李素梅，张伟杰※，黄家怿，谢秋波（.中山市农业科技推广中心，中山　58403；.广东省现代农业装备研究所，广州　50630）

中山农业物联网云服务平台建设

李素梅1，张伟杰1※，黄家怿2，谢秋波2
（1.中山市农业科技推广中心，中山528403；2.广东省现代农业装备研究所，广州510630）

为了加速发展中山市农业现代化和产业化，围绕土壤养分监测、测土配方试验管理、施肥诊断决策服务、土肥信息推广服务的信息化管理与应用需求，建设中山农业物联网示范与管理平台，由农业物联网示范应用平台、土肥信息管理服务平台和综合数据库组成，实现了面向农业科技推广部门、生产基地、果蔬生产企业、肥料生产经营单位和种养大户的信息交互与共享，并在中山市电子政务云服务、公共版地图“天地图”及基础网络平台的应用支撑基础上，完成了涵盖信息采集、信息管理、决策分析、推广应用和综合信息服务的信息化应用完整体系的整合。

农业物联网，示范和管理，土肥信息管理，施肥决策，信息交互，信息服务

0　引言

发达国家的农业物联网发展水平已进入普遍应用阶段。美欧等国［1-3］利用资源卫星收集土地资源的使用情况，利用先进的传感器感知、信息融合传输和互联网等技术建立覆盖全国的农业信息化平台，融合获取各种资源信息，并通过决策系统，实现大区域农业的统筹规划和环境监测；法国利用通信卫星技术对灾害性天气、病虫害等进行测报；以色列利用物联网技术在大田精准作业、设施大棚精准水肥控制、畜禽水产牧业的精细化养殖等农业领域进行了广泛的应用；许多发达国家也把物联网应用在农牧渔业产品溯源上，实现了动物可标识、农产品可防伪、物流配送可监控；此外，多国在农产品电子商务领域，融合农业物联网技术，在生产体系做到高产、高质、高效，减少环境污染，在市场服务体系实现了“产品-商品-货币-资本”体系。

国内农业物联网起步较晚，但发展较快，在技术创新研究和产业化应用技术研发方面取得了超预期的进步［4-6］。我国将GPS与传感技术相结合，实现农业资源的定位、采集和规划管理，并通过无线传感网络和移动通信技术，实现了农业资源信息的快速传输。通过研制地面监测站和遥感技术结合的墒情监测系统，建立了农业部至各省、重点地县的一批农业环境监测网络系统，并已在贵阳、辽宁、黑龙江、河南、南京等地推广应用。在国家部委大力推动下，我国农业物联网虽取得了明显成绩，但仍存在一系列制约因素［7，8］，主要表现在：核心技术和高端产品与国外差距较大，高端综合集成服务能力不强，缺乏骨干企业，应用水平低，规模化应用少，及信息安全建设不足等。另外，我国对农业物联网的技术、盈利、产业化发展模式仍不清晰，需要不断优化和发展。

在本项目实施前，农业物联网技术在广东省内的应用主要体现在农业物联网的系统软件方面，应用广度和深度不足，已不能满足农业现代化和产业化发展的需求。而中山市多年来针对测土配方施肥的应用主要通过手工数据采集，效率低下，信息服务不及时，难以形成为政府决策的有力支持，针对农业生产管理的智能化监控也处于空白，无法形成对农业生产管理过程的信息化支撑。

针对广东省特别是中山市的农业物联网在应用软硬件功能已不适应当前中山市农业现代化和产业化发展需求的现状，本项目按照总体规划、统一协调、部门协作、突出重点、分工负责、分步实施的指导思想，采用网络通讯、计算机、人工智能、数据仓库、物联网和互联网等技术，开发了面向中山市农业生产管理与信息服务的农业物联网示范与管理平台，包括农业物联网示范应用平台、土肥信息管理服务平台和信息化综合数据库，并进行示范应用和成果推广。

图1　中山市农业物联网示范与管理平台总体框架图

1　方案设计及实施

平台采用基于XML与Web Services组件化开发模式，基于SOA架构，实现了业务模块/组件的松藕合，在充分满足现有平台各应用系统建设的需求的同时，并考虑未来业务系统的建设集成，保证了系统应用的可拓展性。平台总体框架设计如图1。

平台采用数据、服务、业务和表现分离的多层设计理念，以安全可靠的数据管理为基础，以专业的数据服务模块为支撑，实现高效的业务处理能力，同时融合当前完备的安全、权限管理体系，保证平台的稳定和安全可靠运行，充分考虑的兼容性和可扩展性，能够在各种终端设备上以多种形式展现。

