摘要 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在西紅花生產(chǎn)上的應(yīng)用具有創(chuàng)新性。闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并分析了該系統(tǒng)的建設(shè)特點(diǎn)與應(yīng)用價(jià)值�；谖锫�(lián)網(wǎng)的西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)方便地將西紅花種球智能種植管理從桌面延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，讓生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)西紅花栽培與數(shù)字世界的完美融合，必將引領(lǐng)西紅花精確栽培技術(shù)發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞 西紅花；物聯(lián)網(wǎng)；種質(zhì)資源庫(kù)；智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；開(kāi)發(fā)
　　中圖分類(lèi)號(hào) S625.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2014）22-0335-02
　　西紅花別名番紅花、藏紅花，是一種鳶尾科番紅花屬的多年生草本植物。我國(guó)最早于1965從聯(lián)邦德國(guó)引進(jìn)少許的西紅花種球開(kāi)始種植，在全國(guó)數(shù)地（浙江建德、天臺(tái)、江蘇海門(mén)與杭州等地）進(jìn)行栽培試驗(yàn)，引種試驗(yàn)基本成功。1972—1984年，我國(guó)所有西紅花球莖均由商業(yè)部、省醫(yī)藥公司調(diào)配，共調(diào)出球莖33.1萬(wàn)余只，范圍擴(kuò)大到全國(guó)17個(gè)省、市，59個(gè)地區(qū)，尤其是1980年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委將西紅花列為引進(jìn)消化吸收項(xiàng)目，出資從日本進(jìn)口西紅花種球，研究人員主要進(jìn)行西紅花生物學(xué)特性的觀察和系統(tǒng)的栽培技術(shù)研究，結(jié)果表明江南地區(qū)的地理環(huán)境非常適合西紅花的繁殖與生產(chǎn)，西紅花產(chǎn)業(yè)得到穩(wěn)步發(fā)展。近年來(lái)，在政府的大力支持下，杭州市西紅花種植面積逐年擴(kuò)大，目前在建德、富陽(yáng)、余杭的西紅花種植面積逾200 hm2，占全國(guó)西紅花總面積的60%以上，2008年其球莖和花絲產(chǎn)值超過(guò)8 000萬(wàn)元，成為杭州市五大特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的重要經(jīng)濟(jì)來(lái)源和大田種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的亮點(diǎn)。同時(shí)，西紅花在我國(guó)浙江其他地區(qū)及西藏、新疆、北京、山東、上海、江蘇等地都有栽培，現(xiàn)有栽培面積逾333.33 hm2，其中浙江栽培面積占全國(guó)的70%，平均產(chǎn)量7.5～15.0 kg/hm2，收購(gòu)價(jià)格為25～30元/g，平均產(chǎn)值達(dá)18.75萬(wàn)～45.00萬(wàn)元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。但是，西紅花種源少，加之栽培技術(shù)要求較高，利用的僅為柱頭部分，產(chǎn)量極低，產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，每年都要進(jìn)口大量產(chǎn)品。由于西紅花在栽培條件下不能結(jié)實(shí)，僅靠球莖無(wú)性繁殖，繁殖過(guò)程中種球退化比較嚴(yán)重[1]�；óa(chǎn)量與球莖的大小有相關(guān)性，球莖變小，花產(chǎn)量隨之下降，甚至不開(kāi)花，且西紅花品質(zhì)參差不齊。
　　因此，構(gòu)建實(shí)用的智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息采集與管理系統(tǒng)是一項(xiàng)亟需解決的任務(wù)，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中成功應(yīng)用并推廣的關(guān)鍵[2]。該項(xiàng)目基于低功耗低成本農(nóng)業(yè)信息采集傳感器、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)及其與GPRS公網(wǎng)融合等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，結(jié)合智能決策與控制技術(shù)，進(jìn)行智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息采集與管理系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)西紅花種球培育環(huán)境信息（環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、光照、CO2濃度等）、農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況以及田間定位等智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息的快速獲取與管理，是國(guó)內(nèi)首家針對(duì)西紅花生產(chǎn)需要開(kāi)發(fā)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，相關(guān)軟硬件成果已在浙江省富陽(yáng)市淥渚西紅花種植基地、杭州鴻越生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司西紅花種質(zhì)資源中心、縉云宏峰西紅花專(zhuān)業(yè)合作社進(jìn)行應(yīng)用示范、杭州瑞森生態(tài)農(nóng)業(yè)公司水稻—西紅花高效種植示范基地應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。現(xiàn)將西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的功能與應(yīng)用情況進(jìn)行介紹如下，以供參考。
　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　1.1 開(kāi)發(fā)定向
　　基于物聯(lián)網(wǎng)的西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要針對(duì)西紅花種球復(fù)壯與繁育生產(chǎn)需要開(kāi)發(fā)，結(jié)合西紅花種球生產(chǎn)設(shè)施特點(diǎn)，利用智能傳感器實(shí)時(shí)采集棚內(nèi)空氣溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照等環(huán)境參數(shù)，經(jīng)由無(wú)線(xiàn)信號(hào)收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)匯入架設(shè)在阿里云服務(wù)器的西紅花數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。并根據(jù)生產(chǎn)者需求，方便對(duì)種球繁育室的遠(yuǎn)程智能控制（圖1）。該系統(tǒng)已推廣到多家西紅花生產(chǎn)單位使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)西紅花種球生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)的自動(dòng)控制、精準(zhǔn)管理，并達(dá)到數(shù)據(jù)共享和對(duì)環(huán)境信息自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（圖2）。
　　1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
