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

　　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)計方案，并分析了該系統(tǒng)的建設(shè)特點與應(yīng)用價值�；�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，讓生產(chǎn)現(xiàn)場實時在線，從而實現(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；智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；設(shè)計；開發(fā)
　　中圖分類號 S625.5 文獻標識碼 A 文章編號 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。我國最早于1965從聯(lián)邦德國引進少許的西紅花種球開始種植，在全國數(shù)地（浙江建德、天臺、江蘇海門與杭州等地）進行栽培試驗，引種試驗基本成功。1972—1984年，我國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33.1萬余只，范圍擴大到全國17個省、市，59個地區(qū)，尤其是1980年國家經(jīng)貿(mào)委將西紅花列為引進消化吸收項目，出資從日本進口西紅花種球，研究人員主要進行西紅花生物學特性的觀察和系統(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，在政府的大力支持下，杭州市西紅花種植面積逐年擴大，目前在建德、富陽、余杭的西紅花種植面積逾200 hm2，占全國西紅花總面積的60%以上，2008年其球莖和花絲產(chǎn)值超過8 000萬元，成為杭州市五大特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，也是當?shù)剞r(nóng)民的重要經(jīng)濟來源和大田種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的亮點。同時，西紅花在我國浙江其他地區(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的70%，平均產(chǎn)量7.5～15.0 kg/hm2，收購價格為25～30元/g，平均產(chǎn)值達18.75萬～45.00萬元/hm2，經(jīng)濟效益十分顯著。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)量遠不能滿足市場需求，每年都要進口大量產(chǎn)品。由于西紅花在栽培條件下不能結(jié)實，僅靠球莖無性繁殖，繁殖過程中種球退化比較嚴重[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)建實用的智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息采集與管理系統(tǒng)是一項亟需解決的任務(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]。該項目基于低功耗低成本農(nóng)業(yè)信息采集傳感器、無線傳感器網(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)，進行智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息采集與管理系統(tǒng)集成，實現(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，是國內(nèi)首家針對西紅花生產(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�，F(xiàn)將西紅花智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的功能與應(yīng)用情況進行介紹如下，以供參考。
　　1 系統(tǒng)設(shè)計
　　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)主要針對西紅花種球復壯與繁育生產(chǎn)需要開發(fā)，結(jié)合西紅花種球生產(chǎn)設(shè)施特點，利用智能傳感器實時采集棚內(nèi)空氣溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照等環(huán)境參數(shù)，經(jīng)由無線信號收發(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[3]。并根據(jù)生產(chǎn)者需求，方便對種球繁育室的遠程智能控制（圖1）。該系統(tǒng)已推廣到多家西紅花生產(chǎn)單位使用，實現(xiàn)了對西紅花種球生產(chǎn)環(huán)境進的自動控制、精準管理，并達到數(shù)據(jù)共享和對環(huán)境信息自動實時監(jiān)測（圖2）。
　　1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
　　該系統(tǒng)通過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高清視頻系統(tǒng)等組建了一個可以遠程感知的數(shù)字化西紅花智慧系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)通過3G移動網(wǎng)絡(luò)或GPRS傳輸?shù)轿骷t數(shù)據(jù)中心進行數(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個部分，即環(huán)境信息傳感采集、遠程無線傳輸、遠程控制和數(shù)據(jù)分析處理（圖4），整個系統(tǒng)架構(gòu)與軟件開發(fā)由杭州職業(yè)技術(shù)學院課題組成員協(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)場環(huán)境參數(shù)的采集與調(diào)節(jié)；并采用高清智能攝像機，實時拍攝大棚內(nèi)視頻信息。遠程無線傳輸系統(tǒng)將西紅花種球生產(chǎn)現(xiàn)場采集的環(huán)境參數(shù)和視頻信號，通過3G移動網(wǎng)絡(luò)或GPRS傳送到西紅化數(shù)字平臺中心。遠程控制系統(tǒng)通過控制設(shè)備和繼電器電路，可以自由操控生產(chǎn)現(xiàn)場的各種設(shè)備。數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)分別開發(fā)出PC平臺、手機安卓系統(tǒng)、手機蘋果APP，用戶可隨時隨地通過電腦或移動終端進行數(shù)據(jù)監(jiān)測分析與生產(chǎn)設(shè)備的遠程控制，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)，選配先進的農(nóng)業(yè)智能傳感器與采集感應(yīng)器，無需布線，可實時監(jiān)測現(xiàn)場的溫、濕度、光照及氣體濃度等信息，通過無線ZigBee技術(shù)，與網(wǎng)關(guān)及相關(guān)設(shè)備連接，當室內(nèi)溫、濕度、光照、氣體等信息超過或低于系統(tǒng)設(shè)定范圍時，可進行科學決策及自動調(diào)控，營造西紅花適宜生長的環(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個方面內(nèi)容：①感知層進行生產(chǎn)環(huán)境無線數(shù)據(jù)精確感知與采集；②通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層將采集到的數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫通過計算機分析做出智能決策，并實現(xiàn)遠程智能化控制，控制西紅花生長所需要的空氣溫度、濕度、光照、氣體濃度及土壤因子等，進而實現(xiàn)精準農(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)可在線實時、連續(xù)地采集各項常見的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)，以數(shù)字、圖形、圖像等多種方式進行記錄和顯示。二是環(huán)境智能管理。系統(tǒng)可對傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫后臺進行自動處理，通過與設(shè)定閾值及專家系統(tǒng)的科學比對，自動調(diào)節(jié)環(huán)境設(shè)施的控制設(shè)備，實現(xiàn)智能化管理。三是及時發(fā)布預警信息。系統(tǒng)可設(shè)定各監(jiān)控點的報警閥值，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時自動發(fā)出報警信號。四是設(shè)備兼容性好。采集器具有自識別功能，能方便安裝；無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備具備豐富的硬件接口，可以提供有線、無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)，即通過相應(yīng)的智能傳感器設(shè)備實時監(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，實現(xiàn)西紅化種球和平環(huán)境綜合生態(tài)信息的自動檢測，并對環(huán)境進行自動監(jiān)控[5-6]�；�于物聯(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)的自動化、智能化水平，促進數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準化管理，對提高農(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)的自動檢測、自動控制、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
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