攀枝花市农林科学研究院蔬菜芒果基地物联网模式构建

李录山,柴晓虹,黄 丹,祝毅娟,张洪祥,罗照西,腾 志

(1.四川省攀枝花市农林科学研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市盐边县农牧局，四川 盐边 617100)

攀枝花市农林科学研究院蔬菜芒果基地物联网模式构建

李录山1,柴晓虹2,黄 丹1,祝毅娟1,张洪祥1,罗照西1,腾 志1

(1.四川省攀枝花市农林科学研究院，四川 攀枝花 617061；2.四川省攀枝花市盐边县农牧局，四川 盐边 617100)

攀枝花市的芒果和早春蔬菜产业是攀枝花国家现代农业示范区中支柱性的特色效益农业产业，是建设“农业物联网”最佳的切入点和载体。攀枝花市农林科学研究院蔬菜、芒果基地物联网模式的构建，将有利于促进攀枝花的的芒果、蔬菜产业向智能化、精细化、网络化方向转变，对实现产业集约化和高产、优质、高效、生产安全等目标具有极其重要的意义。

传感器；智能控制；农业；物联网

攀枝花市于2012年被农业部认定为国家现代农业示范区，规划区域包括仁和区、米易县和盐边县3个区县，示范区涉及42个乡镇，示范区耕地面积3.94万hm2，占攀枝花耕地总面积的98.5%，占攀枝花农业总人口的99.3%[1]。攀枝花气候资源独特，是全国少有的南亚热带气候，是发展南亚热带特色农业的宝地，同时也是全国为数不多的高效特色农业区域之一[2]，目前已初步建成了特色水果、早春蔬菜、优质烤烟、畜牧水产、林业生物等5大特色农业基地。现有73个省市级农业龙头企业、384个农民专业合作社，创立了攀枝花芒果、攀西石榴、二滩云雾茶叶等8个知名品牌，拥有无公害农产品38个，有机食品1个，有机转换产品10个、绿色食品7个、农产品地理标志4个。特色农产品已销往全国各地，特别是攀枝花芒果获得了欧洲市场“准入证”，2016年首次以自主报检方式出口新加坡[1]。

推进攀枝花市国家现代农业示范区建设，就必需对传统农业的生产经营方式进行彻底改造，基本实现农业生产技术科技化、生产过程标准化、生产手段机械化、增长方式集约化、农业经营产业化和农业服务社会化。“农业物联网”的应用是攀枝花市国家现代农业示范区建设的一项重点内容，是农业大数据应用的基础，也是智慧农业发展的的基础，是国家示范区建设的突破点。为此，急需在攀枝花市建设“农业物联网”应用示范基地，继而向全区进行推广。

1 攀枝花市农林科学研究院蔬菜、芒果“物联网”模式框架

依据攀枝花市农林科学研究院蔬菜、芒果基地产前、产中、产后全产业链需求和存在问题，研究农业物联网信息感知和传输与智能控制技术，探索构建一个施肥、灌溉智能化，生产过程可视化，基础数据实时化的农业物联网应用模式[3]。基于目前全国物联网技术构架，攀枝花市农林科学研究院蔬菜、芒果基地物联网总体架构设计方案分为3层：即感知层、传输层和应用层[4]。感知层主要负责数据感知与搜集；传输层主要负责数据的传输和控制[5]；应用层主要包括数据的统计、显示及自动控制。

1.1 蔬菜、芒果基地农业数据感知与采集

根据生产过程和数据统计的需求，在蔬菜基地建立全自动灌溉系统1套、室内外高清监控系统1套、室外小型气象站1套、农业6要素传感器6个。芒果示范基地建立自动变频灌溉系统1套、室内外高清监控系统1套、室外小型气象站1套、农业6要素传感器18个。所用设备满足蔬菜、芒果基地内高温、高湿、暴晒、大雨、大风等恶劣的室内外环境。其精度、准确度、稳定性、一致性满足生产和数据分析需求。空气/土壤湿度传感器，量程0%～100%，精度±3%；空气/土壤温度传感器，测量范围0～50℃；风速传感器，测量范围1～67m/s；这些传感器实时数据，将在本地数据显示器显示，同时也会将数据传输到服务器，为远程控制决策提供数据依据[6-7]。

1.2 设施农业感知与控制信息传输网络

按照设施农业产前、产中、产后全产业链条需求和数据传输要求，整体的网络架构分为2种，分别是环境感知调控网络和视频图像传输网络。

1.2.1 环境感知调控网络 传感器将数据传输给控制器，控制器可以将数据直接传输到服务器，也可以自行分析数据，若设定模式为控制器自行分析数据，当传感器传输数据大于或小于控制器内设定阈值，控制器将会启动相应的设备开始工作(此模式不受网络限制)。若设定模式为控制器将数据传输到服务器，控制器将会把接收到的数据传输给服务器，经过服务器的分析和决策，又将数据传输给控制器，启动相应的设备(此模式仅在有网的条件下才能工作)。

