基于Android平台的智慧农田远程监控系统开发

臧贺藏,张 杰,李国强,胡 峰,赵 晴,郑国清(河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002)

基于Android平台的智慧农田远程监控系统开发

臧贺藏,张 杰,李国强,胡 峰,赵 晴,郑国清
(河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002)

为了促进河南省智能农业的发展，基于视频监控、物联网传感器和网络通信等技术，初步设计开发了基于Android平台的智慧农田远程监控系统。在作物生长发育过程中，该系统可实现作物生长过程中的关键环境因子、作物长势以及视频图像等信息的远程实时采集和数据存储功能。在任何具备网络覆盖的区域，用户均可以通过手机进行24 h 全天候不间断的监控，并且可以浏览获取数据，以便实时实地了解作物生长及环境信息。该系统具有功能实用、操作简单、界面友好、性能良好和安装部署方便等特点。在西华县农业科学研究所试验基地进行实际调试发现，该系统各项监测指标均达到要求，能够满足大田作物生长监测的需要。

Android； 物联网； 智慧农田； 信息采集； 远程监控

随着现代农业信息技术的快速发展，物联网已成为现代农业的新生力量，是推动信息化与农业现代化融合的重要切入点，其已经渗透到人们日常生活的各个方面[1-3]。国外，在农业资源利用与环境监测方面的研究应用较早且发展较快，在诸多领域中具有广泛的发展空间[4-7]。美国、法国和日本等一些发达国家通过利用先进的传感器感知技术、信息融合传输技术和互联网技术等建立覆盖全国的农业信息化平台，实现对农业生态环境的自动监测，促进农业生态环境的可持续发展[8-9]。比如，法国建立了较为完善的农业区域监测网络，在作物生长的全过程，可对作物的生长信息、病虫害信息以及相关的环境信息进行采集，并将采集的相关数据发送到监测中心进行处理，以指导施肥、灌溉和喷药等农业生产过程。我国在农业环境监测方面的研究还处于初步探索与示范阶段，中国农业科学院率先构建了具有较大覆盖面和代表性的监测网络，实现了面向小麦主产区的各种数据信息的自动化采集和远程传输[10-13]。近年来，随着智能手机迅速发展，4G时代解决了视频监控业务在移动网络上传输的瓶颈，并且得到了广泛的应用[14-16]。鉴于此，本研究利用视频监控、物联网传感器和网络通信等技术，基于Android平台，采用手机客户端通过有线/无线通讯方式，开发了对大田作物生长进行实时监控、跟踪、在线管理和服务的综合性系统，进而对作物生长全过程进行实时监控，为对作物进行科学管理提供辅助决策支持。

1 基于Android平台的智慧农田远程监控系统的设计

1.1 结构设计

从技术框架上，智慧农田远程监控系统主要分为3层，包括感知层，用于信息的获取感知；传输层，用于信息的传输；应用层，用于对获取信息的智能处理和综合应用。本研究采用分层架构的思想设计基于智能手机的智慧农田远程监控系统，总体架构如图1所示。

图1 基于Android平台的智慧农田远程监控系统总体结构

1.2 功能设计

为满足用户对作物生长信息进行快速、实时、可视化的管理需要，该系统主要包括实时监测、数据查询、视频图像以及设置四大功能模块，其整体框架如图2所示。

实时监测：该模块主要展示监控站点采集的实时数据,包括风速、风向、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光合有效辐射以及降雨量等环境信息。

数据查询：该模块主要显示连续或适时的历史环境数据。

视频图像：该模块包括长势360°监测、长势定向监测和病虫害监测。

设置：该模块主要设置农田监控站点、消息通知以及开发本系统的单位介绍。

图2 智慧农田远程监控系统Android客户端功能模块

2 基于Android平台的智慧农田远程监控系统的实现

2.1 开发环境

系统整体架构由服务器端和手机客户端组成，采用了 B/S架构的Web 端和服务器C/S 架构的手机客户端相结合的方式，服务器端作为数据资源中心为手机客户端提供基础数据支撑，手机客户端在此基础上实现对作物生长信息的采集，从而为服务器提供实时可靠的核心数据来源，为后期数据分析提供基础。

该系统后台服务器为Windows Server 2008，采用Java提供的Webservice服务，后台数据库为Microsoft SQL Server 2008，用以接收手机端采集的测试数据。手机客户端通过调用后台服务器发布的 Webservice 服务实现数据的传输，以便完成数据的采集。系统程序采用Eclispse和Android Developer Tool开发，图形图像处理采用Photoshop。

