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摘要为了更好地促进智能温室的推广应用，该研究在分析和讨论了当前河北地区设施蔬菜现状及存在的问题基础上，提出了一种基于物联网技术的智能温室云服务平台设计方案。开展环境云感知终端、现代温室智能监控系统等设施蔬菜物联网关键技术装备研究与集成示范，建设温室生产云服务平台，探索物联网与云技术在设施蔬菜中技术应用模式，提升设施蔬菜智能管控能力。
关键词物联网技术；云计算技术；设施蔬菜；智能温室；云服务平台
中图分类号S127文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-359-03
A Design Scheme of Cloud Service Platform for Intelligent Greenhouse Using Internet of Things Technology
HUANG Yuan，GUO Lipeng*，YANG Yingru et al（Shijiazhuang Acaderny of Agricultural and Forestry Sciences，Shijiazhuang，Hebei 050041）
AbstractIn order to promote the application of intelligent greenhouse，based on the analysis and discussion of the status and problems of agricultural facilities in Hebei， this paper put forward a design scheme of cloud service platform for intelligent greenhouse using Internet of things technology. Awareness in the surrounding cloud terminal， modern facilities such as intelligent monitoring system of vegetables greenhouse iot key technology and equipment research and integrated demonstration， greenhouse production of cloud service platform construction， explore the Internet of things and cloud technology application mode in the facilities vegetables， improve facilities vegetables intelligent control ability.
Key wordsInternet of things technology； Cloud computing technology； Facility agriculture； Intelligent greenhouse； Cloud service platform
設施蔬菜突破了光热资源等生态环境限制，基本实现了蔬菜生产淡季不淡、周年生产、保障供应[1]。河北省是农业大省，可耕地面积居全国第4位，设施蔬菜生产规模和总产量仅次于山东，位居全国第二，设施蔬菜生产面积达到28.7万hm2、总产1 800万t，并且以年增长率30%的速度增长[2]。
当今，互联网技术迅猛发展，物联网与云平台技术为河北省设施蔬菜的发展提供了前所未有的机遇。目前，以生态环境自动化监控为主的各类信息技术得到了大面积的应用，降低了设施蔬菜生产成本，提供了发展动力[3]。同时，也出现了不少的问题：信息采集系统处于起步和试验阶段，系统大部分是有线方式，存在距离短、布线困难、维护困难等很多弊端；研发成本较高造成应用成本高，一般农户应用困难，不适用于大面积推广；另外，设施蔬菜生产者遇到技术问题很难及时得到解答，往往通以往的生产经验进行判断[4]。因此，针对以上问题，设计一种基于物联网技术的河北地区智能温室云服务平台方案意义十分重大。
1河北地区智能温室云服务平台设计实现路线及设计结构
1.1平台设计实现路线研发温室环境云感知终端，降低研制成本，为不同的用户提供不同的访问权限，用户根据自身需要查询空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等信息；从物联网终端感控、感知数据云存储、应用资源池构建及服务定制、分析决策与智能控制等层面构建设施蔬菜云服务平台，并为农业生产提供专家指导[5]。同时，针对设施蔬菜产业链关键环节，开展设施蔬菜物联网关键技术装备研究与集成示范，建设温室生产云服务平台，探索物联网与云技术在设施蔬菜中技术应用模式，提升设施蔬菜智能管控能力。河北地区智能温室云服务平台设计实现路线见图1。
1.2设计结构
综合运用先进传感技术、网络通讯技术、信息处理与存储技术，紧密结合设施农业生产技术和专家知识，通过无线通讯基础设施将传感器支撑的采集控制系统、电控系统、气象设备、视频云台、专家服务等通过无线局域网与服务器、远程监控中心等集合成一体，实现设施生产环境精准调控，同时，通过互联网实现远程控制，显著提高劳动效率，为设施蔬菜生长提供最佳环境[6]。河北地区智能温室云服务平台设计结构见图2。
