基于物联网的设施作物智能测控与诊断平台

杨俊杰，于铁忠，金贵霞，贾恒彬，李 恒，李胜普

（河北中信联信息技术有限公司，河北石家庄 050051）

基于物联网的设施作物智能测控与诊断平台

杨俊杰，于铁忠，金贵霞，贾恒彬，李 恒，李胜普

（河北中信联信息技术有限公司，河北石家庄 050051）

利用传感网络、物联网技术，远程实时感知农作物生长过程中的空气温、湿度、光照，土壤的湿度等农作物生长过程中的关键因素，并根据农作物的自身特点，建立其最适宜生长的成长模型，通过专家分析、人工干预、自动控制等手段为农作物提供最优的生长条件，实现信息实时采集与分析处理，实现蔬菜产业全程监测，实现农业生产预警与控制，最终达到优质高收，智能化，产业化的效果。

远程实时感知；无线传输与互联网技术；农产品成长模型；农业生产预警与控制

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

在农业应用领域中将现代通信技术和物联网技术结合，使用各种传感器精确监测设施环境因子，使得设施环境处于实时监测中，以手机作为载体实时查看农业设施监测数据，通过先进的技术将农业专家知识与计算机结合，使得每个农民都能通过简单的方法在种植技术上达到专家水准，大大提高了农民的生产质量。

1 平台原理

每种农植物都有自己的生长周期，而在其成长周期，影响农植物生产的几个关键因素主要包括：水、空气、光照和温度等，通过对每项因素的解析，发现跟农植物密切相关的主要因素包括：空气的温湿度、土壤温度、光照等，而随着信息化技术的快速发展，这些因素完全可以通过信息化调节来进行干预和调控，引导农植物的高效成长。

通过对影响农植物的室内温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集分析，研究一套适于各种农植物生长的动态模型库；农户只要通过平台就可以清楚了解该植物的成长周期、适宜的环境等，并通过实时监测植物成长过程中的关键因素，形成了农植物生长模型库，当农植物生长过程的一些关键因素脱离标准模型时，对病虫害可能发生的情况进行预警。实现农业综合生态信息自动监测，对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

2 平台系统结构

2.1 系统结构

平台总体结构见图1，主要由平台应用、业务数据、基础网络三个层次组成，其中平台应用层次包括：设施环境监测和告警、病虫害预警、生产智能化控制与实时信息采集传输系统、远程生产指导系统、生产模型和智能化决策系统等；业务数据层次包括：企业、农民专业服务组织、蔬菜种植户、农业专家、农业主管部门及蔬菜生产全过程的所有信息构建的数据库管理中心；基础网络层次包括：基于互联网的用户终端、有线／无线网络、服务器、智能采集、传输、控制设备等。

图1 平台总体结构图

2.2 技术路线

平台以物联网技术与农业智能感知产品为基础，实现信息自动获取、传输与处理；以蔬菜生产全程关键因素智能感知、无线传输、生产智能控制、远程专家指导技术为核心，以云服务的模式提供强大的模型和智能处理，实现服务共享，避免重复投入；以蔬菜产业安全生产信息数据库服务系统为支撑，实现信息服务；以无线传输与互联网技术为承载，实现蔬菜生产的全程管理。

3 平台功能结构

平台系统功能模块如图2所示。

技术上实现分四层：用于支撑业务应用系统运行的感知层设备、传输层网络、设施农业物联网云服务平台以及市、区县两级监控中心和各类应用终端。应用为政府主管部门构建市、区县二级控制应用中心，农业生产管理服务分三个级别体系，市农业主管机构（服务机构）、企业（基地、合作社）和农户，每层分别可以支持管理员、专家和种植者角色。服务内容包括温室农作物种植阶段生长环境要素的监测、智能化分析、病虫害预警、监测报警、专家指导等服务。帮助政府行业管理和农业生产管理服务，积累数据资源。

图2 系统功能结构图

系统各功能均采用模块化设计，包括主要的功能模块如图3所示。

图3 系统各功能模块图

温室环境数据采集主要根据农植物生长过程中息息相关的环境因素，并将这些数据通过相应的传感器进行数据采集，让农户实时了解温室内的环境数据，并通过直观的图表、短信展现给终端农户、农业专家等。

