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基于物聯(lián)網(wǎng)的名貴藥材西紅花種質(zhì)資源庫(kù)建立與智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)

發(fā)布時(shí)間:2019-08-28 來(lái)源: 日記大全 點(diǎn)擊:


  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。基于物聯(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,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);開發(fā)
  中圖分類號(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始種植,在全國(guó)數(shù)地(浙江建德、天臺(tái)、江蘇海門與杭州等地)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)分別開發(fā)出PC平臺(tái)、手機(jī)安卓系統(tǒng)、手機(jī)蘋果APP,用戶可隨時(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,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)可在線實(shí)時(shí)、連續(xù)地采集各項(xiàng)常見的生產(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)線網(wǎng)關(guān)設(shè)備具備豐富的硬件接口,可以提供有線、無(wú)線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]。
  4 參考文獻(xiàn)
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