2.2 手机客户端实现

2.2.1 数据实时监测 实时监测模块主要显示监控站点采集的实时数据。数据实时显示主要通过ZigBee的无线网络通信技术、GPRS移动通信技术以及多源感知数据融合与分布式管理技术实现。西华县农业科学研究所(简称西华农科所)试验基地的实时数据监测界面如图3所示。该界面可实时显示西华农科所试验基地的风速、风向、土壤温度、土壤湿度、空气温湿度、光合有效辐射以及降雨量等环境参数。用户通过智能手机可以直接浏览当前作物生长的实时环境数据，实现各类监测指标的显性化；一旦发现监测指标不正常时，可以通过环境调节设备实现手工或自动化的远程控制，进而保证作物生长环境保持最佳状态。

图3 数据实时显示

2.2.2 数据查询 数据查询主要针对任何时间段大田内风速、风向、土壤温湿度、空气温湿度、光合有效辐射以及降雨量等环境信息进行查询。查询方式是按照日期选择需要查询的时间段进行查询。查询的数据以列表的形式显示，在用户浏览数据的同时可以直观地观察到对应时间段内的数据变化。西华农科所风速查询界面如图4所示。

2.2.3 视频图像 视频图像模块包括病虫害监测、长势定向监测和360°长势监测。用户进入智慧农田物联网视频监控系统，即可获得作物实时视频图像，如图5所示。通过视频图像，可以直观地掌握大田作物生长的实时动态，还可以侧面了解作物生长的整体状态及营养水平，从整体上给农户提供更加科学的种植决策指导。

图4 历史数据查询

图5 视频图像示意图

3 基于Android平台的智慧农田远程监控系统的测试

利用上述基于智能手机的智慧农田远程监控系统在西华农科所试验基地玉米大田进行试验，对大田玉米进行24 h不间断测试(2015年10月14日)，实时获取风速、风向、土壤温湿度、空气温湿度、光合有效辐射以及降雨量等信息，部分测试数据如表1所示。 从表1可以看出，在24 h内，通过基于Android平台的智慧农田远程监控系统可以实时获取风速、风向、土壤温湿度、空气温湿度、光合有效辐射以及降雨量等信息。本系统风速测量精度在±0.5 m/s以内，风向的测量精度在±0.3°以内，空气温度的测量精度在±0.5 ℃以内，空气湿度的测量精度在±0.5 ℃以内，土壤温度的测量精度在±0.5%以内，土壤湿度的测量精度在±0.5%以内，光合有效辐射的测量精度在2 μmol/(m2·s)以内。24 h 内基本不受环境因素影响，数据控制基本稳定，体现了控制系统较强的稳定性。远程控制反应时间在 5 s以内，完全达到了系统设计要求。

表1 作物生长环境测试数据

4 结论

本研究开发的基于物联网技术的智慧农田远程监控系统，具备农业生产环境信息采集和发布等功能，在Android手机上实现了远程监控，1部手机可以同时管理多个监控站点。该系统硬件成本低，数据传输速度快，操作简单，能够随时随地查看、下载信息和视频图片。

该系统可以使用户在作物生长的任何生育时期和时间段通过客户端及时查询当前的环境参数、作物长势以及视频图像等信息，实时实现数据同步查询，进而实现作物生长信息的远程实时监测，提高了监测精度和准确性。该系统的建立为广大用户提供了一个信息交流平台，专家可通过视频图像及时了解大田作物生长信息，在第一时间解答用户问题，并提出切实可行的应用方案，满足了作物生产管理过程各环节的需求。通过对作物生长过程进行动态环境参数监测和视频图像获取，进一步提高对作物环境信息快速决策的精确性。

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Development of Remote Monitoring System for Wisdom Farmland Based on Android Platform

ZANG Hecang,ZHANG Jie,LI Guoqiang,HU Feng,ZHAO Qing,ZHENG Guoqing
(Agricultural Economy & Information Research Institute,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

The remote monitoring system for wisdom farmland was preliminary designed based on android platform with video monitoring,Internet of Things sensor and network communication technology.In the process of crop growth and development,the remote real-time acquisition and data storage of the key factors,such as environmental factors,crop growth information and video image were realized by using the remote monitoring platform.In any network coverage area,the user could uninterruptedly monitor for 24 h through the phone,and browse data from the mobile phone,so that understand real-time field crop growth and environment information.This system has the advantages of practicality,simple operation,friendly interface,good performance and easy installation and deployment,flexible expansion.After practical testing of the system in the experiment base of Xihua Academy of Agricultural Sciences,the indicators of this system had reached the requirements,this system met the needs of monitoring crops growth in field.

android; Internet of Things; wisdom farmland; information collection; remote monitoring

2016-01-12

河南省重大科技专项(121100110900)；河南省重点科技攻关计划项目(162102210378，142102110071)；河南省农业科学院自主创新专项基金项目(豫财科[2015]183号)；河南省农业科技创新项目(豫财贸[2013]156号,豫财贸[2012]179号)

臧贺藏(1983-)，女，河南驻马店人，助理研究员，博士，主要从事农业物联网技术研究。 E-mail:zanghecang@163.com

S126;S24;TP274.2

A

1004-3268(2016)06-0153-04