隨著"互聯(lián)網(wǎng)+"技術的不斷發(fā)展,對信息服務平臺提出了更高的要求.為解決智慧農(nóng)業(yè)領域不斷增加的信息需求,借助信息聚合推送技術開發(fā)了基于"互聯(lián)網(wǎng)+"的智慧農(nóng)業(yè)信息服務平臺,整合了眾多農(nóng)業(yè)成果,農(nóng)業(yè)科研報告等資源,并實現(xiàn)精準推送,為服務智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供資源支撐和智力支持.

一、 天空地一體化農(nóng)田環(huán)境和作物信息自動采集系統(tǒng)

綜合利用物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)遙感技術，進行示范區(qū)內(nèi)農(nóng)情信息的采集，獲取實時的農(nóng)業(yè)氣象、土壤、作物等多方面數(shù)據(jù)。將田間無線傳感器網(wǎng)絡、無人機遙感 與衛(wèi)星遙感技術有機結合、優(yōu)勢互補，構建天空地一體化農(nóng)情信息采集系統(tǒng)，為智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供快速、精確的基礎農(nóng)情數(shù)據(jù)采集方案。首先，利用無線 傳感器網(wǎng)絡精確獲取重點地塊、樣本點上實時的農(nóng)業(yè)氣象信息、作物參數(shù)信息、土壤信息、田間光譜和視頻信息。其次，利用無人機獲取中等尺度的面狀 農(nóng)情信息。按需進行小區(qū)域作物長勢調(diào)查、作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災害調(diào)查及定損等定制作業(yè)。再次，利用中、高分辨率的衛(wèi)星遙感影像開展非重點地塊及大尺 度（縣域、市域尺度）的公益性、業(yè)務化常規(guī)農(nóng)情信息采集。此外，研發(fā)“天空地一體化”農(nóng)業(yè)信息采集方法，實現(xiàn)多傳感器協(xié)同反演，利用田間觀測數(shù) 據(jù)改進基于作物參數(shù)遙感估測精度。該系統(tǒng)主要包括以下子系統(tǒng)和模塊。

1.1. 基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)情信息采集子系統(tǒng)

基于無線傳感器網(wǎng)絡的農(nóng)情信息采集子系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能：

? 基于自動農(nóng)業(yè)氣象站采集農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)，例如：氣溫、濕度、降水量、風向、風速；

? 利用無線傳感器采集土壤參數(shù)，例 如：土壤溫度、土壤濕度、灌溉水溫度、土壤氮磷鉀含量；

? 利用無線傳感器采集作物參數(shù)，例如：株高、行距、葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量。

1.2. 田間遙感影像和視頻信息采集子系統(tǒng)

用以獲取田間監(jiān)控視頻與可見光、近紅外波段的多光譜作物冠層影像。

1.3. 無人機、衛(wèi)星影像獲取子系統(tǒng)

用以獲取試驗區(qū)內(nèi)較大尺度的無人機影像和縣域、市域尺度的衛(wèi)星影像。

1.4. 天空地一體化農(nóng)情參數(shù)遙感反演子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)利用遙感影像反演（估測）農(nóng)情參數(shù)，其功能由如下模塊實現(xiàn)：遙感數(shù)據(jù)處理模塊、植被指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)模塊、農(nóng)作物參數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)模塊、光合有 效輻射計算模塊。

二、 農(nóng)情智能分析系統(tǒng)

綜合天空地一體化農(nóng)田環(huán)境和作物信息自動采集系統(tǒng)獲取的氣象、水文、土壤、作物等多種數(shù)據(jù)，研發(fā)農(nóng)情智能分析系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程監(jiān)測、評估診斷和智能分析。具體包括以下子系統(tǒng)：

2.1. 農(nóng)作物長勢監(jiān)測子系統(tǒng)

