智慧农产品云平台关键技术研究与应用

谷伟涛

【摘 要】智慧农业云平台系统基于ESB架构，通过将物联网技术和移动互联网技术接入智慧农业云平台，结合智能农业监测系统检测到的信息，可以实现农业生产过程的标准化、自动化和精细化管理。基于大规模历史数据的数据挖掘和智能分析提供给管理者更好的决策建议。云平台在全面提高农业生产效率的同时，还利用RFID、条形码、二维码等识别技术将农业生产环节、加工环节和流通环节无缝连接起来，实现了农产品从田间到餐桌的真正意义上的全程追溯。

【关键词】智慧农业；云平台；物联网

【中图分类号】F724.6 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0045-03

1 研究背景

农业科技经过多年的发展，传统种植业的局限性表现得越来越明显[5]。在靠天种地的生产过程中，生产人员无法及时掌握植物的生长情况，如植物是否有病虫害、水肥是否充足或过剩，植物生长是否正常，生产结果是否满足产量质量要求等，因此无法做到及时地改变养护方向。在大面积种植中，要做好定期检查、灌溉、排水等工作时，没有一套标准指导工作，更多的是靠人的经验判断，而人的判断是有差异性的，无形中影响了产量和质量。大量的人工投入到田间工作，导致人工成本很高[6]。此外，由于农业科研从业人员的数量偏少，从事种植行业的人员缺乏完善的种植技术。而有技术人员指导的种植人员仅能够通过手工进行信息的搜集、记录，这使得种植信息采集不完整，记录有间断、缺漏。根据现有的研究表明，植物生长受周围的环境因素影响较大。没有专业的工具无法精确测量环境数据，从而无法针对环境做出调整[3]。即使测量到了简单的环境数据，在没有信息化科技力量的支持下，种植人员依然只能靠天种地，不能对环境因素进行一定程度的控制。

传统种植业的以上局限在当今世界地少人多的情况下，势必需要一个平台来改变，引导传统种植业与现代科技结合，使种植业的产出量更高，质量更好[1-2，4]。

2 智慧农产品云平台功能

智慧农业云平台是将国际领先的物联网、移动互联网、云计算等信息技术与传统农业生产相结合搭建的农业智能化、标准化生产服务平台，旨在帮助用户构建起一个“从生产到销售，从农田到餐桌”的农业智能化信息服务体系，为用户带来一站式的智慧农业全新体验[3-4]。

智慧农产品云平台具有以下功能。

2.1 远程智能监控

智慧农业云平台通过在生产现场部署传感器、控制器、摄像头等多种物联网设备，借助个人电脑、智能手机，就能实现对农业生产现场气候变化、土壤状况、作物生长、水肥使用、设备运行等实时监测展示，对异常情况自动报警提醒，生产者可及时采取防控措施，降低生产风险；同时，在云平台生产者可远程自动控制生产现场的灌溉、通风、降温、增温等设施设备，实现精准作业，减少人工成本的投入。

2.2 标准生产管理

云平台可根据农业生产需求，定制建立标准化生产管理流程，流程一经启动，平台将自动进行任务创建、分配与跟踪。工作人员可在手机上收到平台发布的任务指令，并按任务要求进行农事操作与工作汇报。同时，管理者亦能在平台中对工作人员进行任务派发与工作效率监督，随时随地了解园区生产情况。

2.3 产品安全溯源

云平台可以帮助用户进行农产品品牌管理，并为每一份农产品建立丰富的溯源档案。通过云平台，生产者可进行生产投入物品，以及农产品检测、认证、加工、配送等信息的记录管理，相关信息可自动添加到农产品溯源档案；同时，通过部署在生产现场的智能传感器、摄像机等物联网设备，平台可自动采集农产品生长环境数据、生长期图片信息、实时视频等，丰富农产品档案。平台利用一物一码技术，将独立的防伪溯源信息生成独一无二的二维码、条形码及14位码，用户使用手机扫描二维码、条形码，或登录农产品溯源平台录入14位码，即可快速通过图片、文字、实时视频等方式，查看农产品从田间生产、加工检测到包装物流的全程溯源信息。使用一物一码技术，一次扫码后即无效，可实现有效防伪。

