智能手機在智慧農業中的應用研究

郭小粉　李磊　李敏　蘇闖

摘要：智慧農業是社會信息化發展的一部分，智能手機為智慧農業的發展開辟了一條更快捷的道路。該文主要介紹了智慧農業概念及相關技術，以河南農業高新科技園智能溫室控制系統為例，從終端節點數據采集、網絡構建、到數據分析、實施智能手機端軟件控制的整個工作流程進行了系統研究。隨著智慧農業的逐步發展，智能手機必將成為不可或缺的有利助手。

關鍵詞：智能手機；Andriod；智慧農業；新型職業農民

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）12-0024-03

Application of Smart Phones in the Wisdom of Agriculture

GUO Xiao-fen， LI Lei， LI Min， SU Chuang

（College of Electronic and Engineering，Henan Vocational College of Agriculture，Zhongmou 451450， China）

Abstract：Wisdom Agriculture is part of the development of information society， the development of smart phones wisdom of agriculture opened up a more efficient way. This paper introduces the concept of wisdom agriculture and related technologies， Henan Agricultural Hi-tech Park， intelligent greenhouse control system， for example， from data collection terminal nodes， network construction， data analysis， implementation of smart phone client software to control the entire workflow system the study. With the gradual development of the wisdom of agriculture， smart phones will become an indispensable assistant favorable.

Key words： smart phones； Andriod； wisdom agriculture； new professional farmers

隨著知識經濟的快速發展，現代信息技術也逐漸改變了農業領域的運作模式，它使農業增長方式從傳統的依賴自然資源向主要依賴信息資源和知識資源轉變，使我國從傳統農業逐步向智慧農業轉變。國家政府對農業信息化也提出了更高的要求。2011 年，我國政府提出了《全國農業農村信息化發展“十二五”規劃》[1]。要求我們在現代農業生產中積極應用3s等現代信息技術，改進現代農業生產硬件裝備技術，使其向數字化、智能化方向發展，逐步實現農業智能化。

1 智慧農業概述

1.1智慧農業的范圍

智慧農業是社會信息化發展的一部分，它是農業經濟發展到特定階段的社會經濟形態。智慧農業的實現主要體現在三個方面：農業科技信息的智能化、農業生產經營的智能化和農業生活智能化。通常我們將農業專家智能系統、農業生產物聯控制系統和有機產品安全溯源系統三大系統統稱為智慧農業系統，其實廣義的智慧農業泛指利用網絡平臺技術、運用云計算等方法，實現農業信息數字化、農業生產自動化、農業管理智能化[2]。

1.2 智能手機在農業生產中的用戶群

在信息“速食化”時代智能手機已經成為我們獲取知識的主要途徑。智能手機具有隨身攜帶方便、功能強大、通信信號強、費用低等特點，在整個農業生產經營鏈條中，無論一線農民、農產品經營商、服務商、批發商等都是智能手機的主要用戶群，并且數量也在逐年增加，隨著人們思想的逐漸轉變，越來越多的大學生和年輕人開始投入到農業生產中，他們將成為新一代的職業農民，也將成為發展智慧農業的主要生力軍。

2 智慧農業關鍵技術

2.1 4G網絡

2013年12月，三大運營商接受了工業和信息化部正式發放4G牌照，宣告我國通信行業進入開啟了通向4G新時代的大門。我國提出的TD-LTE成為了國際4G網絡LTE-Advanced標準分支的一部分，這將意味著我國的4G網絡和國際接軌，發展速度也會更加迅速。目前，各大電信運營商正在全力建設覆蓋我省主要城鎮的通信網絡，力求盡快滿足用戶對于4G無線通信服務的要求。4G相比3G網絡具有明顯優勢[3]，如表1所示。

2.2 云計算[4]

云計算最初由Google提出，隨后很多公司在云計算服務和技術平臺方面取得了成功，如Google的GFS、MapReduce、Bigtable、Chubby；微軟的Azure、SQL、“.Net”和Live服務等。開源的云計算平臺也很多，如HDFS、HBase和Eucalyptus，VMware的虛擬化平臺等。云計算主要是基于資源虛擬和分布式并行架構兩大核心技術。云計算可以總結為以下三個層面的服務：基礎設施即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）[5]。

2.3 3S技術

3S 技術是GPS、GIS、RS總稱，即：全球定位系統、 地理信息系統 和遙感三種技術。它是多種先進技術的結合和綜合應用的結果，重點用到了如下技術：測繪技術、攝像測量和遙感技術、圖像圖像處理技術、計算機技術、定位技術及數據通信等[6]。3S技術已經廣泛應用于農業領域，如作物估產、動植物長勢監測、氣象和病蟲害預報、精細施肥以及農業綜合發展的動態仿真模型等精準農業領域都有成熟的產品應用。國家在“八五”期間建成的“重點產糧區主要農作物遙感估產集成系統”，應用多種遙感信息源，采用RS與GIS信息復合技術，進行計算機模式自動識別和分類，自動提取作物種植面積，動態監測作物長勢，并進行產量估算，實現了信息獲取、處理一體化。

2.4 Andriod系統

智能手機的操作系統有很多種，目前在農業中應用最多的還是Andriod系統。它是一種以linux為基礎的開放源代碼操作系統[7]，該平臺由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。所有android應用都運行在一個核心引擎上面，這個核心引擎其實就是一個虛擬機，它提供了一系列用于應用和硬件資源進行通訊的API，它們之間是完全平等的，沒有界限，可以和其他結合起來產生跟豐富的應用。Android的系統架構和其操作系統一樣，采用了分層的架構。主要分為四個層，從高層到低層依次是應用程序層、應用程序框架層、系統運行庫層和Linux內核層[8]。

