平台的远程监控的相关应用受到不同领域的重视，也为农业管理从传统的人工方式逐步向信息化远程控制的网络方式逐步过渡[1-2]。然而目前有机农业涉及的对象存在多样性，而且涉及的要素种类繁多，同时有机农业发展的区域分布不均，而且信息化水平往往发展地较为落后，综合数据信息的获取与传输仍面临最后一公里交互通信的瓶颈问题。因此，农业现场与管理控制中心之间的通信方式直观重要。一般情况下，农业管理系统典型的通信方式主要包含以下几种：

（1）农业现场与监控管理中心之间通过RS485总线或者网线等有线链路进行连接通信。此种通信方式导致数据传输线的布线错综复杂，运营维护难度较大，造成故障的可能性极高，技术难度也较大，增加了系统维护管理的成本[3]。

（2）移动互联网技术解决方案，将互联网与典型公司的GPRS/CDMA等移动通信技术相融合，突破了距离的限制，方便了农业现场的互联网信息化系统接入。此种方案有效地解决了最后一公里的问题，具有组网灵活，信号强，故障率低，升级和维护较为方便等优势[4-5]。

因此，本文设计的有机农业信息化管理系统通过实现4G无线移动通信网络与Internet网络的无缝融合和连接，为智能化和信息化的农业监控管理提供了重要的发展机遇和提升的空间。

1 有机农业信息化管理系统设计

1.1 系统设计思路及网络架构

有机农业信息化管理系统融合了通讯技术、传感器技术、软件技术、控制技术以及计算机技术，通过运行在监控管理中心的管理软件实体，对农业现场的数据进行收集、分析，按照农作物的生长情况生产合理的培育方案，控制灌溉和施肥等过程，真正实现农业作业的信息化管理；同时，还系统还可以为用户提供视频监控管理、专家在线指导等服务，使得当地农林管理部门和农产品供应商对农产品的生长状态和安全情况进行实时了解了解[6]。系统设计基本架构如图1所示，本系统可以划分为三个基本层次，分别是监控浏览层、通信网络层及现场控制层组成。

监控浏览层作为整个系统运行的监控中心，其负责管理系统的部署和使用，对采集到的现场的温湿度、灌溉水位等数据进行存储分析，结合农业专家系统和意见，实现农产品作物的信息化管理；管理人员能够通过系统对关键数据进行查询和打印，实时记录和掌握农田/园林管理过程中产生的所有数据资料，而且相关的农业专家能够利用4G视频对农作物的实际生长情况进行掌握，并提供技术支持和视频直播指导；远程计算机和手机等智能移动终端可凭借账号密码通过互联网登陆监控中心的管理后台，对农作物的生长情况进行查看。通讯网络层主要作为信息的传输纽带，将4G网络和Internet互联网进行融合，确保数据的安全传输。现场控制层主要负责数据的采集和上报，主要由4G采集控制器完成。4G采集控制器一方面把农业现场的传感器获取的参数转换为特定的数据格式，同时将视频编码压缩后上传至服务器；另一方面接收来自监控管理中心的控制数据，利用科学的农业物生长管理算法实现自动浇灌，而且能够按照控制命令对对摄像镜头和云台转向进行实时调节。

1.2 监控中心

监控中心主要包括两部分内容，分别是应用服务器和Radius通信服务器。应用服务器作为RSview监控软件的主机、数据库存储的主机以及数据备份服务器进行使用。Radius服务器负责完成与各控制点之间的通信过程。监控中心接收到来自农业现场控制层的相关数据后，通过监控软件完成气象资料、土壤环境湿度等相关数据参数的上传和综合分析，实现农田灌溉管理的自动化；而且还能够通过监控管理系统对数据进行实时查询和打印，数据的类型主要包括整个有机农业管理区域的气象数据、土壤环境、灌溉设备设置参数、施肥情况、灌溉情况以及灌水历史记录等数据[7]。

1.3 采集系统

4G采集控制器基本组成如图2所示，传感器阵列完成了农业现场的相关参数和指标的数据采集，视频编码模块则通过MPEG4标准完成视频信号的编码，采集封装后的数据通过4G路由网络传输到监控控制中心。PLC控制器实现了两部分的功能，一方面接收来自农业现场的采集数据，根据人工操作控制电磁阀，完成农田灌溉；另一方面接收来自监控管理中心的数据指令，对电磁阀和摄像云台完成相应的操作控制，需要说明的是，农田现场管理区应用了分布式架构布局，为4G采集控制器分配属于自身的处理器，通过单独的程序进行控制。

1.4 通信系统

通信系统作为整个信息交互的和核心和纽带，直接影响了整个系统的实际运行效果，鉴于农业管理系统区域容量相对较大、监控点分散不集中且数量大、对农产品数据的智能化分析处理的要求相对较的特点，同时兼顾有机农业业务发展以及可扩展性，通信系统采用4G网络与互联网专线APN连接相融合的方案。融合了4G网络通讯技术的数据信息交互系统可以实现7×24小时在线，同时具有稳定性、按流量计费、免维护和低故障率等特点；监控中心通过APN专线实现对所有监控点的管理，所有监控点均使用内网固定IP，确保了数据的安全稳定传输。

2 结语

随着有机农业产业不断发展，但是其面临这诸多问题，包括农场分布较为分散、影响因素较多、气候约束条件敏感、不易管理等瓶颈，作者提出了有机农业信息化管理系统的设计方案；该系统方案通过4G无线通信技术完成农业管理系统的远程监控网络建设，结合分布式体系架构，每个有机农业管理区域采用PLC核心技术进行4G采集控制器设计，通过电信运营商进行数据的存储和分发，同时架设专线与监控中心进行信息交互，实现有机农场的信息化管理和无线远程监控；实际的应用效果表明，有机农业信息化管理系统能够有效克服传统农业管理方面的弊端，有效地提升了农业系统的信息化程度和管理效率。

本系统可以在以下领域得到广泛应用和推广，包括城市排水管理系统、园艺管理系统、有机蔬菜以及林业种植、花卉养殖等领域，其融合了4G网络和Internet通信方案的整体优势，响应了国家的“互联网+”和科技农业发展的号召，促进了农业生产的信息化进程的发展。

参考文献

[1]单立娟.一种智能农业管理软件系统设计[J].科技资讯，2017，15（5）：122-123.

[2]丁克奎，钟凯文.基于“3S”的精准农业管理系统设计与实现[J].江苏农业科学，2015，43（1）：399-401.

[3]叶崑.基于微信公众平台下的智能农业管理系统[D].吉林大学，2015.

[4]袁涛，杨娟，陈旭，等.基于GIS的上海市浦江镇农业用地管理信息系统设计与开发[J].上海农业学报，2015（4）：75-79.

[5]张文霞，王圆，张凯，等.基于ZigBee无线网络的智能农业温室大棚管理系统的设计与实现[J].中国农机化学报，2016，37（6）：247-250.

[6]王鑫，佟海亮，杨征.云计算在农业种植管理系统开发中的应用初探[J].南方农业，2015，9（9）：159-160.

[7]孙晓梅，黄金光.管理信息系统视角下的智慧农业系统战略规划[J].湖北农业科学，2016，55（10）：2640-2644.endprint