王 睿，劉紅軍，廖榮洋

(宿州學院商學院，安徽 宿州234000)

一、需求分析

當前全球經(jīng)濟處于高速發(fā)展階段，解決人口、資源、環(huán)境、糧食和能源等問題成為關注焦點，利用科技實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化是推進新農(nóng)業(yè)革命、打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構單一現(xiàn)狀，實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)跨越的必然選擇。農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，也是關系百姓生計的民生產(chǎn)業(yè)，我國是十幾億人口的大國，吃飯和建設始終是做好經(jīng)濟工作的重要準則。近十年來，我國糧食消費大增，今后工業(yè)化城市化快速發(fā)展時期，農(nóng)產(chǎn)品需求將持續(xù)擴大，保障農(nóng)產(chǎn)品供給面臨巨大挑戰(zhàn)。工業(yè)化城市化建設中，若農(nóng)業(yè)發(fā)展跟不上，人們?nèi)粘Ｉ钍苡绊?，社會就難以安定，現(xiàn)代化建設就會受到影響。

農(nóng)業(yè)是關系農(nóng)民生計的最大產(chǎn)業(yè)，通過建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，發(fā)展農(nóng)業(yè)集約經(jīng)營，開發(fā)農(nóng)業(yè)多種功能，延伸農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條，可為農(nóng)業(yè)增收提供廣闊空間。在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)階段中，農(nóng)民老齡化問題嚴重，大量勞動力外出務工，農(nóng)村空心化現(xiàn)象突出，分散的土地農(nóng)作產(chǎn)出低，規(guī)?；r(nóng)業(yè)經(jīng)營與土地出租承包日漸成為必然趨勢。我國農(nóng)業(yè)面臨的國際競爭日趨激烈，因而發(fā)展覆蓋全程的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營服務，將干不了、干不好、干起來不合算的環(huán)節(jié)交給其他服務組織去干，通過社會化、專業(yè)化服務解決農(nóng)戶生產(chǎn)經(jīng)營的專業(yè)化、標準化、規(guī)模化、集約化迫在眉睫。

第三次信息技術革命的興起，使得物聯(lián)網(wǎng)成為高科技領域國際競爭的熱點，網(wǎng)絡信息技術的提升為科技研發(fā)和經(jīng)濟發(fā)展帶來了良好的機遇。為了改變勞動成本高、時間和空間受約束、資源利用率有限等現(xiàn)狀，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在通過生物技術等先進的生產(chǎn)模式不斷創(chuàng)新和改變，互聯(lián)網(wǎng)以無窮的信息技術和智能技術，開啟了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)代休閑農(nóng)業(yè)的新時代?？萍忌a(chǎn)的支撐作用日益加強，農(nóng)物設備的水平一直在穩(wěn)步提高，新管理系統(tǒng)也正日益改善。

2019年，中央1號文件指出，要加快突破農(nóng)業(yè)關鍵核心技術，培育一批農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略科技創(chuàng)新力量，其中就包括物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)。中國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)手工農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代休閑農(nóng)業(yè)邁進的轉(zhuǎn)型之期，物聯(lián)網(wǎng)智能支農(nóng)將在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域發(fā)揮獨特而重要的作用。充分利用智能信息管理技術發(fā)展現(xiàn)代休閑農(nóng)業(yè)也已經(jīng)成為發(fā)達國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的熱點之一。5G時代的到來還提供了一個新的發(fā)展機遇和動力，即“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”到“物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)”的轉(zhuǎn)變。

而結合了5G、物聯(lián)網(wǎng)、VR技術，并借助“大帶寬、低時延、廣連接”的優(yōu)勢，通過虛擬現(xiàn)實技術和物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字領域操控真實世界中的物體，就能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地遠程操作的效果。通過建立氣象監(jiān)測和預警系統(tǒng)，可以進行精細管理和調(diào)控作物，務農(nóng)人員甚至綠化工人可以及時、快速獲取場地氣象數(shù)據(jù)和土壤信息字段等。

高新技術在農(nóng)業(yè)領域的應用改善了傳統(tǒng)手工勞作農(nóng)業(yè)的弱點，比如變異大、穩(wěn)定性差和可控制程度低等，真正把“土地可以種植在手機上”變成可能，實現(xiàn)了“經(jīng)營管理是制勝千里的必由之路”的管理調(diào)控理念。