3 智能手機在農業高新科技園智能溫室控制系統中的具體應用

河南省農業高新科技園是河南農業職業學院的教學實習基地。它是集農業旅游、教學實習、農業科研、有機食蔬等功能為一體的農業高科技企業[9]。該研究是針對其中引進西班牙的自動智能溫室大棚技術的改進項目。

3.1 智能溫室控制系統整體結構設計[10]

在溫室大棚內部設置大量終端測控節點，采集溫度、光照等環境信息。并通過ZigBee無線傳感器網絡監測作物生長環境，完成數據的采集，將數據傳送到Andriod監控中心，中心將數據與農作物最佳生長環境值比對，并將比對結果轉換成命令通過無線通信技術傳送回控制節點，執行相應命令（加熱、補水、補光等）?？傮w框架如圖2所示。

3.2系統網絡組建過程

系統網絡的設計是在硬件監測的基礎上實現相應的軟件開發。該系統主要由四個部分組成。終端節點、路由器節點、協調器節點和Andriod監控中心。終端節點和傳感器連接，主要采集相關數據；終端節點和協調器節點又靠路由器節點進行連接，既具有路由功能，也具有終端節點功能。協調器節點負責完成新網絡組建工作，實現系統的網絡通信。Zigbee網絡的組建都是通過API函數來進行操作的。

本設計采用的是樹型拓撲結構[11]，其實無論是星型網絡、樹型網絡還是網狀網絡，他們的構建過程基本都是相同的。協調器建立網格的過程也是通過一系列函數來完成的，利用主函數main（），首先調用系統初始化函數osalinit_system（），再調用ZDInitDevice（）初始化設備網絡，并確定設備類型，利用ZD_StartDevice（）函數控制相應設備開始工作，最后通過NLMEE_Network_request（）完成協調器組網。路由器節點和終端節點加入網絡的過程同上，僅僅在調用ZD_StartDevice（）函數時，由于向系統添加執行任務時需要等待，會有一定的延時，最后都通過NLMEE_Network_request（）函數完成網格的組建。

3.3 Andriod監控中心的設計

總體部分分為兩大部分，一部分是數據庫的開發，另外是軟件界面和基本控制功能的開發。監控中心的軟件結構設計如圖3所示。

用戶管理：這是用戶訪問軟件的首界面，對用戶身份進行鑒定，只有信息正確的用戶才可以登錄。

比對設置：包括兩大部分，用戶可以針對不同的作物設置標準環境值；還可以從數據庫讀取出當前的環境值。這樣農戶對作物所需改變的環境因素就會一目了然。

設備控制：主要針對五種設備進行控制。通風口、卷簾、水閥、補光燈、加熱設備。通過打開和關閉按鈕可以很方便的實現遠程操控。使環境條件實現實時調節。

數據庫管理：包括實時數據、數據存儲、數據查詢三個功能。用戶可以根據需要鏈接到專家庫，找到農作物適合的環境參數范圍，還可以從專家庫中搜集各類作物易患病的對應癥狀、特征、氣候發病條件、蟲害規律進行控制防治。

4 智能手機在智慧農業應用中遇到的問題及解決辦法

4.1 新型職業農民移動培訓平臺缺乏

河南是農業大省，但新型職業農民總體技能不高，高技能農民不僅數量上缺口大，而且結構跟不上產業結構調整的步伐，全省新型職業農民中，農學、畜牧類產業人員相對較多，但新興的觀賞花木類技術人員數量較少。其中新型職業農民中也不乏大學生創業者和“陽光工程”的骨干帶頭人，但他們很多都處理中級層面，鄉下資源相對較少，農民的信息化技術知識更新和培訓力度不夠。將高校、企業專家教育資源的有效共享，建立一套適合農民公平開放的互動交流學習平臺，使農民可以不受培訓時間和地點的局限，充分發揮自身的主動性，既提高了學習效率，又滿足了信息時代新型農民對個性化、終身化學習方式的要求。

4.2智慧農業項目總體發展滯后

農業規?；a是智慧農業發展的前提。我省雖然已經形成了一批有特色的產業基地，如：山藥種植基地、大蒜種植基地等，但生產方式仍然以小規模農戶分散經營為主，不能實現規?；N植，這給智慧農業的發展造成了很大的困難。建立完整的農業物聯網體系，保證農民從播種、包裝到市場流通都在統一的標準下運作，貼上統一標簽，這樣既可以根據需要指導農民種植，還從根本上解決了農產品的質量問題。

4.3基礎設施配套跟不上

智慧農業在硬件方面投入成本高、但預期效益較慢，規模要求大、技術設備提供商售后體系不成熟，這些不利條件都使智慧農業的發展陷入的被動的僵局。加強農村信息化基礎設施建設，加快光纖入戶工程，擴大綜合服務站等各種終端的覆蓋面，通過廣電網、電信網、衛星網等多種網絡建立通暢的信息傳輸路線，保證新型職業農民能夠即時獲取發布農業資源。

5 結束語

智能手機在智慧農業中有著明顯的應用優勢，它不僅保證了信息的實時性，而且避免了大量數據的重復記載，同時智能手機本身在硬件配置方面也具有很多優勢，如照相、GPS 信息獲取、語音等功能，使信息獲取更加便利，隨著智慧農業的逐步發展，智能手機必將成為不可或缺的有利助手。

參考文獻：

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