浅谈嘉定区葡萄物联网系统的研发与应用

庄 洁 郭志坚 （上海市嘉定区农业信息服务中心 201822）

上海嘉定马陆葡萄产业自1981年至今，经历了30多年的发展，葡萄品种不断丰富、种植技术不断提升，现有葡萄种植面积约333.33 hm2，被国家农业部命名为“中国葡萄之乡”，“马陆”牌葡萄也先后被评为“上海名牌产品”“上海市著名商标”“中国名牌农产品”，在上海乃至全国都享有较高的知名度。但近年来，随着马陆葡萄种植规模不断扩大、种植成本逐年递增，粗放式的葡萄生产管理越来越不符合葡萄产业的发展。同时，在当前马陆葡萄的种植过程中，大部分农户凭经验、靠感觉进行种植，缺乏标准化的种植技术，这不利于马陆葡萄产业向设施农业和精细农业升级转型。

2016年中央一号文件《关于落实发展新理念，加快农业现代化，实现全面小康目标的若干意见》中提出，大力推进“互联网+”现代农业，应用物联网、云计算、大数据、移动互联等现代信息技术，推动农业全产业链改造升级；上海市在《上海市推进互联网+行动实施意见》中也提出，利用物联网技术提升农业管理水平。在此背景下，上海市嘉定区农委信息中心着手开发嘉定农业物联网系统，以产品附加值高、种植环境相对可控的马陆葡萄作为研究对象，进行相关系统开发，以期通过运用精准化的实时数据采集、数据分析，对葡萄各物候期的生长环境指标进行量化，并结合智能化控制设施，保证葡萄生长处于最适宜的环境中，从而形成马陆葡萄标准化种植技术体系，推动嘉定葡萄种植业向设施农业和精细农业转型。现将该系统的开发及应用情况介绍如下。

1 嘉定区葡萄物联网系统框架设计

嘉定区葡萄物联网系统基于SOA（面向服务架构）的多层架构体系，使用了多层应用程序结构，能使用户界面代码和业务逻辑代码分离，方便修改应用程序代码，具有良好的松耦合性；同时，将业务逻辑集中到一个类库中，方便了系统的开发和维护；而且，在数据库数据的操作中，避免了代码的重复，提高了重用性；此外，可以随时将组件分离到不同的物理计算机上，具有灵活的扩展性。

本系统多层架构主要分为表示层、业务层和数据访问层。其中，表示层是系统与用户沟通的惟一渠道，是系统功能的展示，表示层提供应用程序的用户界面（UI），在ASP.NET中的页面是UI的具体表现形式；业务层主要实现应用程序的功能，在ASP.NET中，通常以类库的形式封装系统需要的业务逻辑（业务逻辑是开发过程中的主要任务）；数据访问层实现了所有业务逻辑所需要的数据访问功能，包含与数据存储进行交互的类库，且这些类库在功能上和业务逻辑层上是相互独立的。

2 嘉定区葡萄物联网系统功能结构

嘉定区葡萄物联网系统主要有六大功能，即传感采集、自动化控制、自动报警、智能监控、数据分析挖掘、农产品安全溯源，见图1。

图1 嘉定葡萄物联网系统功能结构

该系统各部分的工作原理：（1）传感采集。通过前端传感器将葡萄大棚内的空气温度、空气湿度等环境参数进行实时采集，并通过园区无线高速网络自动将数据传输到嘉定区农业信息服务中心数据库进行存储和处理。处理后的信息以图表的形式进行展示，不仅可以使用户直观看到葡萄生长期间的各项环境参数的数值，还为后期的数据分析提供信息支撑。（2）自动化控制。通过实时采集农业大棚内相关环境参数（如空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、土壤湿度、土壤pH），将采集的数值与设定的最佳环境指标值进行比对，以自动控制相关设备进行智能调节。同时，还可根据用户需求，随时进行农事操作。（3）自动报警。当采集设备采集到的环境参数的数值超过预先设置的阀值时，报警系统将提供及时预警，并提醒管理人员和自动控制设备采取调节操作。预警阀值由管理人员根据不同葡萄品种、不同生长阶段进行科学设定。（4）智能监控。通过安装的高清智能监控摄像头，实时捕获大棚内部画面，帮助生产管理者实时掌握葡萄的生长情况，解决种植中出现的难题。（5）数据分析挖掘。把采集到的大量葡萄生长数据进行集中、萃取和提炼，保存各类指标的对比和分析结果，并进行智能数据挖掘、模拟仿真、科学评价，为今后完善葡萄生产技术和进行科研项目提供数据支撑。（6）安全溯源。运用信息化技术在平台建立葡萄生产的全过程溯源，建立详细的田间操作档案，并支持多种查询方式，确保信息公开、透明、安全。

3 嘉定区葡萄物联网的应用

在农家苑及马陆葡萄主题公园进行了嘉定区葡萄物联网系统的应用。

3.1 网络部署

在2个基地分别部署WIFI，实现基地WIFI全覆盖，为试点开展农业物联网提供网络基础。葡萄物联网系统部署在嘉定区农业信息服务中心机房，机房占地面积近80 m2，有20多台服务器、2台磁盘列阵，存储总量近17 TB，配备完善的监控、消防等设施，为计算机和网络系统的可靠运行提供了合乎规范的环境条件和工作条件。

3.2 葡萄物联网系统的应用

分别在农家苑和马陆葡萄主题公园部署传感器采集空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、土壤湿度、土壤pH等影响葡萄生长的重要环境参数，其中对于土壤湿度，采用多点、多土层测量方法，综合评估土壤含水量，尽量降低误差和干扰，提高测量的准确度。同时，在大棚内部署可全方位旋转的监控摄像头，采集葡萄生产过程的清晰图像，对葡萄的种植、管理、生产及采摘进行实时监管和智能分析。此外，运用精准化的实时数据采集、数据分析，对葡萄各物候期的生长环境参数进行量化，并结合智能化控制设备，保证葡萄处于最适宜的生长环境，且通过控制设备实现对葡萄生长环境的自动调节，为葡萄生产提供精准化种植、智能化管理。

4 总 结

通过在2个基地试点运用葡萄物联网系统，并通过对葡萄专家多年来开展的葡萄栽培管理科研工作和总结的种植经验进行量化，形成了葡萄种植专家系统。同时，通过智能分析与联动控制，及时精确地满足了葡萄生长对各环境参数的要求，在提高葡萄质量的同时，不仅减少了人工劳力，提高了基地管理精准化、网络化和智能化水平，还有效地促进了传统农业向智慧农业的转型升级。此外，通过将信息技术与葡萄种植技术的有效融合，从最初的“物联网+生产”延伸到了信息技术在葡萄种植产前、产中、产后的“全产业链”运用，提高了葡萄品质，增强了葡萄质量安全，塑造了马陆葡萄的品牌形象，从而带动马陆葡萄产业提质增效，促进农民增收。