　　該系統(tǒng)通過(guò)上海左岸芯慧電子有限公司提供的環(huán)境參數(shù)智能傳感器和成都華邁提供的云平臺(tái)高清視頻系統(tǒng)等組建了一個(gè)可以遠(yuǎn)程感知的數(shù)字化西紅花智慧系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或GPRS傳輸?shù)轿骷t數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)分析，開(kāi)發(fā)出西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)解決方案（圖3）。系統(tǒng)的總體架構(gòu)分4個(gè)部分，即環(huán)境信息傳感采集、遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)傳輸、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)分析處理（圖4），整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)與軟件開(kāi)發(fā)由杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題組成員協(xié)作完成。環(huán)境信息傳感采集系統(tǒng)主要完成種球生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)的采集與調(diào)節(jié)；并采用高清智能攝像機(jī)，實(shí)時(shí)拍攝大棚內(nèi)視頻信息。遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)將西紅花種球生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的環(huán)境參數(shù)和視頻信號(hào)，通過(guò)3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或GPRS傳送到西紅化數(shù)字平臺(tái)中心。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)控制設(shè)備和繼電器電路，可以自由操控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備。數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)分別開(kāi)發(fā)出PC平臺(tái)、手機(jī)安卓系統(tǒng)、手機(jī)蘋(píng)果APP，用戶(hù)可隨時(shí)隨地通過(guò)電腦或移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析與生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，為生產(chǎn)管理提供決策依據(jù)。
　　2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
　　基于物聯(lián)網(wǎng)的西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，選配先進(jìn)的農(nóng)業(yè)智能傳感器與采集感應(yīng)器，無(wú)需布線(xiàn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫、濕度、光照及氣體濃度等信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)ZigBee技術(shù)，與網(wǎng)關(guān)及相關(guān)設(shè)備連接，當(dāng)室內(nèi)溫、濕度、光照、氣體等信息超過(guò)或低于系統(tǒng)設(shè)定范圍時(shí)，可進(jìn)行科學(xué)決策及自動(dòng)調(diào)控，營(yíng)造西紅花適宜生長(zhǎng)的環(huán)境。
　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在西紅花種球種植環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)控制中，關(guān)鍵技術(shù)包括以下2個(gè)方面內(nèi)容：①感知層進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)精確感知與采集；②通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸層將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)計(jì)算機(jī)分析做出智能決策，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化控制，控制西紅花生長(zhǎng)所需要的空氣溫度、濕度、光照、氣體濃度及土壤因子等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理[4]。
　　該系統(tǒng)主要功能：一是數(shù)據(jù)精確采集。系統(tǒng)可在線(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)地采集各項(xiàng)常見(jiàn)的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)，以數(shù)字、圖形、圖像等多種方式進(jìn)行記錄和顯示。二是環(huán)境智能管理。系統(tǒng)可對(duì)傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)處理，通過(guò)與設(shè)定閾值及專(zhuān)家系統(tǒng)的科學(xué)比對(duì)，自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境設(shè)施的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化管理。三是及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。系統(tǒng)可設(shè)定各監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警閥值，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。四是設(shè)備兼容性好。采集器具有自識(shí)別功能，能方便安裝；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備具備豐富的硬件接口，可以提供有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等多種方式的通訊手段。
　　3 結(jié)論與討論
　　該系統(tǒng)主要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即通過(guò)相應(yīng)的智能傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控西紅花種球繁育種植環(huán)境，智能控制西紅花種球生長(zhǎng)發(fā)育所需環(huán)境如溫度、濕度、光照、氣體濃度及土壤溫度、含水量等，實(shí)現(xiàn)西紅化種球和平環(huán)境綜合生態(tài)信息的自動(dòng)檢測(cè)，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控[5-6]�；谖锫�(lián)網(wǎng)技術(shù)的西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用旨在提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化、智能化水平，促進(jìn)數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化管理，對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量都具有重大意義，也為智慧農(nóng)業(yè)的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、智能化管理及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及提供一定的依據(jù)[7-10]。
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