2河北地区智能温室云服务平台设计开发内容
2.1设施环境云感知终端研发研究设施蔬菜物联网专用感知器件的低功耗、低成本实现方法和技术，设计定时采集温室内空气温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤含水量等参数并存储，定期将采集的数据通过GPRS网络发送到远端服务器，服务器根据已有的栽培模型为用户生产提供数据支撑[7]。 终端采用软硬件低功耗设计，严格管理每个传感器与每次网络传输的能耗，太阳能电池板为系统提供充足的能源，实现终端设计低能耗，提高设备移动性；同时将终端置于空气防辐射罩中，提高终端的适用性。
2.2温室环境监控系统围绕温室种植的主要农作物对光照、温湿度的要求，在温室内布设光照、土壤温湿度、空气温湿度等传感设备，对温室内农作物生长环境进行实时测量和数据采集，并通过数据采集模块把不同传感器的测量数据汇总[8]，然后通过无线AP将数据信号传输至计算机电脑中，完成了对温室环境数据采集的过程。计算机电脑利用软件和数据采集控制系统对数据进行处理分析，给出相应的控制指令，再通过交换机/转换器传输给执行机构，最后由电控柜来执行具体的操作以完成各项控制功能。执行操作部分包括湿帘开合控制、遮阳网开合电机、通风电机与天窗开合电机等，可以通过计算机输出的控制信号驱动执行机构以实现控制功能[9]。
2.3开发和应用专家指导平台结合河北设施蔬菜生产中的实际情况，研究开发实用型强的系列化专家系统，开发和应用专家指导网络平台，构建农业专家指导知识数据库和专家数据库，整合农作物高产高效栽培技术和病虫害防治技术，提出系统总体设计，建立定性和定量决策支持构件以及模型算法构件、人机界面及解释构件、建立访问数据库的接口和友好的可视化人机接口构件，建立可以相互调用通讯机制[10]。组建实践经验丰富的农业专家队伍，充分利用现有的通讯手段和条件，为农业生产者、科技人员和管理人员提供专家咨询服务，实现生产问题在第一时间得到农业专家的指导和解决。
2.4温室生产云服务平台设计以服务器为基础，搭建云服务平台，实现智能综合系统所采集环境信息数据的汇总、分析与管理，将终端设备采集的空气温湿度、土壤温度、土壤含水量及气象信息进行接收与汇总，并通过数据分析向终端发送指令，使执行设备动作，对作物生长的环境进行合理的调控。同时，通过网络的形式，在权限允许的范围内，满足新增监测点接入平台的需求，保证平台能够接入新增示范点监测信息[11]。研究设施蔬菜物联网感知与控制设备接入、设施蔬菜物联网监测资源虚拟化管理、设施环境云监测调控技术，实现设施蔬菜物联网感知设备和控制设备的快速接入与远程控制展示。
2.5信息基础设施规划网络是信息化基础平台之一，为了满足信息化设备之间的互通互联，结合实际情况，分别从多个角度对网络进行规划[12]。主要有：在安装有信息化采集设备的地方铺设光缆；終端与数据中心无线传输设计，便于发送与接收端架设网桥设备，节约成本；为数据中心申请固定IP，开放端口，为实现远程外网访问做好准备[13]。
2.6技术集成应用示范在河北省冀中南地区选择生产规模大、基础条件好、辐射带动作用强的设施蔬菜生产基地推广应用多个示范点[14]。集中示范应用设施蔬菜传感器等感知、传输等技术，实现示范点生境监测站的设施蔬菜云服务平台接入服务，并为示范点提供农业专家系统、温室环境异常预警、农事活动适宜期提醒等服务[15]。
43卷31期黄 媛等一种基于物联网技术的智能温室云服务平台设计方案
3结语
由于云计算是多种技术的发展和融合演进而來，目前成熟度较高，正处于快速蓬勃发展阶段，云计算巳经成为在全球范围内最热门的研究方向。2015年中央一号文件提出，要加快农业科技创新，在生物育种、智能农业、农机装备、生态环保等领域取得重大突破[16]。在这样背景下，随着互联网、物联网、云计算、WEB2.0等技术的快速发展，物联网测控技术与云服务平台研究势必将推进设施蔬菜生产向智能化、自动化和现代化的方向快速发展，促进农业科技创新[17]。设施蔬菜物联网技术的集成应用可以降低生产成本、提高资源利用效率，给农业生产带来巨大的经济利益，从而形成设施蔬菜生产高效运转、农民增收和农业增效的良好社会效益。
参考文献
[1] 阎晓军，王维瑞，梁建平.北京市设施蔬菜物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012（4）：149-154.
[2] 崔文顺.河北省的农业信息化与物联网[G]//多学科在现代农业建设中交叉运用技术研讨会论文汇编.中国农业工程学会，2011：68-69.
[3] 高丽，张西平，程伍群，等.河北省日光温室种植面积和灌溉需水量的分析及预测[J].河北农业大学学报，2012（5）：131-135.
[4] 刘佩勋.基于3G网络的设施蔬菜智能测控系统的设计与研究[D].长春：吉林大学，2013：14-18.
[5] 余攀，邹承俊.基于物联网技术的成都地区智能温室云服务平台设计[J].农业网络信息，2014（7）：49-56.
[6] 马洪源.基于云计算的农村智能终端构建模式的研究与应用[D].长春：吉林农业大学，2014：36-37.
