摘要：针对传统温室大棚蔬菜生产管理技术落后、资源耗费严重等问题，设计了一套蔬菜物联网管理平台。该平台包括实时测控、生产管理、生产档案管理、智能分析、系统管理等功能，可实现蔬菜生产全过程的信息管理。经实际应用验证，该平台可以有效实现西瓜全生产过程的远程实时监控和管理，提高了其设施生产的智能化管理水平。

关键词：蔬菜；物联网；管理平台

中图分类号：S126：TP391文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）04-0142-07

Abstract In the study， a set of vegetable IoT management platform was designed aiming to solve the problems such as the backwardness of management technology and serious resource consumption in traditional greenhouse vegetable production. It had the functions as real-time measurement and control， production management， production archives management， intelligent analysis and system management. It could realize the information management of the whole process in vegetable production. The platform was verified by practical application that it could realize effectively remote real-time monitoring and management about watermelon， and improved the intelligent management level of its facility production.

Keywords Vegetable； Internet of Things（IoT）； Management platform

农业是国民经济的基础，是安天下、稳民心的重要产业。近年来我国农业现代化发展进程明显加快，农业物联网发展成效显著。物联网技术在农业领域的应用涵盖了农业资源利用、农业生态环境监测、农产品质量安全追溯等方面，并在政策扶持、技术研发、示范应用、人才培养等方面积累了一定的经验[1-6]。物联网对农业的带动和提升作用正逐步显现，但仍存在一些问题，如：多数农业物联网产品重“采集监测”轻“分析决策与控制”，环境信息调控模型、农业大数据分析挖掘等核心技术与系统集成度低，系统智能化水平不高，同产业内在需求贴合程度不够[7-13]。为解决物联网技术在蔬菜生产中应用所存在的问题，我们设计研发了一套蔬菜物联网管理平台。该平台可以实现生产现场信息实时监测、生产管理、智能分析等功能，并可进行功能拓展，不仅可以为蔬菜生产的全过程提供生产指导，还可对传感设备获取的数据进行分析，为蔬菜生产管理提供决策依据，从而使传统温室大棚种植更具“智慧”，实现蔬菜高效生产。

1 平台总体结构设计

蔬菜物联网管理平台是针对蔬菜产业发展现状和对智慧农业发展的迫切需求，利用物联网、大数据、云计算等技术研发的一套蔬菜物联网整体解决方案。该平台系统架构由数据层、处理层、应用层、终端层组成。数据层是对农业生产现场数据监测设备感知数据及生产过程数据的存储；处理层通过云计算、数据挖掘等智能处理技术，实现信息技术与蔬菜产业应用融合；应用层和终端层面向用户，可在移动端、PC端实现实时测控、生产管理、生产档案管理、智能分析、系统管理功能。蔬菜物联网管理平台体系总体结构如图1所示。

2 平台功能设计

2.1 实时测控

实时测控单元是对数据采集、设备状态控制平台的展示，通过该功能单元，用户可实时查看设备采集到的数据、数据报警状态及设备运行状态。实时测控平台以生产单元为最小展示单元，分别展示生产单元中安装的设备列表及其状态，设备离线、数据高报或低报都会通过显眼颜色予以警示，用户可点击相应设备查看历史数据及报警统计，以分析问题原因所在。为便于用户管理，实时测控部分主页面会显示综合评价模块对各生产单元的综合评价指数，并提示用戶是否需着重关注。

实时测控单元还可实现对生产现场控制设备的远程操控，用户可根据生产需求设定自动控制和手动控制两种模式。自动模式下，系统会根据内置的控制模型实现设备的自动控制；手动模式下，用户可通过按键远程控制设备（图2）。

