何 艳

（1.黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江哈尔滨150090；2.黑龙江省科学院自动化所，黑龙江哈尔滨150090）

科技的突飞猛进，科技网络也应用到了农业领域。近十年来，智能农业，精准农业的发展带动了通信网络、智能感知芯片、移动嵌入式系统等技术在农业中的应用逐步成为研究的热点。目前无线技术在农业中的应用比较广泛将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，来帮助农民及时发现问题，并准确地确定发生问题的位置。这样农业将有可能逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

物联网是通过现代信息传感设备，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。近年来，食品质量安全问题频发，危及人民群众生命安全。因此，物联网应用于农产品监测，对于提高农产品质量安全水平，加快农业增长方式转变，保障广大城乡居民消费安全，构建和谐社会具有重要意义。

1 系统总体设计

基于物联网农产品智能销售系统结构划分可分为五个部份，即电子商务预定系统，生态终端感知管理系统、数据传输系统、数字管理控制中心系统和智能仓库物流管理系统，整个系统的构成如图1所示。

图1 基于物联网农产品智能销售系统架构框图Fig.1 Diagram of smart marketing system of agricultural products based on the Internet of things

2 电子商务预订系统

本系统是开放的电子商务系统,通过注册会员的形式，进行相应权限操作，主要通过团购的形式，使用户可以进行菜品等农产品的订购。并且通过监控系统，全程进行跟踪，使产品从生产，到物流配送的各个环节都在客户的掌握之中，对食品安全、供需分析、价格、等信息为用户提供详细的数字、及视频信息保障。使用户可以在网上“种菜”。本系统主要分以下几个模块：

（1）订单生产和采购：在产区规模出产的所有时令蔬菜、水果，收购站提前将信息发布上网，用户可自由集约订购（团购）。通过物联网进行产地和出货状况的条码管理。

（2）安全监控：在田间设立高杆多视角摄像头，通过无线方式连接至种植户和驻点收购站，监控全程的无公害生产。由收购站上传监控视频图像至平台网站上实时发布，外地消费会员可随时监督。

（3）有机生产：由系统邀请行业专家，依据国家标准（有机产品 GB/T19630.1--2005），结合各产区的实际，制订各大种植品种的有机种植的具体标准，下发到产区种植户。在安全生产监控下，遵规执行。农药和商品肥料，由系统指定或配送。

3 生态终端感知管理系统

该系统的主要任务是将大范围内的现实世界农业生产等的各种物理量通过各种传感器，实时并自动化地转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。

通过无线传感器进行信息采集主要有如下种类：

（1）农业传感信息：如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等；

（2）农业物品属性信息：如物品名称、型号、特性、价格等；

（3）农业工作状态信息：如仪器、设备的工作参数等；

（4）农业地理位置信息：如物品所处的地理位置等；

信息采集系统的主要任务是对各种信息进行标记，并通过传感等手段，将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其转化为可供处理的数字化信息。信息采集层涉及的技术有：二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等。

3G（CDMA1X）具有覆盖面广和“永远在线,传输稳定，带宽畅通”的特点，可在田间安装监控系统。监控系统采用了先进的3G模块和嵌入式网络处理模块以及先进的图像处理芯片。能够实现Internet的自动接入，并采集一路视频图像，通过JPEG算法压缩后利用GPRS无线网络传送至Internet网上的主机，以此实现GPRS无线网络远程图像的传输。系统可提供快速、实时的图像信息。

4 数据传输系统

该系统的主要任务是将农业信息采集层采集到的信息，通过各种3G及GPRS等感知网进行汇总，将大范围内的农业信息整合到一起，以供处理。数据传输系统是本平台的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。信息汇总层涉及的技术有：有线网络、无线网络等。拓扑图参照系统信息交互流程图如图2所示。

图2 系统信息交互流程图Fig.2 Flowchart of system information exchange

5 数字管理控制中心系统

数字管理控制中心系统存放整个系统全部数据，系统建立在GIS之上，中心管理系统的通讯服务器将终端系统发送过来的数据按照统一格式输入中心数据库，各系统根据需要从数据库提取数据并加工处理，通过相应网关向外发布。中心管理系统采用B/S三层结构，客户端采用标准IE浏览器，可通过局域网及Internet连路实现对中间应用层的访问，访问受严格权限控制，不受时间空间限制。中间应用层运行业务逻辑程序直接与数据库交互。主要功能如下：

（1）检测和警告：对温室大棚实时监测和告警时基于物联网的设施农业智能专家系统的基本功能，使用无线传感器可以实时采集大棚内环境因子，包括：温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等数据信息及视频图像信息，再通过GPRS网络传输到生态终端感知管理系统，为数据统计分析提供依据。对不适合作物生长的环境条件自动告警。

（2）病虫害预警：监测影响病虫害发生的关键因子，建立设施农业病虫害发生模型，利用智能算法，实现对病虫害预测预报，并进行有针对性的防治指导。

（3）植物成熟状况预报：根据农作物生长积温模型预测植物各个生长期发育成熟程度，可收获程度。

（4）远程设施控制系统：通过网站，远程控制农业设施，可以对加热器、卷膜机、通风机、滴灌等设备远程控制，实现农业设施的远程手动/自动控制。

（5）远程生产指导系统：根据农作物生长模型库，对大棚实时环境监测数据对比分析，高于作物生长的上限或低于作物生长下限系统自动告警。

（6）综合管理活动评比：通过植物生长适宜时间累积，病虫害适宜时间累积，及生产活动跟踪状况对大棚管理情况进行排名。

（7）远程生产活动跟踪：系统根据现场活动监测终端的报告，跟踪特定生产活动完成的情况。

（8）产品跟踪服务系统：通过FRID卡对农产品进行标识，以便可以支持对温室生产的农业产品进行跟踪，提供产品溯源服务。

6 智能仓库物流管理系统

RFID仓储物流管理系统的目标是在仓库体系中建立一条基于RFID技术的快速通道，实现库房高效管理，收发货高速自动记录。系统以RFID中间件为支撑平台，由收货、入库、盘点、出库等多个流程组成，各功能可独立运行也可平滑连接，形成一个完整的基于RFID自动识别技术的仓库物流管理系统。

在商品入库的之前，先录入商品入库收货单信息，并制作RFID对每批(或箱或件)产品都建立RED电子标签来标讥该电子标签产生唯一的码序列号，每个电子标签对应产品的相关信息 (具体由用户自定义)，如：产品的品名、规格、数量、入库日期、出库日期及保质期等；通过这个步骤来完成商品初始信息的采集，系统的电子入库收货单必须与RFID标签相对应，当此电子商品入库收货单被保存的时候，系统在相应产品的库存中自动增加。

商品在出仓库出口时，需通过设置在仓库出口的门式读写器读入出库商品的RFID标签编码，凡是经过门式读写器读记录的商品，会自动在电脑数据库里产生出库记录，并生成出库单。当商品出库时，系统库存自动减少，因此库存只能通过重新入库或者出库更改，否则无法改变。

7 结束语

随着经济的快速发展，国民生产总值的提高，城市化进程加快。中国作为人口密集的东南亚主要国家之一，13亿人口的基数，农业的现代化建设，食品安全一直是人们关注的焦点。如何保障从农田到餐桌整个链条的安全，一直困扰着农民、涉农企业和政府监管部门。可喜的是，物联网技术已成为食品安全的保护伞，而食品安全仅仅是物联网在农村市场的一个典型应用。物联网在农村市场潜力巨大。因此中国必将成为全球最大的物联网市场，而物联网农业应用也必将成为世界国家普遍关注的问题。

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