[7] 周婷婷，戴玉才，任龙.物联网助推山东半岛蓝色经济区低碳发展对策研究[J].海洋信息研究，2012（6）：27-30.
[8] 王雪峰.林业物联网技术导论[M].北京：中国林业出版社，2011：79-81.
[9] 李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012（1）：21-22.
[10] 杨明慧.无线传感器网络在蔬菜大棚监测中的应用研究[D].扬州：扬州大学，2010：66-69.
[11] 邢晓江，王建立，李明栋.物联网的业务及关键技术[J].中兴通讯技术，2010（2）：46-50.
[12] 胡平霞.物联网及其应用探索[J].湖南环境生物职业技术学院学报，2011（2）：22-29.
[13] 杨晓冬.农业信息化中物联网技术应用的需求评价与对策研究[D].南京：南京邮电大学，2011：55-57.
[14] 王预.物联网的发展及应用研究[J].金陵科技学院学报，2010（3）：30-32.
[15] 屈伟平.物联网掀起新的信息技术革命浪潮[J].物流技术与应用，2009（11）：77-81.
[16] 吕倩.基于云计算及物联网构建智慧校园[J].计算机科学，2011，38（10A）：18-21.
[17] 刘亚秋，景维鹏，井云凌.高可靠云计算平台及其在智慧林业中的应用[J].世界林业研究，2011，24（5）：18-23.
关键词物联网技术；云计算技术；设施蔬菜；智能温室；云服务平台
中图分类号S127文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-359-03
A Design Scheme of Cloud Service Platform for Intelligent Greenhouse Using Internet of Things Technology
HUANG Yuan，GUO Lipeng*，YANG Yingru et al（Shijiazhuang Acaderny of Agricultural and Forestry Sciences，Shijiazhuang，Hebei 050041）
AbstractIn order to promote the application of intelligent greenhouse，based on the analysis and discussion of the status and problems of agricultural facilities in Hebei， this paper put forward a design scheme of cloud service platform for intelligent greenhouse using Internet of things technology. Awareness in the surrounding cloud terminal， modern facilities such as intelligent monitoring system of vegetables greenhouse iot key technology and equipment research and integrated demonstration， greenhouse production of cloud service platform construction， explore the Internet of things and cloud technology application mode in the facilities vegetables， improve facilities vegetables intelligent control ability.
Key wordsInternet of things technology； Cloud computing technology； Facility agriculture； Intelligent greenhouse； Cloud service platform
設施蔬菜突破了光热资源等生态环境限制，基本实现了蔬菜生产淡季不淡、周年生产、保障供应[1]。河北省是农业大省，可耕地面积居全国第4位，设施蔬菜生产规模和总产量仅次于山东，位居全国第二，设施蔬菜生产面积达到28.7万hm2、总产1 800万t，并且以年增长率30%的速度增长[2]。
当今，互联网技术迅猛发展，物联网与云平台技术为河北省设施蔬菜的发展提供了前所未有的机遇。目前，以生态环境自动化监控为主的各类信息技术得到了大面积的应用，降低了设施蔬菜生产成本，提供了发展动力[3]。同时，也出现了不少的问题：信息采集系统处于起步和试验阶段，系统大部分是有线方式，存在距离短、布线困难、维护困难等很多弊端；研发成本较高造成应用成本高，一般农户应用困难，不适用于大面积推广；另外，设施蔬菜生产者遇到技术问题很难及时得到解答，往往通以往的生产经验进行判断[4]。因此，针对以上问题，设计一种基于物联网技术的河北地区智能温室云服务平台方案意义十分重大。
1河北地区智能温室云服务平台设计实现路线及设计结构