需求主體主要包括政府部門、新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體、農(nóng)業(yè)示范園區(qū)等。具體需求分析如下：

1.政府部門，各級地方政府涉農(nóng)部門，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術、產(chǎn)品、服務的重要購買者。受思想意識、技術應用等因素限制，普通經(jīng)營者對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用需求并不迫切，主要還是依靠國家政府部門主導推動農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用。且本項目可有效地為城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綠化做貢獻，政府將會成為我們發(fā)展的一大需求主體。

2.新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，主要包括專業(yè)大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社、龍頭企業(yè)和農(nóng)業(yè)社會化服務組織，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)真正的市場化需求主體，當產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段后，該主體的需求將影響農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展走勢。新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體具有的先進的技術、充足的資金和現(xiàn)代化經(jīng)營管理理念，是其區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的主要特征。

3.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)作為最新的農(nóng)業(yè)技術應用與推廣載體，是現(xiàn)代信息技術在農(nóng)業(yè)中率先開展應用示范的重要基地。園區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營專業(yè)化、標準化、規(guī)?；潭雀?，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的典型和樣板。

二、項目介紹

本項目是一個基于5G通信網(wǎng)絡應用的科技支農(nóng)的智能支農(nóng)平臺，應用物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術與虛擬現(xiàn)實(VR)技術，利用大量的傳感器節(jié)點組成監(jiān)控網(wǎng)絡，通過各種傳感器采集信息，并將信息反饋給農(nóng)業(yè)經(jīng)營者，農(nóng)業(yè)經(jīng)營者通過VR設備和傳感器采集的信息，及時觀察和掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的基本情況，準確地確定發(fā)生問題的位置，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的農(nóng)作物進行全流程的管理控制和生產(chǎn)操作。

操作平臺是利用傳感器節(jié)點組成監(jiān)控網(wǎng)絡，從外部環(huán)境獲取數(shù)據(jù)到移動終端反饋數(shù)據(jù)，并利用VR技術傳遞虛擬現(xiàn)實圖像，在第三方平臺進行線上三維立體遠程監(jiān)管與實時操控，實現(xiàn)無人作業(yè)，節(jié)省人力資源與成本。

利用溫度傳感器、濕度傳感器、VR攝像機、VR圖像輸出平臺、語音處理機等設備與平臺客戶端連接，采集的數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡傳至平臺客戶端，管理者通過客戶端實時掌握農(nóng)場數(shù)據(jù)進行操作。平臺客戶端包括手機App和5VW平臺操作系統(tǒng)2類?？蛻舳酥饕δ苣K包括設備控制、VR實時查看、農(nóng)場數(shù)據(jù)等。農(nóng)場管理者通過客戶端獲取農(nóng)場土地的詳盡信息，比如土壤養(yǎng)分、肥料、硬度以及作物草蟲等，再通過設備控制界面與VR實時查看進行農(nóng)場濕度控制、除蟲、大棚溫度控制等遠程監(jiān)管與實時操控。

三、系統(tǒng)平臺建設

(一)系統(tǒng)設計原則

1.先進性原則：采用先進的設計思想，選用先進的硬件和軟件，保證今后項目的整體技術領先。

2.開放性原則：方案的設計和選擇符合國際和行業(yè)標準，使項目具有較高的開放性和對所供設備的技術兼容性。

3.可擴展性原則：在充分考慮現(xiàn)狀的同時，項目設計必須考慮未來較長時間內(nèi)業(yè)務發(fā)展的需要，具有全面升級和擴展的可能性。

4.可靠性原則：項目設計必須貫徹可靠性原則，使系統(tǒng)具有高可用性。

5.經(jīng)濟適用性原則：指在必要的可擴展性原則下，使用具有適當功能的軟硬件產(chǎn)品。

(二)科技支農(nóng)智能平臺功能需求分析

1.前臺功能需求分析

(1)注冊/登錄/退出：一是滿足新用戶的注冊，在用戶注冊的同時，系統(tǒng)可以收集用戶資料，為后期在后臺管理提供便利；二是平臺用戶的登錄或退出登錄，以及可以為丟失密碼的用戶找到原來的密碼。