開發(fā)長勢監(jiān)測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)采集的土壤氮磷鉀和土壤溫度、水溫、農(nóng)田視頻信息、作物光合有效輻射及葉面積指數(shù)等相關信息，分析并得到農(nóng) 產(chǎn)品生長過程中長勢情況。在監(jiān)測過程中將利用農(nóng)學長勢監(jiān)測標準和相關專家知識，對比往年長勢，將監(jiān)測結果分為長勢持平、長勢差、長勢好三種結 果，對于長勢不好時，提出補救措施，并預測可能對產(chǎn)量的影響，以指導生產(chǎn)過程施肥及其他科學措施，為農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)護航。

長勢監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、苗情提取模塊、長勢綜合運算與修正模塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、 系統(tǒng)設置模塊等

2.2. 土壤墑情監(jiān)測子系統(tǒng)

開發(fā)土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)采集的土壤和空氣濕度、降雨、作物生育期等相關信息，利用對比分析模型得到各種農(nóng)作物生長過程中土壤墑 情信息，同時利用相關專家知識，提供澆水灌溉決策，以指導生產(chǎn)過程中及時澆灌和排澇等措施，為作物提供良好的生長環(huán)境。

土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、墑情綜合運算與修正模塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、系統(tǒng)設置模 塊等。

2.3. 土壤養(yǎng)分監(jiān)測子系統(tǒng)

開發(fā)土壤養(yǎng)分監(jiān)測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)無人機多光譜影像、土壤類型、土壤氮磷鉀及有機質(zhì)含量、歷年施肥和產(chǎn)量情況信息、作物生長需肥模型等相 關信息，提供農(nóng)戶精準化農(nóng)業(yè)變量施肥決策，以指導生產(chǎn)過程中各點位作物各種營養(yǎng)元素的全面平衡供應，提高肥料利用率和施肥經(jīng)濟效益，減少肥料的 浪費以及多余肥料對環(huán)境的不良影響。為作物提供良好的生長環(huán)境。

土壤養(yǎng)分監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、植被健康指數(shù)（VHI）生產(chǎn)模塊、作物生育期N、P、K需求模型、多光譜N、P、K含 量分析模型、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、系統(tǒng)設置模塊等。

2.4. 作物批次成熟控制子系統(tǒng)

開發(fā)作物批次成熟控制系統(tǒng)的目的是通過控制農(nóng)作物生長品種、生長環(huán)境等方面來實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品分批次成熟，達到延長休閑農(nóng)業(yè)、體驗農(nóng)業(yè)的時間；以及錯 開銷售旺季，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益最大化。

作物批次成熟控制系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、溫度控制模塊、濕度控制模塊、二氧化碳含量控制模塊、光照控制模塊，作物成 熟度監(jiān)測模塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、系統(tǒng)設置模塊等。

2.5. 作物災害監(jiān)測子系統(tǒng)

開發(fā)農(nóng)作物災害監(jiān)測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)采集的農(nóng)田視頻信息、空氣溫濕度和降雨，土壤溫度和水溫等基本信息，監(jiān)測作物的病蟲害等災害，依據(jù)相 關專家知識庫，提出災害應對措施，并進行災損評估。重點監(jiān)測干旱和病蟲害。 作物干旱監(jiān)測與評價原理是通過作物自身生物物理化學特征和光譜特征變化以及關鍵致災氣象、環(huán)境等因子的影響，充分利用農(nóng)田采集和提取生成植被指 數(shù)、冠層溫度、土壤墑情等信息，研究地面作物干旱監(jiān)測結果，災前后長勢信息變化、作物受災程度與上述遙感因子變化的定量關系，構建作物干旱遙感 監(jiān)測評估模型，在此基礎上，進行作物干旱監(jiān)測與災損評估。 作物病蟲害的監(jiān)測與評價原理是綜合利用地面觀測、地面實驗，從作物冠層光譜、葉色及農(nóng)田視頻數(shù)據(jù)以及農(nóng)戶手機上傳作物影像等數(shù)據(jù)研究作物主要病蟲害。