2.2 生产管理

生产管理单元是为蔬菜种植用户提供生产指导，给出种植环节需注意问题及标准化种植操作规范，以提高作物产量和质量。该单元包括农事管理、病虫害防控、水肥一体化三个模块。

2.2.1 农事管理 农事管理单元是针对目前农业劳动力老龄化严重、农业生产管理粗放、生产效率低下等问题设计的。该单元可以结合当前种植蔬菜作物所处生育期的生理习性及注意事项，按照标准化种植流程，尽量精确地提供施肥、播种、田间管理等农事操作建议，指导蔬菜生产（图3）。

2.2.2 病虫害防控 病虫害防控是蔬菜生产中不可缺少的一环，直接影响着蔬菜的产量和质量。病虫害防控单元以预防为主，可根据蔬菜作物所处的生育时期提供易发病虫害种类及防护措施，阻断其发生；同时提供各种病虫害的治理方法，帮助用户及时采取有效的防治措施。用户进入该单元即可查看蔬菜所处时期的病虫害信息，也可通过给出的病虫害特征对蔬菜作物状态进行判别（图4）。

2.2.3 水肥一体化 水肥一体化单元以作物全生长过程水肥解决方案为突破口，将物联网、大数据和云计算等信息化技术融入到水肥一体化技术当中，通过研究作物产量品质与需水量、施肥量之间的定量关系，综合考虑土壤水分、土壤养分、肥料利用率、最高产量及经济效益等指标，明确作物需水、需肥动态特征，建立主要作物各生育时期的需水、需肥模型；并结合需水、需肥模型，通过流量控制、时间控制及手动控制模式，实现栽培作物水肥管理的定时、定量精准控制和远程及本地的便捷操作，从而实现水肥的精准施用（图5）。

2.3 生产档案管理

生产档案记录了作物从定植到发货销售全过程的信息，既可用于园区管理者对生产过程信息的监管，也可用于农产品信息追溯。

生产档案管理主要包括种植计划、生产记录、过程影像、肥料记录、农药记录、农事操作、采收入库、农残检测、发货销售、条码管理、订单管理。种植计划是为园区中每一个生产单元制定的下一季种植计划；生产记录是园区生产单元中定植作物时的信息记录；过程影像记录的是作物种植过程中关键环节的影像信息；肥料与农药记录用于记录使用肥料、农药的具体信息；农残检测记录采收作物农药残留信息；订单管理与发货销售记录销售环节的相关信息（图6）。

2.4 智能分析

通过物联网传感器等技术手段可获取到形式多样的数据，但数据本身无法给管理者直接提供生产指导。智能分析单元可结合各生育时期作物的生长发育特点，对通过物联网传感器获得的数据进行分析，为管理者提供有效的建议；同时，分析数据报警多发区域，以提醒生产管理人员多加关注。为帮助生产管理人员了解农产品价格情况，智能分析单元还提供了价格走势分析功能。

2.4.1 综合评价 该部分是对各生产单元中环境信息对定植作物影响的综合评价。利用关键参数的实时数据与适宜值以及该参数所占的比重，经模型计算得到各生产单元的综合评分值。通过综合评价结果，生产管理者可以直观地了解各生产单元的环境综合情况，从而及时采取措施调整相应生产单元的环境因子，为蔬菜生长创造更有利的环境条件（图7）。

2.4.2 测土施肥 该模块主要展示各生产单元的土壤肥力（N、P、K含量）情况以及作物需肥特性。首先人工取土壤样品并进行实验室分析，同时记录取样点的坐标信息，将测得的N、P、K含量数据同坐标信息一并提交至平台，系统利用克里金插值法绘制出土壤肥力情况分布图，并进行展示；而且可对比土壤肥力分析结果与种植作物需肥特性，给出合理的施肥建议，实现按需施肥，达到肥料减施增效的目的（图8）。

2.4.3 报警分析 报警分析是对特定生产单元下特定监测终端设备高报（超阈值上限）、低报（低于阈值下限）的次数统计分析，在该模块中用户可查看一段时间内某一个监测设备的报警次数，若该设备报警次数过多，可提醒生产管理者对此多加关注（图9）。

