智能手机在智慧农业中的应用研究

郭小粉　李磊　李敏　苏闯

摘要：智慧农业是社会信息化发展的一部分，智能手机为智慧农业的发展开辟了一条更快捷的道路。该文主要介绍了智慧农业概念及相关技术，以河南农业高新科技园智能温室控制系统为例，从终端节点数据采集、网络构建、到数据分析、实施智能手机端软件控制的整个工作流程进行了系统研究。随着智慧农业的逐步发展，智能手机必将成为不可或缺的有利助手。

关键词：智能手机；Andriod；智慧农业；新型职业农民

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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

随着知识经济的快速发展，现代信息技术也逐渐改变了农业领域的运作模式，它使农业增长方式从传统的依赖自然资源向主要依赖信息资源和知识资源转变，使我国从传统农业逐步向智慧农业转变。国家政府对农业信息化也提出了更高的要求。2011 年，我国政府提出了《全国农业农村信息化发展“十二五”规划》[1]。要求我们在现代农业生产中积极应用3s等现代信息技术，改进现代农业生产硬件装备技术，使其向数字化、智能化方向发展，逐步实现农业智能化。

1 智慧农业概述

1.1智慧农业的范围

智慧农业是社会信息化发展的一部分，它是农业经济发展到特定阶段的社会经济形态。智慧农业的实现主要体现在三个方面：农业科技信息的智能化、农业生产经营的智能化和农业生活智能化。通常我们将农业专家智能系统、农业生产物联控制系统和有机产品安全溯源系统三大系统统称为智慧农业系统，其实广义的智慧农业泛指利用网络平台技术、运用云计算等方法，实现农业信息数字化、农业生产自动化、农业管理智能化[2]。

1.2 智能手机在农业生产中的用户群

在信息“速食化”时代智能手机已经成为我们获取知识的主要途径。智能手机具有随身携带方便、功能强大、通信信号强、费用低等特点，在整个农业生产经营链条中，无论一线农民、农产品经营商、服务商、批发商等都是智能手机的主要用户群，并且数量也在逐年增加，随着人们思想的逐渐转变，越来越多的大学生和年轻人开始投入到农业生产中，他们将成为新一代的职业农民，也将成为发展智慧农业的主要生力军。

2 智慧农业关键技术

2.1 4G网络

2013年12月，三大运营商接受了工业和信息化部正式发放4G牌照，宣告我国通信行业进入开启了通向4G新时代的大门。我国提出的TD-LTE成为了国际4G网络LTE-Advanced标准分支的一部分，这将意味着我国的4G网络和国际接轨，发展速度也会更加迅速。目前，各大电信运营商正在全力建设覆盖我省主要城镇的通信网络，力求尽快满足用户对于4G无线通信服务的要求。4G相比3G网络具有明显优势[3]，如表1所示。

2.2 云计算[4]

云计算最初由Google提出，随后很多公司在云计算服务和技术平台方面取得了成功，如Google的GFS、MapReduce、Bigtable、Chubby；微软的Azure、SQL、“.Net”和Live服务等。开源的云计算平台也很多，如HDFS、HBase和Eucalyptus，VMware的虚拟化平台等。云计算主要是基于资源虚拟和分布式并行架构两大核心技术。云计算可以总结为以下三个层面的服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）[5]。

2.3 3S技术

3S 技术是GPS、GIS、RS总称，即：全球定位系统、 地理信息系统 和遥感三种技术。它是多种先进技术的结合和综合应用的结果，重点用到了如下技术：测绘技术、摄像测量和遥感技术、图像图像处理技术、计算机技术、定位技术及数据通信等[6]。3S技术已经广泛应用于农业领域，如作物估产、动植物长势监测、气象和病虫害预报、精细施肥以及农业综合发展的动态仿真模型等精准农业领域都有成熟的产品应用。国家在“八五”期间建成的“重点产粮区主要农作物遥感估产集成系统”，应用多种遥感信息源，采用RS与GIS信息复合技术，进行计算机模式自动识别和分类，自动提取作物种植面积，动态监测作物长势，并进行产量估算，实现了信息获取、处理一体化。

2.4 Andriod系统

智能手机的操作系统有很多种，目前在农业中应用最多的还是Andriod系统。它是一种以linux为基础的开放源代码操作系统[7]，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。所有android应用都运行在一个核心引擎上面，这个核心引擎其实就是一个虚拟机，它提供了一系列用于应用和硬件资源进行通讯的API，它们之间是完全平等的，没有界限，可以和其他结合起来产生跟丰富的应用。Android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。主要分为四个层，从高层到低层依次是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层[8]。

3 智能手机在农业高新科技园智能温室控制系统中的具体应用

河南省农业高新科技园是河南农业职业学院的教学实习基地。它是集农业旅游、教学实习、农业科研、有机食蔬等功能为一体的农业高科技企业[9]。该研究是针对其中引进西班牙的自动智能温室大棚技术的改进项目。

3.1 智能温室控制系统整体结构设计[10]