2.4 市场网络营销

互联网时代，充分利用企业官网、电子商务平台、微信公众号等网络平台进行网络营销势在必行。智慧农业云平台的快速建站功能，可以帮助用户通过简单的操作轻松建设自己的官方网站，后期只需根据企业的营销需求，随时进行内容的编辑即可实现管理维护，所搭建的网站可实现电脑、手機多终端适配，让更多的客户快速通过网站了解企业。同时，云平台实现与微信公众号深度集成，消费者通过微信公众号即可进入农产品电子商务商城，并且可以随时查看农产品种植基地的环境数据、实时视频等，有助于增强消费者对农产品的体验及对企业的信任，促进农产品的销售。

3 智慧农产品平台总体框架设计

3.1 技术特色

3.1.1 智能终端设备与标准化生产管理深度整合

智能终端设备成功的核心在于基于物联网的精准、完备的数据采集，而所有数据采集的关键环节包括土壤pH值、光照、风向、降雨等，所有数据信息都贯穿于标准化生产管理之中。可以根据时间或者现场条件驱动预设任务，一系列相关任务最后形成标准化生产流程，让管理人员通过手机就能够实时地了解到目前产品的生长情况及接下来应该去完成的事情，从而实现现代农业生产管理。通过智能分析系统将智能传感器设备收集的历史数据、标准化生产管理系统所指导的任务情况和农产品物流运输销售信息进一步处理、整合、挖掘，最终反馈到生产环节指导现代农业的生产，进一步提高现代农业的生产效率。

3.1.2 让计算资源像水资源一样为用户提供服务

利用云计算技术，此云平台统一采用软件即服务模式（SaaS）运营，数据集中到公有云数据中心统一管理，信息建立私有云数据中心为农业云平台提供后台数据服务，通过虚拟化技术，为海量数据的多路存储与并发查询提供基础设施服务；不但可以大幅度减少前期硬件投入，更能有效降低后期系统运维难度、能源消耗与人力成本。用户生产现场无需部署任何电脑设备；同时，结合按需付费的模式，让农业工作者利用本平台如同使用水电一样方便。

3.2 总体设计

智慧农业云平台系统是基于ESB架构，通过对各类农业生产活动定制开发的智能终端、传感器监控生产过程中各环节的现场环境和农作物相关指标信息，通过物联网技术和移动互联网技术接入智慧农业云平台。基于ESB架构，融合先进的标准化流程任务管理技术，为用户打造集食品安全追溯、生产环境监控、生产过程管理、移动远程查询于一体的云服务平台。平台将供应链各个环节的异构信息数据与身份信息完美对应，涉及跨组织、跨平台、跨網络的异构系统融合；用传统的大软件思路开发一个面面俱到的应用根本不可能实现。不仅开发风险过高，而且用户难于使用。综合考虑，信息建议采用“独立服务组件”模式研发后台系统，采用“移动互联网”技术研发终端软件，并使用“企业服务总线（ESB）”技术进行数据整合，根据不同的使用场景，为不同人群提供跨个人电脑、平板电脑、智能手机、可穿戴设备“四屏合一”的使用体验。

4 智慧农业云平台系统

由智能农业监控系统、标准化生产管理系统、农产品全程溯源系统、农业社交网络系统共同构成了智慧农业云平台的4个子系统。在该云平台科学化的管理指导下，能够及时地发现所存在的问题，农户在遇到问题的时候还可以通过建立的农业社交网络系统和标准化生产管理系统的平台获取帮助。以下对智能农业监控系统和农产品全程溯源系统进行介绍。

4.1 智能农业监控系统

针对性地打造一批智能的终端设备，将其应用于实时监控农产品生产过程中的各类属性指标（包括气象信息、土质信息、水质信息等）。并且使用高清图像监控设备（如摄像机、照相机等）对园区内的自动化工作（降温、加湿、施肥等）及智能终端设备工作状态进行远程观察。通过架设物联网，将园内所有智能终端设备与高清图像监控设备连接互联网，实现数据实时上传至计算数据中心，便于对农业大棚信息实时性检测和标准化生产监控。实现对园内农作物的生长状况，病虫害状况、浇灌状况、土壤状况、水质状况、空气状况等的精准监测，以农产品的生产流程和生产标准为指标设置预警，最终建立一套完整的农产品生产全程的实时检测与预警机制。图1所示为平台流程图，图2所示为监控环境因素图。