2.4.4 行情分析 该模块利用网络爬虫技术从网络上获取不同农产品的价格并进行可视化展示，生产管理者可通过查看某一种农产品在不同地区的价格走势及时了解其市场行情，指导后期的生产管理（图10）。

3 平台应用实例

我们在济南市历城区唐王（蔬菜）试验基地进行了蔬菜物联网管理平台的应用验证（图11、图12）。

为配合蔬菜管理平台功能测试，在唐王（蔬菜）试验基地中安装无线采集节点两套，包括空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤水分；水肥一体机一套；智能卷帘控制器、卷膜控制器、通风控制器等控制设备各一套；视频监控设备三套；网关节点设备一套。

蔬菜管理平台及配套设备在西瓜定植前完成安装与部署，经过整个生产季的应用，管理平台运行正常。西瓜种植过程中，管理平台生产管理部分提供了西瓜种植农事管理、病虫害防控等知识；生产档案部分完成西瓜生产从定植到采收各个环节的生产信息；智能分析部分通过对采集参数、报警信息等进行有效分析，提供了现场环境调控决策依据；通过平台远程控制功能实现对基地水肥一体设备等的远程控制。

一个生产季的应用结果表明，人工投入、化肥及农药、用水量明显减少，劳动效率明显提升。

4 结论

针对设施蔬菜生产及管理技术落后的问题，我们设计并开发了蔬菜物联网管理平台。在济南市历城区唐王（蔬菜）试验基地的测试应用结果表明，使用该系统可节省大量人力成本，降低生产成本，实现精准、高效、便捷的蔬菜生产。

但该蔬菜生产管理平台还不够完善，未实现环境的自动化调控，以达到真正无人值守的蔬菜生产模式。下一步将加强蔬菜生产环境预测预警及控制模型等的研究，进一步提高蔬菜物联网管理平台的智能化程度，更好地服务于蔬菜生产。

参 考 文 献：

[1] 路芳， 杨晓斌， 沙晓梅， 等. 农业信息化在传统农业转型中的作用[J]. 现代农业科技， 2010（22）： 51.

[2] 李灯华， 李哲敏， 许世卫. 我国农业物联网产业化现状与对策[J]. 广东农业科学， 2015（20）： 149-157.

[3] 许世卫. 我国农业物联网发展现状及对策[J]. 中国科学院院刊， 2013， 28（6）： 686-692.

[4] 尚明华， 秦磊磊， 黎香兰， 等. 温室环境信息无线监控系统设计与应用[J]. 山东农业科学， 2012， 44（10）： 19-24.

[5] 石曉燕， 徐志福， 李冬， 等. 基于物联网的设施铁皮石斛智能化生产管控初探[J]. 浙江农业科学， 2015， 56（12）： 2005-2009.

[6] 童正仙， 吕伟德， 曾洪学. 基于物联网的草莓无土栽培智能管理系统设计与实现 [J]. 浙江农业科学， 2016， 57（6）： 855-861.

[7] 袁学国， 朱军. 我国农业物联网发展现状、问题和对策[J]. 中国农村科技， 2014（6）： 60-63.

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

[9] 刘阳. 我国农业物联网发展问题浅析与对策研究[J]. 物联网技术， 2016（2）： 90-91.

[10]李奇峰， 李瑾， 马晨， 等. 我国农业物联网应用情况、存在问题及发展思路[J]. 农业经济， 2014（4）： 115-116.

[11]张琛驰. 对我国农业物联网发展的思考[J]. 现代农业科技， 2012（22）： 341.

[12]赵杰， 汪远， 张宏伟. 农业物联网发展中存在的问题与对策[J]. 上海农业科技， 2016（6）： 9-10.

[13]孙忠富， 杜克明， 尹守一. 物联网发展趋势与农业应用展望[J]. 农业网络信息， 2010（5）：5-8.