1.1数据层

以数据保存为核心，建立分类数据库，实现信息资源的整合、共享和统一管理，为信息流、业务流和知识流的一体化集成提供数据基础，为安全管理提供信息服务。需要统筹规划、统一标准、分工协作，建设数据库群，实现信息资源的整合和共享，避免重复建设和标准不统一造成的资源浪费。数据主要分为：土肥空间信息数据库、土肥监测试验数据库、施肥决策数据库、信息服务数据库、视频监控数据库、环境监测数据库、墒情气象数据库、作物缺素症数据库和平台基础数据。

1.2服务层

服务层为整个系统提供技术支撑，主要包含服务引擎、GIS组件、界面框架、统计分析引擎、报表服务、数据仓库组件等各种服务引擎和服务策略，为业务处理提供专业化的组件服务。为了提高平台的扩展性，以模块化和契约组合的方式提供服务，每种服务可单独使用，也可随意组合，使平台更加灵活易用。

1.3业务层

为了便于管理和业务关系，平台挂接多个业务系统，实现土肥管理、施肥决策以及农业物联网综合服务的各个功能，通过用户接口为不同的用户提供信息查询和交互服务，并通过信息采集传输网关实现安全档案数据采集和各个环节数据传输与共享。

1.4通讯层

通讯层支持COM、GPRS、3G、Wi-Fi、Internet等多种数据传输协议，提供高效的、安全的数据交互通道。

1.5设备层

平台能够挂接PDA、PC、LED屏、手机、传感器、摄像头、监测终端、墒情气象站和灌溉控制终端等多种终端设备，自动完成各种格式的数据转换和交互。

1.6应用层

平台支持农业物联网数据、土肥监测试验数据的采集和管理，实现示范基地的物联网监控、土肥监测与决策管理、手持终端数据采集、智能手机的信息查询服务和肥料撮合服务，提升农业生产管理水平和信息服务能力。

在中山市农业信息化总体目标的框架下，平台重点建设了农业物联网示范应用子平台和土肥信息管理服务子平台，进一步完善补充了中山市农村科技信息化软硬件和应用服务体系。主要建设内容包含：

1）建设基地水肥一体化自动控制系统，实现了基地内所有水稻示范区、蔬菜种植示范区、温室大棚水肥一体化灌溉自动化控制。

2）建设智能化温室培育控制系统，集图像信息、环境信息、土壤信息、植物本体信息采集和降温、喷淋设备联动自动控制一体化功能。

3）建设全数字高清视频监控系统，实现全方位高清网络视频监控、生产基地的治安安全视频监控、作物生长状态监控和病虫害监控。

4）建设土地墒情监测系统和小型农业气象站，为基地水肥一体化自动控制系统提供有效的监测数据，实现自动化联动控制功能。

5）建设水产养殖水质在线监测系统，采用了固定式监控和基于无人船的移动式监控两种模式，充分解决了水质养殖布点监测困难问题。两种模式均可实现水质多参数的同时在线监控，包括养殖区的水温、水位、溶解氧、pH值、氧化还原值以及视频图像等。无人船主要用于装载水质检测设备，实现任一指定位置的在线快速监测。系统还具有及时检测结果与增氧机等现场养殖设备联动控制功能，实现养殖过程的精准控制。

6）中山农业信息网接入：开发了中山农业推广信息网接口，将数据自动上传或发布到信息网上，以方便用户实时浏览到相关信息数据，系统用户可在中山农业信息网链接和登录本农业物联网平台。

7）建设农业物联网应用平台软件框架，实现平台的高度集成、易于扩展和所有子系统的集中管理，主要功能包括单点登录、多系统集中授权、基础资源共享、相关子系统接入和远程控制。

8）综合布线工程：综合布线工程主要包括了建设基地通信主干光纤网络、建设各系统建设配套工程，主要是为各系统提供供电及通信设施，并提供防雷保障。

9）建设中心监控室建设，包括通信光通信平台建设、视频监控数据储存建设、监控墙建设和控制台建设。

其中土肥信息管理服务平台建设内容包含：

土肥信息管理服务平台结合中山市测土配方施肥推广工作，基于GIS地图、通讯网络和信息技术统筹管理土肥综合信息资源，为农技推广体系，涉农企业和广大农民建立了一个可采集、可管理、可维护、可查询、可推送的综合信息管理服务平台，主要围绕测土配方施肥推广工作的“测土、配方、配肥、供肥、施肥”五个环节，重点建设了移动数据采集系统、土壤养分监测系统、试验管理系统、空间数据管理系统、作物缺素诊断系统、施肥诊断决策系统、化肥撮合对接系统、数据查询管理系统、短信微信推送系统、触摸屏查询系统等10个系统。

