基于5G技术的农作物视频监控平台的研究与应用

应巨林 曾铮 曾敏 王铳

摘要：农作物视频监控平台是智慧农业的重要组成部分。通过5G技术，依靠互联网、物联网和现代视频技术将农作物的全方位种植模式、全过程种植手段以及全流程种植方法在农户和消费者眼前进行全结果实时展示。基于5G技术的农作物视频监控平台，从顶层的设计方案、详细的系统组成和成功的平台应用等方面来提高农作物生产效率和经济效益。

关键词：5G;农作物;视频监控;物联网

中图分类号：S-3文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815016

收稿日期：2020-07-03

基金项目：温州市科技计划项目“基于5G技术的‘產+销智慧农业平台的研究”（项目编号：R20190010）;温州市文成县创新创业种子资金项目“文成特色农产品‘产销一体化数据平台构建研究”（项目编号：2019NKY10）

作者简介：应巨林（1993-），男，讲师。研究方向：农业信息化与创业教育;曾铮（1990-），女，助理研究员。研究方向：计算机应用技术;曾敏（1984-），女，副研究员。研究方向：网络技术与应用;王铳（1979-），男，工程师。研究方向：通信技术。

引言

过去，传统的视频监控主要用于交通、水利、农业和安全防护等领域，在许多应用场合也发挥过比较重要的作用。然而，传统的视频监控普遍以固定安装简单摄像头通过电缆电线连接至图像处理器转换到显示屏，其画面质量偏模糊，存储空间不足而被定期不断覆盖、清零，相关的设备兼容性相对较差，对安装环境和场地要求较高等缺点，越来越不能满足农户对农作物生长进行实时监控的许多功能和个性化的需求。

5G是第5代移动通信系统的简称，其中5表示序列为第5，英文字母G取的是英文单词Generation的首字母，意思是通信技术发展的时代。5G技术的优越性体现在传输速率的庞大（在理论上的传输速率可以达到10Gbps）;海量机器类通信，可以支持多种多样的智能终端和应用;超高可靠与低延迟的通信场景和广泛覆盖。

伴随着5G技术应用点逐渐成熟，模组和模块原件价格线越来越低，基站覆盖面日趋扩大，我国智慧农业也迎来了快速发展的重要时期。基于5G技术的农作物视频监控平台的研发与应用，可以做到实时发送高清图像数据让人们了解田间地头农作物的生长情况和动态环境监测，这是设施农业发展的必然阶段。也就是说，农户和消费者可以随时随地通过5G互联网在终端（LED大屏幕、IPAD、智能手机、个人电脑等）在线直接观看种植全过程，可以看到农作物在生长过程中所施用的农药、肥料种类，也可以观察到农作物的开花期和结果期。

基于5G技术的农作物视频监控平台，不但可以让农业大户更好地通过移动端（比如5G手机）实时动态管理农作物和督促生产员工规范化操作，降低被偷盗和病虫害发生率，实现农作物高产优质，提高生产效率和经济效益;而且还可以让消费者随时监督查看农作物的生长过程和生长环境，帮助农业企业赢得消费者的信任，实现农业的可持续稳步发展。

1设计方案

基于5G技术的农作物视频监控平台，从顶层设计到实施落地全过程牢固树立了5G+的理念，从硬件设备选型到独立运行全方面采用5G模组，从理论模型到测试运行全结果展现农作物视频监控，支持在线查看、在线配置、在线回放、在线下载等多个级别的用户权限区分，集中双备份存储方式和管理方式，保证了数据存储的安全、可靠和稳定。

基于5G技术，农作物视频监控平台整体方案以确保系统的可靠性、高传输率、低延迟及全方面监控为导向，将5G视频监控摄像头安装在智能大棚内，实时采集农作物、周边场景、工人生产情况等画面信息，通过5G网络将视频监控进行回传至云转码平台，再将视频监控的视频转换输出到终端（LED大屏幕、IPAD、智能手机、个人电脑等），即可在线看到清晰直观的视频。特别是管理人员可以对多个农作物视频监控摄像头节点进行简单编码，通过界面友好的应用管理后台进行简单设定和基本操作，不用直接访问每一台视频监控终端，实现多屏幕和单个屏幕的自动或手动切换。

通过利用5G技术解决传统的农作物视频监控效果差、处理滞后等问题，大大提高了传输速率，可以多维度地进行监控和存储，提供更加快速可靠、更加清晰可看的视频监控画面，以便管理人员及时决策和采取相应的措施。