1.1平台设计实现路线研发温室环境云感知终端，降低研制成本，为不同的用户提供不同的访问权限，用户根据自身需要查询空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等信息；从物联网终端感控、感知数据云存储、应用资源池构建及服务定制、分析决策与智能控制等层面构建设施蔬菜云服务平台，并为农业生产提供专家指导[5]。同时，针对设施蔬菜产业链关键环节，开展设施蔬菜物联网关键技术装备研究与集成示范，建设温室生产云服务平台，探索物联网与云技术在设施蔬菜中技术应用模式，提升设施蔬菜智能管控能力。河北地区智能温室云服务平台设计实现路线见图1。
1.2设计结构
综合运用先进传感技术、网络通讯技术、信息处理与存储技术，紧密结合设施农业生产技术和专家知识，通过无线通讯基础设施将传感器支撑的采集控制系统、电控系统、气象设备、视频云台、专家服务等通过无线局域网与服务器、远程监控中心等集合成一体，实现设施生产环境精准调控，同时，通过互联网实现远程控制，显著提高劳动效率，为设施蔬菜生长提供最佳环境[6]。河北地区智能温室云服务平台设计结构见图2。
2河北地区智能温室云服务平台设计开发内容
2.1设施环境云感知终端研发研究设施蔬菜物联网专用感知器件的低功耗、低成本实现方法和技术，设计定时采集温室内空气温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤含水量等参数并存储，定期将采集的数据通过GPRS网络发送到远端服务器，服务器根据已有的栽培模型为用户生产提供数据支撑[7]。 终端采用软硬件低功耗设计，严格管理每个传感器与每次网络传输的能耗，太阳能电池板为系统提供充足的能源，实现终端设计低能耗，提高设备移动性；同时将终端置于空气防辐射罩中，提高终端的适用性。
2.2温室环境监控系统围绕温室种植的主要农作物对光照、温湿度的要求，在温室内布设光照、土壤温湿度、空气温湿度等传感设备，对温室内农作物生长环境进行实时测量和数据采集，并通过数据采集模块把不同传感器的测量数据汇总[8]，然后通过无线AP将数据信号传输至计算机电脑中，完成了对温室环境数据采集的过程。计算机电脑利用软件和数据采集控制系统对数据进行处理分析，给出相应的控制指令，再通过交换机/转换器传输给执行机构，最后由电控柜来执行具体的操作以完成各项控制功能。执行操作部分包括湿帘开合控制、遮阳网开合电机、通风电机与天窗开合电机等，可以通过计算机输出的控制信号驱动执行机构以实现控制功能[9]。
2.3开发和应用专家指导平台结合河北设施蔬菜生产中的实际情况，研究开发实用型强的系列化专家系统，开发和应用专家指导网络平台，构建农业专家指导知识数据库和专家数据库，整合农作物高产高效栽培技术和病虫害防治技术，提出系统总体设计，建立定性和定量决策支持构件以及模型算法构件、人机界面及解释构件、建立访问数据库的接口和友好的可视化人机接口构件，建立可以相互调用通讯机制[10]。组建实践经验丰富的农业专家队伍，充分利用现有的通讯手段和条件，为农业生产者、科技人员和管理人员提供专家咨询服务，实现生产问题在第一时间得到农业专家的指导和解决。
2.4温室生产云服务平台设计以服务器为基础，搭建云服务平台，实现智能综合系统所采集环境信息数据的汇总、分析与管理，将终端设备采集的空气温湿度、土壤温度、土壤含水量及气象信息进行接收与汇总，并通过数据分析向终端发送指令，使执行设备动作，对作物生长的环境进行合理的调控。同时，通过网络的形式，在权限允许的范围内，满足新增监测点接入平台的需求，保证平台能够接入新增示范点监测信息[11]。研究设施蔬菜物联网感知与控制设备接入、设施蔬菜物联网监测资源虚拟化管理、设施环境云监测调控技术，实现设施蔬菜物联网感知设备和控制设备的快速接入与远程控制展示。
2.5信息基础设施规划网络是信息化基础平台之一，为了满足信息化设备之间的互通互联，结合实际情况，分别从多个角度对网络进行规划[12]。主要有：在安装有信息化采集设备的地方铺设光缆；終端与数据中心无线传输设计，便于发送与接收端架设网桥设备，节约成本；为数据中心申请固定IP，开放端口，为实现远程外网访问做好准备[13]。
2.6技术集成应用示范在河北省冀中南地区选择生产规模大、基础条件好、辐射带动作用强的设施蔬菜生产基地推广应用多个示范点[14]。集中示范应用设施蔬菜传感器等感知、传输等技术，实现示范点生境监测站的设施蔬菜云服务平台接入服务，并为示范点提供农业专家系统、温室环境异常预警、农事活动适宜期提醒等服务[15]。
43卷31期黄 媛等一种基于物联网技术的智能温室云服务平台设计方案
3结语
由于云计算是多种技术的发展和融合演进而來，目前成熟度较高，正处于快速蓬勃发展阶段，云计算巳经成为在全球范围内最热门的研究方向。2015年中央一号文件提出，要加快农业科技创新，在生物育种、智能农业、农机装备、生态环保等领域取得重大突破[16]。在这样背景下，随着互联网、物联网、云计算、WEB2.0等技术的快速发展，物联网测控技术与云服务平台研究势必将推进设施蔬菜生产向智能化、自动化和现代化的方向快速发展，促进农业科技创新[17]。设施蔬菜物联网技术的集成应用可以降低生产成本、提高资源利用效率，给农业生产带来巨大的经济利益，从而形成设施蔬菜生产高效运转、农民增收和农业增效的良好社会效益。
参考文献
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