(2)首頁：是用戶使用該軟件經(jīng)常看到的界面，在首頁添加核心功能模塊，有利于消費操作，提升用戶體驗，設計應以簡約、方便為主。

(3)設備控制模塊：是用戶用來控制農(nóng)場設備的接口，通過進入設備管理與控制界面，完成對農(nóng)場設備的控制，控制模塊包括添加、啟動、調(diào)整參數(shù)、關閉等功能組。

(4)VR實時查看模塊：基于5G寬帶，通過VR相機對農(nóng)場進行實時拍攝，將視頻通過服務器傳輸至用戶手機。用戶通過VR視頻+VR眼鏡，實時查看農(nóng)場的情況，足不出戶就可以作出最佳的控制設備請求。

2.后臺功能需求分析

(1)用戶管理：用戶管理主要是對網(wǎng)站管理員而言，網(wǎng)站管理員有對已經(jīng)在網(wǎng)站注冊的會員進行管理的權限，其主要權限包括：新注冊用戶信息的審核、已經(jīng)注冊的用戶信息的管理與維護。

(2)設備管理：支持設備添加、功能定義、數(shù)據(jù)解析、在線調(diào)試、遠程配置、固件升級、遠程維護、實時監(jiān)控、分組管理、設備刪除等功能。

(3)信息管理：提供設備上下線變更通知服務，方便實時獲取設備狀態(tài)。提供數(shù)據(jù)存儲能力，方便用戶海量設備數(shù)據(jù)的存儲及實時訪問。支持OTA升級，賦能設備遠程升級。提供設備影子緩存機制，將設備與應用解耦，解決不穩(wěn)定5G網(wǎng)絡下的通信不可靠痛點。

四、平臺架構設計

智能平臺的設計核心主要包括三個主要方面：5G核心網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點、VR成像，在三方面技術的結合下完成平臺的功能實現(xiàn)，主要架構分為四層：感知層、鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖1所示。

圖1 平臺架構圖

該模型主要分為四層：感知層、鏈路層、網(wǎng)絡層和應用層。

1.感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關構成，包括噴灌設備、風機設備、燈光設備、光照傳感器、溫度傳感器、CO2傳感器等感知終端。

2.鏈路層主要負責物聯(lián)網(wǎng)鏈路數(shù)據(jù)傳輸，VR成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸任務，包括圖像數(shù)據(jù)的編碼解碼、傳輸?shù)取?/p>

圍繞提高城鄉(xiāng)供水保障能力，現(xiàn)代水網(wǎng)體系框架基本建成。構建現(xiàn)代水網(wǎng)工程體系步伐加快，南水北調(diào)山東段干線工程試通水成功，膠東調(diào)水主體工程具備試通水條件，基本形成輻射全省的“T”形水網(wǎng)骨干框架。推進雨洪資源利用，組織編制了雨洪資源利用規(guī)劃綱要并啟動實施一期工程。

3.網(wǎng)絡層以5G核心網(wǎng)為主，由各種私有網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成。

4.應用層是智能平臺和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口，它與業(yè)務需求結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、VR的智能應用。

五、控制平臺的實現(xiàn)

(一)控制平臺的開發(fā)環(huán)境與相關技術

操作系統(tǒng)：CentOS 7.3。

Web服務器：WordPeress。

數(shù)據(jù)庫：MySQL+Navicat。

開發(fā)工具以及相關技術：Android Studio、Eclipse、IoT Studio。

1.CentOS 7.3

CentOS是一個基于Red Hat Linux提供的可自由使用源代碼的企業(yè)級Linux發(fā)行版本，同時CentOS完全免費，不存在RED HAT AS4需要序列號的問題。

WordPress是最流行的、最強大的博客和內(nèi)容管理網(wǎng)站的工具平臺，借助第三方開發(fā)的模板、插件，用戶可實現(xiàn)多樣化的個性化功能。該鏡像基于CentOS 7.3 64位操作系統(tǒng)。

3.MySQL+Navicat

MySQL性能卓越、服務穩(wěn)定，加上界面優(yōu)美的Navicat，使數(shù)據(jù)庫管理更加方便。

4.ASP開發(fā)工具以及相關技術

使用Android Studio工具對安卓源碼進行編譯，便于對軟件的維護與更新，利用IoT Studio(基于阿里云的物聯(lián)網(wǎng)控制平臺)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)對設備的控制。