2系统实现

基于5G技术的农作物视频监控平台由前端5G摄像头、5G摄像头管理平台、5G多媒体转码平台、5G网络和智媒体终端等部分组成。前端5G摄像头包括普通摄像头的镜头、CCD、5G传输模块;5G摄像头管理平台具有流量管理、管理摄像头的存储、日常离线告警、智能化报警、权限管理等功能;多媒体转码平台具有实现将视频流从RTSP转换到手机直接可以调用的HLS切片功能（如图1所示）。

前端摄像头采用的是中国移动E1 5G版（如图2所示），其分辨率为200万（1920×1080），低照度效果好，图像清晰度高;靶面为1/1.8CMOS。特别是压缩比高，超低码流支持H.265编码，压缩比高，可本地存储;支持走廊模式，适用于不同带宽、不同场景和各种存储;支持动态检测、视频遮挡检测、虚焦侦测、场景变更检测、音频异常侦测，具备外部报警功能;支持内置天线，高性能宽频天线、射频抗干扰，通过网络自适应编码、智能低码率等技术，降低传输流量峰值，提升传输效率。

基于5G技术的农作物视频监控平台通过5G网络接入到5G基站，利用5G核心网通过网络协议寻找视频管理平台，实现对视频监控的转码，转为HLS切片（如图3所示）。

5G多媒体转码平台通过简单的网络通道进行配置，将高清网络摄像机IPCamera、NVR等具有RTSP/Onvif协议输出的硬件设备接入到5G多媒体转码平台，再由5G转码平台能够将这些设备源的音/视频数据进行采集、转换、输出，最终可以进行全平台终端实时直播（PC、Android、iOS、微信、钉钉、H5等）。特别是，5G多媒体转码平台能够将视频源的直播数据对接到第三方CDN网络，实现安防硬件设备互联网级别的直播分发。5G多媒体转码平台通过RTSP/onvif协议接入摄像机，支持云台控制，焦距缩放;支持RTMP、HLS、http-flv协议和第三方平台接入;支持全网页配置管理、用户管理和权限验证;支持录像回放、列表及时间轴2种方式观看、录像计划设置、录像文件管理等功能（如图4所示）。

基于5G技术的农作物视频监控平台的接口是开放型的，以便与其它平台或系统进行对接和多功能融合，预留了农作物环境数据采集（如气象数据和土壤数据）接口，也预留了远程智能化自动控制（如水肥自动灌溉和智能自动报警）接口和大数据平台接口（农业数据可视化系统）。管理人員可以通过手机端或电脑端实现应用管理功能，可以手动调节放大或缩小按钮，可远可近观察农作物的生长各阶段茎叶、花果生长发育情况;也可以调节转向按钮，可左可右看到多角度的周边环境。视频监控平台具有高清视频存储功能，农户可以远程随时随地进行查看和管理作业生产，也可以通过录像回放或按时间段导出高清视频，判断是否有农作物被动物毁坏或人为偷窃，并且保留了视频监控的证据有助于事后追责和分析。

此外，视频监控摄像头可以移动到指定的大棚田埂上，近距离、高清晰实时拍摄某农作物植株得病的基本形态，在5G手机端直接展示给农业专家远程进行初步诊断，并获得专业的解决方案，有效预防或解决病虫害的发生，提高农作物高质高量。

3结束语

基于5G技术的农作物视频监控平台与普通视频监控相比，具有更多优点，更加智慧化和人性化，可以较大程度实现减少人力成本和更有效提高农作物种植效率，获得更高的产量和附加价值，对农业的发展具有重要意义。今后，随着5G的基础设施建设和大规模应用技术普及，5G应用将会给农村、农业和农民带来深远而持久的变化，特别是智慧农业带来越来越多的革新，用科技助力乡村振兴。5G+视频监控技术将会在农业、工业和金融等诸多领域，尤其在智慧农业、智慧交通、智慧医疗和智慧安防等方面发挥更好更大的作用，对科技进步、经济发展和人们生活水平提升起到巨大的推动作用。

参考文献

[1] 李茹.基于物联网的智能农业远程监控系统的研究与设计[D].曲阜：曲阜师范大学，2016.

[2]王磊.基于视频监控的智慧农业系统设计[J].信息技术，2015（12）：198-200.

[3]严蕾.5G关键技术及其在精准农业中的应用前景[J].热带农业工程，2016，40（02）：8-11.

[4]李宇，王晓杰.物联网形势下的5G通信技术应用[J].数字通信世界，2018（08）：172.

[5]李卿.5G移动通信技术下的物联网时代[J].通讯世界，2019，26（04）：100-101.

[6]陈晓栋.基于物联网的谷子大田苗情监测与管理技术研究[D].晋中：山西农业大学，2015.

[7]周加伦.彩票销售大厅物联网监控系统的设计与实现[D].昆明：云南大学，2019.

（责任编辑李媛媛）