基于云计算的智慧农机服务平台技术研发与应用构建

陈海锋，章霞东，黎向新，庞承妮，农宏亮，莫建霖

（广西农业机械研究院有限公司，广西南宁 530007）

0 引言

现代信息技术与农业的深度融合，促使农业进入机械化、数字化新时代，引发农业第三次绿色革命即“农业数字革命”，生产方式正由传统农业向现代、智慧农业变革，现代农机作业及服务也迎来更大的机遇与挑战。通过发展农业机械化信息事业，利用现代化的信息技术，建立健全综合性农机服务平台的服务管理功能和决策支持体系，对于加强农机信息化宏观调控和微观指导，进一步促进农业机械化、信息化的发展，具有十分重要的意义。将互联网、物联网、移动通信、卫星导航、大数据、云计算、AI等现代信息技术引入到综合性农机服务平台中，为农业机械化和信息化工作提供新的手段和方法，提高了现代化农业生产的效率，促进了农机化与信息化的融合，将会给政府提供更加有效的监管手段，协调农机组织的任务分配，更好地服务“三农”，促进全国农业现代化和信息化的快速发展。在此背景下，打造和发展新型农业机械现代化和信息化服务企业成为农机行业发展的新趋势。

1 相关技术综述

1）云计算技术。云计算是一种基于互联网的计算技术，它允许用户通过网络访问共享的计算资源，而无需拥有本地计算设备。云计算技术包括虚拟化技术、自动化和管理技术：、存储技术、网络技术、安全技术等。云计算技术是一种高效、安全、可靠的计算技术，为用户提供了一种访问和使用共享计算资源的方法，并且对于企业和个人来说，可以降低计算成本，提高生产效率。

2）大数据分析技术。大数据分析是利用大量数据进行模型建立、模拟和预测的技术。农业领域也在广泛使用大数据分析技术，以提高农业生产效率和效益。

农机作业监控是典型的大数据分析技术的应用。农机作业监控系统通过收集农机的作业数据，利用大数据分析技术对农机作业进行监控和评估。该系统可以通过对农机的使用情况、燃油消耗量等数据进行分析，评估农机的使用效率和效益。此外，大数据分析技术还可以用于农田土壤和气候数据分析，帮助农民优化种植方案和农药使用策略，提高农田资源的利用效率。

2 农机实时数据采集技术研发

1）农机传感器技术。通过在农业机械上安装各种传感器来获取有关农业生产的信息，从而支持农业生产活动的管理[1]。农机实时工作数据主要分为三类：发动机工作参数，车辆作业部件工况数据和车辆GPS位置数据。其中基于CAN总线采集的发动机工作参数主要有发动机转速、水温、燃油剩余等[2]；基于PLC采集的车辆工作部件工况数据主要有风机压力、切断压力行走压力、刀盘压力、刀盘转速、切段转速、风机转速、刀盘高度、液压油温、行走速度等；基于Modbus实现对农机的实时定位数据的采集。农机传感器技术通过提供实时的农业生产信息，帮助农民更好地管理农业生产活动，提高农业生产效率。

2）农机物联网实时通信与传输系统开发数据上传技术。整合各类传感器的原始输出信号，基于开放协议（Modbus，RS485，RS232等）设计易于扩展的数据读取转换模块，利用单片机读取各传感器数据，并结合物联网模块搭建适应野外站点布设的集成系统，实现高时频野外监测数据的实时数据传输[3-4]（图1）。

图1 物联网实时通信系统架构图

3 农机智慧服务平台应用构建

农机智慧服务平台信息系统在整个设计上以服务农户为核心，以业务流程和提高生产效率为导向，以数据采集、大数据分析为技术支撑，采用满足高并分需求的微服务架构搭建，积木式的模块化设计。总体技术架构如图2所示。

图2 总体技术架构

采用nginx负载均衡器放置在云服务平台上，接收用户请求，并将请求转发到Web服务器，Web服务器与应用服务器协同工作[5]，处理用户请求并返回响应，应用服务器连接到mysql数据库集群服务器，从中获取数据并执行业务逻辑，缓存服务器Redis可以在应用服务器和数据库服务器之间进行部署[6]，提高性能，监控系统可以监控整个系统，及时发现并解决问题，安全防护系统可以在系统前端进行部署保护系统安全。图3是系统总体网络设计架构图。

图3 系统总体网络设计架构图

农机服务智慧平台总体上分为：统一门户网站及七大功能平台（农村金融服务平台、电商平台、农业服务平台、补贴服务及监管服务平台、合约中心、调度与作业监控平台和清结算服务平台）。统一门户具有单点登录、门户网站等功能。构建统一可信验证组件，支持安全接入、身份认证、加密存储、加密传输等安全服务，支持单点登录功能；支持通过统一身份认证服务实现用户在不同子系统中所使用的用户ID、口令等一些信息进行集中存储和管理。用户只需在统一可信验证系统认证通过，无需再次经过重复的身份认证即可访问相关业务子系统，实现单点登录。实时发布农机、农资、种苗等农机社会化服务相关信息，为各类用户提供信息支持和公共服务，通过智能AI模块转发补贴政策的信息、转发国家和自治区产业政策动态、各类金融政策的信息。

七大功能平台包括农村金融服务平台、农业服务平台、补贴服务及监管服务平台、合约中心、调度与作业监控平台和清结算服务平台等（表1）。

表1 农机智慧服务平台

大数据展示及分析。具有显示轨迹及监控到的数据、作业监控、农机监管、农机状态及故障检测、品种及批次分布、种植作业、作物长势、土壤养分、种植适宜性与风险分析、自动预警、多源影像资源加载、地块资源加载、地块加载、全景影像加载、其他公共信息加载、图层控制、电子地图操作、专题地图可视化、环比及同比等19项功能，平台效果如图4所示。

图4 农机分布热图

农机智慧服务平台以南宁市武鸣区、崇左、梧州为试点运行，实现了农机实时分布管理、农机作业质量分析、作业类型分类统计，可通过系统平台来查看各类统计数据，可对作业补贴准确发放，并可实时地掌握辖区各类农业生产进度。实现了数据信息互联共享，增强了农机作业精准度，提高农机作业质量与效率。后续继续推进开展农机销售、租赁、维保、作业服务、机手培训、农机金融服务及农机保险等业务可获得相应的收益，平台全面推广后将辐射至全区农业生产基地（图5）。

图5 移动APP界面

4 结论与展望

农机智慧服务平台具有广阔的发展前景。预计未来几年，农机智慧服务平台将继续发展壮大，并在农业生产中发挥更加重要的作用。随着农机技术的不断提高和普及，农机的智能化程度将得到提高。农机智慧服务平台将实现对农机的智能监控、诊断和预测，提高农机的使用效率和效益。另一方面，互联网技术的快速发展也为农机智慧服务平台的发展提供了更多的机会。通过云计算和大数据分析技术，农机智慧服务平台将实现对农业生产数据的大规模收集、存储和分析，帮助农民更好地决策和管理。

人工智能技术的发展也将对农机智慧服务平台产生重要影响。人工智能技术将帮助农机智慧服务平台更好地识别和预测农业问题，为农民提供更为专业和科学的服务。它不仅可以帮助农民提高农机的使用效率和效益，而且还可以为农业生产带来多项好处。农机智慧服务平台具有重要的现实意义和价值，是农业生产不可或缺的重要工具。它不仅可以帮助农民提高农机的使用效率和效益，而且还可以为农业生产带来多项好处，提高农业生产水平和效益。