4.1.1 实时检测

在园区内设立气象检测器，根据需要用于检测各类气象信息（风速、风向、光照、温度、降水量、湿度）。该气象检测器配备太阳能电板，在能源方面基本实现自给自足，环保节约。并且，该气象检测器接入物联网，可以将所检测的数据通过智能网关上传到云数据中心，全程智能化处理，降低了对园区内劳动力的占用，实现生产流程的标准化管理。

4.1.2 视频图像处理

在农业生产园内安装智能相机、智能摄像头、RFID等图像采集设备和其他相关设备，实现对生产园内区域的视频图像360°无死角，实时采集。采集的范围为现场视频、高清照片等。并通过智能网关，利用无线传输网络，通过调制解调等手段，将视频数据传输到云数据中心。云端服务对所接收的视频图像数据进行计算处理，自动识别出农业生产园区的危险隐患，以及时预警。

4.1.3 自动化控制

农业生产园区内的智能监控设备通过智能网关连接互联网，实现设备数据（如灌溉记录、流量、气压等）实时上传云数据中心。云数据中心根据园内农作物的生长阶段与农作物品种的不同，自主地设计并调节园内各个区域内的监控设备的参数，无须人为操作，完全实现自动化操作。节约了劳动力，也避免了因人为操作的随意性所造成的损失。

4.1.4 远程管理

紧随时代发展的潮流，与现阶段前沿技术（物联网、移动互联网、云计算等）相结合，实现通过pc电脑、智能手机即可对农业生产园内的所有监控设备进行远程的管理（包括远程查看、远程修改），极大地增加了农业生产园管理的便利性与灵活性。

4.2 农产品全程溯源系统

全程溯源系统是在农业生产园内安装一批智能终端，实时监控农作物的生长信息，以及采集记录与其相关的重要环境信息，包括光照、气温、湿度等。系统还自动地记录了在农作物生产过程中的每一次施肥除草的数据，以及农作物各个生产阶段的图片，并为每一个农作物形成其独有的溯源档案。最终，消费者可以通过智能手机扫描产品包装上的条形码或者二维码的形式，查询每一批农作物独立的安全质量档案，实现对农产品的完整业务链的全程监控和全程溯源。

基于农业云平台客观全面的农业监控系统记录的海量种植生长数据，结合质检和食品安全的相关政策要求，建立能够通过个人电脑、平板电脑、智能手机等一系列移动终端访问的农产品全程溯源系统，为每一个产品量身定制客观、准确、全面的质量安全档案。

5 结语

智慧农业云平台将现阶段互联网技术与传统的农业技术相结合，可以根据一线农业生产人员的需求，结合农作物的生长周期、生长环境、品种等数据的变化，自动提供个性化的、精准的远程技术支持；也可以对规模化的农产品企业提供智能化、自动化的管理服务，降低劳动力成本；还可以对农作物的生长过程、环境进行溯源。总而言之，智慧农业云平台试图在农村与城市之间架起一座桥梁，力求搭建一个服务全国的农业智能化信息服务平台，这是一次大胆的尝试。

参 考 文 献

[1]林伟伟，吴文泰.面向云计算环境的能耗测量和管理方法[J].软件学报，2016，27（4）：1026-1041.

[2]徐杨，王晓峰，何清漪.物联网环境下多智能体决策信息支持技术[J].软件学报，2014（10）：2325-2345.

[3]陈海明，崔莉.面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J].计算机学报，2016，39（5）：853-871.

[4]赵波，戴忠华，向騻，等.一种云平台可信性分析模型建立方法[J].软件学报，2016，27（6）：1349-1365.

[5]郭鹏，李钧，张海燕.基于云平台的智能远程种植系统[J].上海大学学报：自然科学版，2017，23（2）：244-251.

[6]魏蕾，徐浩，刘明五.农业科技园区推动地标农产品产业化研究[J].上海交通大学学报：农业科学版，2017，35（1）：66-71.

[责任编辑：钟声贤]