在温室大棚内部设置大量终端测控节点，采集温度、光照等环境信息。并通过ZigBee无线传感器网络监测作物生长环境，完成数据的采集，将数据传送到Andriod监控中心，中心将数据与农作物最佳生长环境值比对，并将比对结果转换成命令通过无线通信技术传送回控制节点，执行相应命令（加热、补水、补光等）。总体框架如图2所示。

3.2系统网络组建过程

系统网络的设计是在硬件监测的基础上实现相应的软件开发。该系统主要由四个部分组成。终端节点、路由器节点、协调器节点和Andriod监控中心。终端节点和传感器连接，主要采集相关数据；终端节点和协调器节点又靠路由器节点进行连接，既具有路由功能，也具有终端节点功能。协调器节点负责完成新网络组建工作，实现系统的网络通信。Zigbee网络的组建都是通过API函数来进行操作的。

本设计采用的是树型拓扑结构[11]，其实无论是星型网络、树型网络还是网状网络，他们的构建过程基本都是相同的。协调器建立网格的过程也是通过一系列函数来完成的，利用主函数main（），首先调用系统初始化函数osalinit_system（），再调用ZDInitDevice（）初始化设备网络，并确定设备类型，利用ZD_StartDevice（）函数控制相应设备开始工作，最后通过NLMEE_Network_request（）完成协调器组网。路由器节点和终端节点加入网络的过程同上，仅仅在调用ZD_StartDevice（）函数时，由于向系统添加执行任务时需要等待，会有一定的延时，最后都通过NLMEE_Network_request（）函数完成网格的组建。

3.3 Andriod监控中心的设计

总体部分分为两大部分，一部分是数据库的开发，另外是软件界面和基本控制功能的开发。监控中心的软件结构设计如图3所示。

用户管理：这是用户访问软件的首界面，对用户身份进行鉴定，只有信息正确的用户才可以登录。

比对设置：包括两大部分，用户可以针对不同的作物设置标准环境值；还可以从数据库读取出当前的环境值。这样农户对作物所需改变的环境因素就会一目了然。

设备控制：主要针对五种设备进行控制。通风口、卷帘、水阀、补光灯、加热设备。通过打开和关闭按钮可以很方便的实现远程操控。使环境条件实现实时调节。

数据库管理：包括实时数据、数据存储、数据查询三个功能。用户可以根据需要链接到专家库，找到农作物适合的环境参数范围，还可以从专家库中搜集各类作物易患病的对应症状、特征、气候发病条件、虫害规律进行控制防治。

4 智能手机在智慧农业应用中遇到的问题及解决办法

4.1 新型职业农民移动培训平台缺乏

河南是农业大省，但新型职业农民总体技能不高，高技能农民不仅数量上缺口大，而且结构跟不上产业结构调整的步伐，全省新型职业农民中，农学、畜牧类产业人员相对较多，但新兴的观赏花木类技术人员数量较少。其中新型职业农民中也不乏大学生创业者和“阳光工程”的骨干带头人，但他们很多都处理中级层面，乡下资源相对较少，农民的信息化技术知识更新和培训力度不够。将高校、企业专家教育资源的有效共享，建立一套适合农民公平开放的互动交流学习平台，使农民可以不受培训时间和地点的局限，充分发挥自身的主动性，既提高了学习效率，又满足了信息时代新型农民对个性化、终身化学习方式的要求。

4.2智慧农业项目总体发展滞后

农业规模化生产是智慧农业发展的前提。我省虽然已经形成了一批有特色的产业基地，如：山药种植基地、大蒜种植基地等，但生产方式仍然以小规模农户分散经营为主，不能实现规模化种植，这给智慧农业的发展造成了很大的困难。建立完整的农业物联网体系，保证农民从播种、包装到市场流通都在统一的标准下运作，贴上统一标签，这样既可以根据需要指导农民种植，还从根本上解决了农产品的质量问题。

4.3基础设施配套跟不上

智慧农业在硬件方面投入成本高、但预期效益较慢，规模要求大、技术设备提供商售后体系不成熟，这些不利条件都使智慧农业的发展陷入的被动的僵局。加强农村信息化基础设施建设，加快光纤入户工程，扩大综合服务站等各种终端的覆盖面，通过广电网、电信网、卫星网等多种网络建立通畅的信息传输路线，保证新型职业农民能够即时获取发布农业资源。

5 结束语

智能手机在智慧农业中有着明显的应用优势，它不仅保证了信息的实时性，而且避免了大量数据的重复记载，同时智能手机本身在硬件配置方面也具有很多优势，如照相、GPS 信息获取、语音等功能，使信息获取更加便利，随着智慧农业的逐步发展，智能手机必将成为不可或缺的有利助手。

参考文献：

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[10] （美）克谢姆卡亚尼， 辛哈， ：余宏亮， 张冬艳. 分布式计算--原理算法与系统[M]. 高等教育出版社， 2012.

[11] 江务学，胡选子. 基于GAE的云计算SaaS级应用的设计与开发[J]. 计算机与现代化， 2011（8）.