病虫害防治与预警为平台的核心功能，通过模型构建、模拟试验、现场测试等多种方式开发。通过对病虫害的成长环境进行监测，采用‘积温算法’对病虫害的有效积温进行实时监控，并对各个阶段的积温值进行预警，利用环境因数破坏病虫害的成长机理，实现对病虫害的防治，并通过直观的界面展示给终端用户。

成熟度预报根据植物生长的阶段周期、积温模型、和积累的往年数据，分析出植物生长过程中各个阶段成熟的周期，可以提前预测各种农植物成熟情况，并将各个阶段所需要的温室环境实时监测，分析环境模型是否适宜农植物的成长，当温室环境不合理时，及时给用户发出预警，为农作物的厂长和农户计算收割时间提供有效的工具。

农作物智能化模型库是为农作物成长过程提供的一套生长模型，该模型通过建立起一整套的植物生长过程中的数据模型，为专家分析提供分析工具；系统通过对每种农作物建立智能化数据模型，并通过各类传感器将现场数据传回数据库，通过比较分析生成处理结果，进而为专家指导农户生产提供帮助。

数据查询和统计报表是将系统处理好的数据结果，通过多种查询条件自由组合，并将查询结果通过图表进行统一显示，用户、农业专家可以通过该功能直观的了解各个温室的相关数据，快送查找有问题的温室。

专家互动主要是为农户和专家建立起一个沟通的桥梁；农户可以通过网络平台，手机短信、彩信等多种方式，提交问题给专家，专家通过该“专家互动”功能，将反馈的信息，以相同的方式返回给农户。

农技在线：提供包括常见农植物种植方法下载、种植过程注意事项、各阶段病虫害的防治等，并通过短信或站内消息提示农户生产注意事项等。

4 结束语

农业资源的发展重点是对土地、水源、生产资料等的管理，农业生态环境的发展重点是对土壤、大气、水质、气象、灾害的监测。农产品生产不同的阶段，都可以用物联网技术来提高工作效率。在种植和培育阶段，应用物联网技术分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物；在农产品的收获阶段，应用物联网技术可以实现一个廉价的信息采集，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。随着发展，物联网在农业上的应用越来越广泛，也越来越重要.一批关键农业信息感知技术和新兴产业培育问题也期待科技突破。物联网技术对于智能农业应用来说是难得的机遇，物联网科技的发展也必将深刻影响智能农业的未来。

［1］王亚唯.物联网发展综述［J］.科技信息，2010（3）：54－56.

［2］张进京.物联网的应用实例与效益［J］.中国信息界，2010（3）：73－76.

［3］张应福.物联网技术与应用［J］.通信与信息技术，2010（1）：50－53.

［4］马一丁.透过应用看物联网发展前景［J］.中国电子商情，2003（3）：36－37.

［5］李文清，郭宗良.物联网的成长与发展综述［J］.网络与信息，2010（2）：27－27.

The intelligent measurement and diagnostic platform for facilities crop based on Internet of Things（IOT）

YANG Jun－jie，YU Tie－zhong，JIN Gui－xia，JIA Heng－bin，LI Heng，LI Sheng－pu

（HebeiUniwinInformationTechnologyCo.，Ltd.，ShijiazhuangHebei050051，China）

Using sensor networks and the Internet of Things，the key factors in the crop growth process is realized by the real－time remote sensing，such as the air temperature，humidity，light，soil moisture and so on.Based on the inherent characteristics of crops，the optimum growth model is established.Through expert analysis，manual intervention，automatic control and other methods，the optimum growing conditions of the crops is provided.The real－time collection and analysis processing of information is achieved to get vegetable industry whole process monitoring.The agricultural production warning and control are realized.The effects high－quality，high－income，intelligence and industrialization are achieved.

Real－time remote sensing；Wireless and Internet technology；Agricultural growth model；Agricultural production warningand control

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0025－04

2011－06－30

杨俊杰（1980－），男，工程师，主要研究方向：智能化农业信息技术开发与应用、智能农业数据采集系统、电子政务发展.