10）农业物联网示范平台手机APP，提供手机版物联网软件，同样集成所有监测数据和设备控制功能，方便场调试和应用。

图12　农业物联网“五位一体”云服务管理平台效果图

2　技术推广应用

通过多家单位进行实施示范应用，用户对系统反应良好，并给与了较高的评价，取得较好的经济和社会效益。具体措施如下：

项目成果首先在中山市顺迎蔬菜水果专业合作社、中山市神湾镇农业服务中心、中山市东升镇农业服务中心、中山市港口镇农业和农村工作局、中山市沙溪镇农业服务中心、中山市坦洲镇农业服务中心、中山市横栏镇农业服务中心、中山市三角镇农业服务中心、中山市民众镇农业服务中心、迁安市农业畜牧水产局、东营农业高新技术产业示范区科学技术局等多个单位进行实施应用，用户对系统反应良好，并给与了较高的评价。随后，项目成果在韶关市、广州市、阳江市、佛山市、惠州市、广西省南宁市、南海市、从化市、天津市、新疆省昌吉、绥化市等全国多个省市地区的30多个典型基地和企业试验示范，并以此为基础，建立了“五位一体”示范基地云服务平台，取得较好的经济和社会效益。其效果图，如图2所示。

3　结语

农业物联网云服务平台的建设，实现了水肥一体化、温室环境监控、农情视频监控、墒情气象和养殖水质等的智能化管理，实现了基于GIS地图、通讯网络和信息技术的土肥信息可视化分析与管理，构建了基于传感器的农业物联网应用技术体系，基于多模型、多指标、多农作物的施肥决策体系和基于多手段、多终端、多通道的施肥信息服务体系，使得精准农业、农业的智能化和土肥的现代化管理成为可能。通过农业物联网云服务平台的搭建，使得各个区域的生产基地的农情信息可以实时显现，从而为专家指导和政府决策提供了有力的信息支撑，切实的服务了广大涉农人员。研究成果及其推广应用提高了农业的信息与智能化的水平，解放了农业生产力，推动了农业的进步与可持续发展。

［1］Biggs P，Srivastava L.ITU Internet reports 2005∶the internet of things［M］.Geverna∶International Telecommunication Union，2005.

［2］Commission I D E.Internet of things.Strategic research roadmap［C］.Commission I D E，2009.

［3］Commission of the European Communities.Internet of things-an action plan for Europe ［S］.Brussels∶Commission of the European Communities，2009.

［4］李道亮.农业物联网导论 ［M］.北京：科学出版社，2012.

［5］赵春江.物联网技术在农业领域的应用［Z］. http∶//www.wlwiot.com/Article/zcdddetail5407. htm.2012.

［6］葛文杰，赵春江.农业物联网研究与应用现状及发展对策研究［J］.农业机械学报，2014（7）：222-230.

［7］赵春江.对我国农业物联网发展的思考与建议［J］.农村工作通讯，2014（7）：25-26.

［8］汪懋华.物联网农业领域应用发展对现代科学仪器的需求 ［J］.现代科学仪器，2010（3）： 5-6.

Construction of Agricultural Internet of Things and Cloud Service Platform in Zhongshan City

Li Sumei1，Zhang Weijie1，Huang Jiayi2，Xie Qiubo2
（1.Zhongshan Agricultural Technology Promotion Center 528403，China；2.Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment，Guangzhou 510630，China）

Surrounding the needs of information management and applications in soil nutrient monitoring，soil testing，fertilization diagnosis and decision services，soil and fertilizer information extension services，a demonstration and management platform for agricultural internet of things was built to accelerate the development of agricultural modernization and industrialization in Zhongshan city.It consists of three parts，including agricultural internet of things demonstration application platform，soil&fertilizer information management and service platform，and integrated database.The platform was used to realize the information exchange and sharing among agricultural science and technology sectors，production bases，fruit and vegetable production enterprises，fertilizer production units，and large breeding.Furthermore，based on the application of Zhongshan e-government cloud services，public“world map”and infrastructure network platform，it achieved the integration of the complete information application system，covering information collection，information management，decision analysis，promotion and application，as well as integrated information service.

agricultural internet of things；demonstration and management，soil and fertilizer information management，fertilizer decisions，information exchange，information services

中山市农业物联网示范与管理平台（中经信函［2014］396号），“十二五”农村领域国家科技计划课题（2014BAD08B03-4-1），广东省科技计划资助项目（2014A020208031，2015B070701007），土壤植物机器系统技术国家重点实验室开放课题基金资助项目（2014-SKL-06），2013年省级现代农业产业发展建设专项资金项目（粤财农［2014］367号），省级现代农业装备产业技术研发中心（粤农计［2015］118文）

李素梅（1965—），女，助理会计师，主要从事农业信息与智能装备技术的研究。Email:nkzx1303@126.com
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张伟杰（1977—），男，高级农艺师，主要从事农业信息与智能装备技术的研究。Email:3021213@qq.com