(二)部分功能實現(xiàn)

1.為設備定義物模型

物模型是對設備在云端的功能描述，包括設備的屬性、服務和事件。物聯(lián)網(wǎng)平臺通過定義一種物的描述語言來描述物模型，稱之為TSL(即thing specification language)。采用JSON格式。

2.建立設備與平臺的連接

阿里云IoT Studio平臺提供設備端SDK，設備使用SDK與平臺建立通信。在這一步里，我們使用平臺提供的樣例程序linkkit-example-solo模擬設備進行開發(fā)，實現(xiàn)設備與物聯(lián)網(wǎng)平臺的通信。

登錄Linux虛擬機。

獲取Link Kit SDK。

使用unzip命令解壓壓縮包。

設備身份信息將通過HAL調(diào)用返回給SDK。因此，需要將wrappers/os/ubuntu/HAL_OS_linux.c中的設備證書信息修改為創(chuàng)建產(chǎn)品與設備步驟中創(chuàng)建的設備證書，并完成保存。

填入ProductKey、DeviceName和DeviceSecret。設備使用該證書進行身份認證并連接物聯(lián)網(wǎng)平臺。

3.服務端訂閱設備消息

設備連接物聯(lián)網(wǎng)平臺后，數(shù)據(jù)直接上報至物聯(lián)網(wǎng)平臺。平臺上的數(shù)據(jù)可以通過AMQP通道流轉(zhuǎn)至用戶的服務器。這一步中，平臺將配置AMQP服務端訂閱功能。服務器可以通過接入AMQP SDK，接收設備數(shù)據(jù)。

六、創(chuàng)新性分析

農(nóng)業(yè)是傳統(tǒng)行業(yè)，競爭壓力較大，但VR視野下的智能農(nóng)業(yè)線上監(jiān)管模式的現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)目前還沒有在全國范圍內(nèi)完全開始實行，競爭壓力并不是很大。在5G大數(shù)據(jù)時代下利用物聯(lián)網(wǎng)技術借助互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展現(xiàn)代化休閑農(nóng)業(yè)必然是一次新的嘗試，該項目針對當前人們生活方面的某些不足以及站在考慮人力資源與成本的角度，對物聯(lián)網(wǎng)技術與VR技術進行廣泛運用，通過在一、二、三產(chǎn)業(yè)相互融合中拓寬自己的服務領域，提升自己在未來市場上的競爭力。通過大數(shù)據(jù)的分析對比合理管控農(nóng)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，來達到整體優(yōu)化的目標，推出智能農(nóng)業(yè)線上操作即智能化農(nóng)業(yè)設備+互聯(lián)網(wǎng)+休閑生態(tài)農(nóng)業(yè)服務，以此管控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)整體最優(yōu)目標。

在技術方面我們項目的優(yōu)點在于加入了物聯(lián)網(wǎng)技術和VR技術，既是將新技術融入農(nóng)業(yè)的創(chuàng)舉，也是想盡早進入行業(yè)積累豐富的行業(yè)經(jīng)驗和良好的市場基礎，以確立該領域的領先優(yōu)勢。以物聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)為載體，通過信息的傳送、加工、處理和共享，建立農(nóng)業(yè)信息的動態(tài)管理體系，再通過VR技術利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身臨其境，可以即時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。

七、結束語

綜上所述，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化建設將是當今農(nóng)業(yè)及社會發(fā)展的重要方向，實現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)線上操作即智能化農(nóng)業(yè)設備+互聯(lián)網(wǎng)+休閑生態(tài)農(nóng)業(yè)服務，能夠有效幫助務農(nóng)工作者對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的農(nóng)作物進行全流程的監(jiān)管與生產(chǎn)，并在智能平臺上開展經(jīng)濟活動增加收益。

為了實現(xiàn)這一目標，我們將在鞏固小型農(nóng)場試點的基礎上，對平臺進行推廣并加強設備維護。未來利用5G通信網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)技術和VR技術，對平臺進行優(yōu)化升級并且發(fā)展其他相關技術行業(yè)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的生產(chǎn)更加個性化、專業(yè)化與人性化，為我國的智能農(nóng)業(yè)未來發(fā)展做出貢獻。