災害監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、冷凍害等級評估模塊、干旱災損評估模塊、視頻數(shù)據(jù)處理模塊、病害監(jiān)測模塊模塊、病害 災損評估模塊、蟲害監(jiān)測模塊、蟲害災損評估模塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、系統(tǒng)設置模塊等。

2.6. 產(chǎn)量預測子系統(tǒng)

開發(fā)產(chǎn)量預測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)采集的農(nóng)田視頻信息、作物光合有效輻射量、葉面積指數(shù)及長勢分析結果，在作物未收割前預測可能的單產(chǎn)，并依 據(jù)面積及分布情況估算總產(chǎn)量，以便指導農(nóng)作物布局、市場銷售等情況。 在產(chǎn)量預測過程中主要利用三個模型，一是通過田間觀測的氣象要數(shù)，利用溫度與積溫等氣象模型估產(chǎn)；二是利用LAI、NDVI等田間觀測數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計 回歸模型估產(chǎn)；三是綜合利用氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)及農(nóng)田環(huán)境參數(shù)與管理措施數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)同化模型EPIC進行數(shù)據(jù)同化，并最終實現(xiàn)產(chǎn)量預測。

產(chǎn)量預測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、氣象模型估產(chǎn)模塊，回歸模型估產(chǎn)模塊、綜合模型估產(chǎn)模塊、精度驗證模塊、總產(chǎn)預測模 塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子模塊、系統(tǒng)設置模塊等。

三、 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理智能決策及響應系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)獲取、智能分析基礎上，構建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理智能決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能分析和決策服務的快速化、一體化，科學指導示范區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 和管理。具體包括以下子系統(tǒng)和模塊

3.1. 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)

復雜接收和管理基于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集系統(tǒng)獲取的全部數(shù)據(jù)，同時復雜錄入田間管理參數(shù)和其他相關數(shù)據(jù)，形成標準數(shù)據(jù)庫，支持后續(xù)各分析子系統(tǒng)所需 要的數(shù)據(jù)，并將其可視化展示。

數(shù)據(jù)庫管理與展示系統(tǒng)主要開發(fā)以下子系統(tǒng)與模塊：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式轉換模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊、三維展 示模塊、制圖模塊、報表輸出模塊、系統(tǒng)設置模塊、備份恢復子系統(tǒng)等。

3.2. 信息綜合服務子系統(tǒng)

開發(fā)信息綜合服務系統(tǒng)的目的是將示范區(qū)采集及分析得到的有用信息及時提供給相關的人員，包括領導（決策用）、專家（診斷與會商用）、農(nóng)民（指導 田間操作）、企業(yè)（農(nóng)產(chǎn)品加工與市場）。針對農(nóng)民耕種過程中遇到的各種問題，提供科學、合理的解決方案。對于一些常見的問題，如最佳種植時間、 耕種方法、作物病癥等，軟件可以提供分門別類的指南以供參考；而對于個例問題，農(nóng)戶可以使用軟件向專家咨詢，得到最合適的處理方法。信息服務有 以下兩種方式，一是通過網(wǎng)絡免費共享，讓相關人員自己來獲取相關信息；二是主動服務，對信息進行歸類，然后采用短信、電話、郵件等方式主動推送 和定制服務。信息綜合服務系統(tǒng)采用可視化、門戶網(wǎng)的方式，在多個地方進行有效服務。

信息綜合服務系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：信息分類管理模塊、用戶管理模塊、信息后臺管理模塊、信息安全模塊、信息統(tǒng)計分析模塊、WebGIS模 塊、在線交流模塊、信息定制服務模塊等。

3.3. 作物智能專家子系統(tǒng)

開發(fā)作物智能專家系統(tǒng)系統(tǒng)的目的是將系統(tǒng)收集、分析的作物參數(shù)進行智能分析，并最終自動化、智能化的做出相應決策及響應。 作物智能專家系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：戰(zhàn)略性決策模塊、作物品種選擇模塊、各作物生長模型模塊，水、肥管理及預算模塊，作物病、蟲、營養(yǎng) 失調(diào)診斷及防治模塊，作物栽培管理模塊，溫室環(huán)境動態(tài)管理模塊，信息統(tǒng)計分析模塊、在線交流模塊。

