蔬菜安全生产管理平台的开发与应用

张京社，阎世江

（山西省农业科学院蔬菜研究所，山西 太原 030031）

随着党的十九大的胜利召开，建立蔬菜的追溯体系、实现蔬菜标准化生产、降低生产成本成为我国科研工作者面临的重要课题，建立一种新型的蔬菜生产管理平台以应对我国蔬菜生产的新形势，这就是蔬菜安全生产管理平台（简称平台），它运用地理信息系统技术、互联网技术，以蔬菜生长全过程数字化信息为条件，为蔬菜安全生产提供技术支撑[1-5]。目前有关的研究已有报道，如北京市蔬菜生产管理信息系统BJ-CABBAGIS[6]、寿光市蔬菜生产数字平台[7-10]、江苏省农业物联网平台[11-13]等，这些平台均是科研单位根据当地的蔬菜生产状况开发而来，多是从宏观层面管理蔬菜生产[14-17]，理论水平较高，对具体蔬菜种植方面内容涉及较少。为此，山西省农业科学院蔬菜研究所设施蔬菜栽培课题组于2016年根据30多年的设施蔬菜生产实践经验，开发研究出日光温室蔬菜安全生产管理平台。

1 平台工作原理及配置要求

平台的主要工作原理是控制终端采集环境参数和设备状态，将数据汇集到智能网关，智能网关将数据打包后，统一发送到服务器，对数据进行分类处理并迅速做出决策的一种农业管理系统。

平台使用Visual C#.NET语言；开发数据库为Microsoft Sql Server 2005；采用B/S[18-19]架构。该平台运行的硬件配置要求为处理器最好是主频1 GHz以上，32位或64位处理器均可；内存的要求最低1 G，推荐2 G以上，如果是4 G以上推荐安装Windows7 64位系统。硬盘至少有16 G以上存储空间，显卡要求带有WDDM 1.0或更高版本的驱动程序的DirectX 9图形设备，否则无法显示图像。操作系统要求Windows 7以上的操作系统。

2 系统总体方案

该平台通过在温室内的传感器，监测大气温度、湿度等环境参数，将数据传回计算机，工作人员可以随时查看，并通过内嵌的专家决策系统进行温室生产管理；这些采集的数据自动保存在电脑中，可供以后调阅，通过与产量等其他数据进行综合分析，可以得出适宜蔬菜生产的最佳环境参数，为以后指导蔬菜生产奠定基础。系统结构如图1所示。

系统的主要工作过程为：传感器采集环境参数，将数据汇集到智能网关，智能网关将数据打包后，统一发送到服务器，服务器收到数据后对这些数据进行分类，在各个界面上显示，并保存在各个数据库中。

系统将收到的数据通过图形或数字的方式显示在图形界面上，用户可以通过手机、个人电脑进行查看，也可以通过摄像头查看温室内蔬菜实时的生长状况、病虫害发生情况等。

3 终端设备设计

终端设备主要是环境数据传感器。传感器主要包括大气温度传感器、大气湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、摄像头等，通过通信系统将数据发送至智能网关。除了传感器还包括微处理器、无线有线发射模块、地址设置单元和备用传感器接口等。微处理器是终端采集器的核心，它对数据进行处理，通过无线有线发射模块发送给智能网关。

终端采集器的软件主要包括主程序、接收数据包处理程序等。主程序在初始化之后，进入循环程序，采集传感数据并循环检查接口，处理接收的数据包。

4 通信系统及数据采集

这部分包括局域网网关、移动通信系统和互联网系统。智能网关是终端采集器与终端控制器的汇聚节点，通过ZigBee无线网络将终端采集器和终端控制器组成一个局域网。智能网关通过移动通信网络与服务器连接。硬件结构如图2所示。

系统开启运行后，首先初始化参数，打开定时器，由定时器的程序采集环境参数和设备状态。处理数据的流程如图3所示。

5 数据库设计

本系统采用Microsoft SQL Server数据库，这是一个全面的、集成的、端到端的数据解决方案，降低了在从移动设备到企业数据系统的多平台上创建、部署、管理及使用企业数据和分析应用程序的复杂性。采用关系型数据库描述传感器、温室、用户之间的关系，根据各实体之间的关系设计数据表单。表与表之间的关系采用外部约束来保证数据的完整性。

6 功能模块设计

打开浏览器后，在地址栏输入http://1615gx551 8.51mypc.cn/SY/Index.aspx，即可访问（图 4）。该平台分为9个大模块，分别为主要设计人、系统简介、温室实况、病虫害预警、种植管理、农事管理、种植作业、系统设置、退出系统（图5）。客户、专家、工作人员分别使用不同的用户名和密码登录，权限也不同。

6.1 温室实况

进入该模块后，用户可以查看温室内的环境参数（图5），如大气温度、湿度等。专家事前设定最佳阈值，如监测到的环境参数高于或低于最佳阈值，主机发出报警声响，提示工作人员。

通过摄像头，在环境参数的下方可以看到温室内的画面。用户可以了解蔬菜的种类、长势，工作人员的工作情况，有利于远程管理。

6.2 病虫害预警

该模块根据视频图像发生变化，探头会自动对比，并配合人工实地观察、取样化验，做出判断，确定蔬菜是否发生病虫害，并提出防治方案（图6）。

6.3 种植管理

该模块是种植专家根据自己的实践经验和以往平台的系统记录，按不同的蔬菜生长阶段制定不同的栽培管理措施。设施蔬菜栽培管理措施主要包括灌溉、施肥、植株调整、病虫防治、授粉、收获等。管理专家下达各项指令，保存在数据库中。种植管理流程如图7所示，种植管理页面如图8所示。

6.4 农事管理

该模块一般由操作人员完成。待种植专家在“种植管理”系统中下达指令，操作人员在此系统中进行查看，并按指令完成作业，如在蔬菜生长的各阶段完成灌溉、施肥、植株调整、病虫防治、授粉、收获等。完成后主机自动记录（图9）。

6.5 种植作业

在6.4的农事管理中，操作人员完成指令后，在该系统中就显示已完成的作业内容，如植株调整、病虫防治、授粉、收获等，可供专家查看，并记录。该系统可进一步进行拓展，与后续开发的溯源系统联网使用[9]（图10）。

6.6 系统设置

该模块的作用是整个平台的内部管理，如新增、修改、删除种植基地、温室，设置品种的名称、成长周期等参数，选择种植时期，设置种植计划、预警值，设置用户的信息和角色，控制其权限，设置温室的种类，设置显示图片的类型，设置应检测的环境参数，如温度、湿度等（图11）。

7 结论与讨论

该平台在沁县的沁州绿公司蔬菜生产基地应用以来，取得良好的成效。据统计，减少用工30%，节约生产成本15%，在储运时减少5%的损失，销售收入提高30%。蔬菜产品通过国家有机食品认证，20 hm2示范园区增加收入300万元，并辐射带动周边133.3 hm2设施蔬菜生产，增加经济效益达2 000万元。

在实施过程中，也发现该平台存在不足，如该系统在操作的过程中对使用者有一定的要求，文化水平较低的蔬菜种植者使用时就有困难，下一步应对该平台的操作进行简化。另外，平台的种植管理模块中专家决策系统的各个数据库的建立需要多年的积累，才能使系统应用更加准确客观，具有更强的指导性。

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