1.2.2 视频图像传输网络 高清摄像头通过无线宽带将视频数据传输到监控中心，监控中心通过显示器将视频画面呈现。监控中心视频服务器将数据接入宽带互联网，用户通过手机APP便可实现远程对基地内进行实时或定时视频查看，并可对温室指定区域进行图像抓拍、触发报警、定时录像等功能[8]。

1.3 攀枝花市农林科学研究院农业物联网服务平台

攀枝花市农林科学研究院农业物联网服务平台包括服务器平台和慧农云平台APP/PC端应用软件两部分。

1.3.1 服务器平台 购置了戴尔DELL，型号为R430的机架式服务器两台，1台用于存储数据，1台用于分析数据。还购置了网络交换机、网络防火墙、网络路由器等设备，确保服务器平台的正常运行。

1.3.2 慧农云平台APP/PC端应用软件 用户无论是在控制室内还是外地，都可以通过电脑或手机上网，登录应用软件，就能随时随地通过互联网远程查询基地中布有传感器设备点的各项环境参数、各项参数的设置以及对设备进行控制。可以实时监测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照情况等环境参量，精准控制种植区内外的环境状况，还可以根据收集上来的数据的分析处理对温室的风机、加湿器、补光系统、水泵等自动化设备进行控制，以达到植物的最佳生长环境或人为设定环境，同时对摄像系统拍下的影像图片与现场动态画面进行观察。而且在生产出的产品上都有1个二维码标签，通过扫描就可以显示出该产品的播种、施肥、喷施农药、采收时间等信息。真正实现了农业生产的智能化、集约化、高效化、无人化和产品信息公开化。

2 预期效果

本研究模式建成实施运行后，可克服攀枝花市农业发展的资源环境瓶颈制约，通过智能肥水调控，可有效减少化学肥料、灌溉用水和农药的不合理投入，提高基地内生产的智能化水平；可填补攀枝花市“农业物联网缺口”，带动农业发展方式的转变，充分推动全市农业产业的发展，增强攀枝花市农业竞争力，助推攀枝花市国家现代农业示范区建设进程[9-10]。

3 讨论

攀枝花市农林科学研究院蔬菜、芒果基地农业物联网模式在设计和实施过程中着重了考虑以下几点：①生产和应用环节使用国产化设备，积极带动内需；②充分利用科研单位的优势和资源，因地制宜，建立示范作用强的农业物联网基地，同时，减少不必要的投入；③充分整合电信、移动等电信运营商和四川恩和工程咨询设计有限公司、格林温室有限公司等国内企业的业务资源；④研究探索“农业物联网模式”，通过蔬菜、芒果基地物联网模式，实现示范带动作用[11]。

4 结论

攀枝花市蔬菜、芒果基地农业物联网模式考虑到产前、产中、产后全产业链的发展，紧密结合了攀枝花市物联网建设实际情况和农产品质量、生产环境安全情况，以推进现代农业产业发展和节水、节肥、控制农药使用量为切入点，研究了适宜于攀枝花农业发展的农业物联网模式，提出了并完成了攀枝花市蔬菜、芒果基地农业物联网模式[12]。该模式在基地内部署了了农业6要素传感器和高清摄像头，搭建了环境与肥水投入智能调控体系和远程实时监控体系，有效地减少了水肥的使用，提高了产品的品质[13]。同时搭建了服务平台，为各应用系统提供了运行和存储平台，为用户提供了产前、产中、产后农业数据。综上所述，该系统为日后攀枝花市农业物联网的建设提供了参考并奠定了基础。

[1]http://pzh.newssc.org/system/2012046/001494609.html

[2]李贵利,唐平,腾志，等.科技“精准快”扶贫模式—福田农业成果转化模式.

[3]阎晓军，王维菊，梁建平.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012,28(4):149-154.

[4]苏建民，苑九海，郎红,等.基于物联网的农业环境长期监测系统[J].农业科技与装备，2013,233(11):20-24.

[5]周小波.基于物联网技术的设施农业在线测控系统设计[J].太原科技大学学报,2011,32(3):182-185.

[6]姚世凤，冯春贵，贺园园,等.物联网在农业领域的应用[J].农业机械化研究，2011(7):190-193.

[7]刘卉，汪懋华，王跃宣,等.基于无线传感器网络的农田土壤温湿度检测系统的设计与开发[J].吉林大学学报工学版,2008,38(3):604-608.

[8]刘劲风，王建.无线传感器网络在森林监测中的应用[J].林业科技,2010(7):18-20.

[9]余欣荣.关于发展农业物联网的几点认识[J].中国科学院院刊，2013(6):679-685.

[10]许世卫.我国农业物联网发展现状及对策[J].中国农科院院刊,2013(6):686-692.

[11]毛科军，李小刚，官宏义,等.加快推进农业物联网建设提升天津农业信息化水平[J].天津农业科学,2014(9):1-5.

[12]毛科军，官宏义.天津市农业物联网区域试验工程的实践[J].中国农科院院刊,2013(6):692-699.

[13] 沈苏彬，范曲立，宗平.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2009,29(6)：1-11.