其中戰(zhàn)略性決策模塊是通過種植環(huán)境、土地、勞動力、管理資源等因素的分析，幫助農(nóng)戶分析栽培各作物的可行性。其余子模塊主要幫助農(nóng)戶進行自動 化、智能化管理和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。

四、 構建智慧農(nóng)業(yè)標準、品牌、價值提升系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展根本在質(zhì)量，關鍵在品牌，在園區(qū)大力發(fā)展“三品一標”即：無公害農(nóng)產(chǎn)品、綠色食品、有機農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品地理標志的安全優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品 公共品牌的基礎之上，著力打造園區(qū)智慧農(nóng)產(chǎn)品及相關服務的科技品牌，用質(zhì)量、品牌和科技為農(nóng)業(yè)增效和增收。其主要開發(fā)以下子系統(tǒng)及模塊。

4.1. 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測子系統(tǒng)

開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的目的是利用示范區(qū)采集的農(nóng)田視頻，作物生長環(huán)境、作物生長位置、作物化肥、農(nóng)藥使用，作物長勢，作物病蟲害，農(nóng)產(chǎn)品營 養(yǎng)含量、農(nóng)藥殘留等基本信息，對農(nóng)產(chǎn)品進行二維碼標識，可實現(xiàn)從農(nóng)田到餐桌的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯，生產(chǎn)環(huán)境可監(jiān)控，品質(zhì)可保證的從源頭、過程到結 果的全程監(jiān)管。形成較強均衡供貨能力的“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色有機農(nóng)產(chǎn)品基地。

品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：工程文件管理模塊、二維碼標識模塊、蟲害監(jiān)測模塊、長勢監(jiān)測模塊、制圖與決策報告生成模塊、數(shù)據(jù)轉換子 模塊、系統(tǒng)設置模塊等。

4.2. 智慧農(nóng)業(yè)品牌推廣、價值提升子系統(tǒng)

園區(qū)智慧農(nóng)業(yè)貫徹都市農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)、體驗農(nóng)業(yè)及特色觀光農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念。構建產(chǎn)品營銷、品牌打造、農(nóng)業(yè)旅游運營和農(nóng)產(chǎn)品銷售的子系統(tǒng)。統(tǒng)一規(guī) 劃、包裝、打造智慧農(nóng)產(chǎn)品及相關服務的科技品牌，差別化經(jīng)營。針對不同的消費人群，如本地農(nóng)業(yè)品消費者著重推介產(chǎn)品的生長環(huán)境、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品 特性；對旅游人群，著重推介現(xiàn)代化智慧農(nóng)業(yè)高新技術及智慧農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流程以及互聯(lián)網(wǎng)定制產(chǎn)品；對休閑體驗人群，著重推介區(qū)域農(nóng)業(yè)采摘信息及休閑 娛樂環(huán)境、及區(qū)域內(nèi)消費者人流量等相關信息。

品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要開發(fā)的子系統(tǒng)和模塊有：本地消費推廣模塊、互聯(lián)網(wǎng)+及電商平臺推廣模塊，旅游推廣模塊，休閑、體驗推廣模塊、現(xiàn)代科技農(nóng)業(yè)推廣 模塊，云信息收集及管理模塊，。

五、 設計技術路線

智慧農(nóng)業(yè)工程建設主要包括采集系統(tǒng)與室內(nèi)分析處理系統(tǒng)軟硬件的集成與開發(fā)。將綜合利用傳感器技術、無線傳感網(wǎng)、網(wǎng)絡通訊技術，通過研發(fā)相關硬 件，并在試驗區(qū)中布設和安裝相關硬件，然后通過軟件集成的方式進行遠程控制，最終實現(xiàn)連續(xù)、自動、智能的信息獲取。信息采集完成后，通過軟件集 成相關專家智慧與模型，實現(xiàn)信息的加工分析，并進行決策與信息服務。