肖委明，周尔槐，李芸，黎鑫林，邹婧
（1.江西省吉安市园艺场，江西 吉安 343016；
2.江西省吉安市井冈山农业科技园管理委员会，江西 吉安 343016）
政府大力推进云计算及 SaaS(Software-as-a-Service，软件即服务)平台，让物联网信息化应用得以实现，云平台搭建正处于整个行业高速发展阶段，但并未对其功能和单位有统一规定。
近几年江西省脐橙果园严重受黄龙病影响，冻害、旱害、病虫害是制约脐橙产业发展的三大问题。应用现代物联网、云计算和大数据等信息技术构建果园信息化物联网应用平台，在冻害、旱害、病虫害管理中可提供直观性和科学性数据，赋能脐橙果园生产，增加果园产出效益，提高灾害性病害防范效果。
卡拉卡拉脐橙是江西省逐步推广的唯一红肉脐橙品种[1～2]，该品种在沙田柚、枳砧、酸橙上高接表现亲和性良好，基本在第2 年可以试果，第3 年可达到小丰产。疏果后最大单果质量可达 286 g 左右，横径 8.2 cm，纵径 7.3 cm，果形指数 0.96，果皮厚 0.6 cm，可食率 85.3%，果实有核 1～3 粒，核重0.12～0.19 g，果肉呈现均匀红色，油胞和果汁橙黄色，深受消费者青睐。
江西省吉安市吉州区，属亚热带季风性气候，海拔89 m，年均温 18.4℃，极端高温41.9℃，历史极端低温-8℃，≥10℃积温 5820℃，无霜期279 天，降雨量1519 mm，日照时数1640 h。
2018 年吉安市园艺场在卡拉卡拉脐橙种植中应用信息化物联网平台，通过云计算和大数据等技术，实现了农业生产环境数据采集自动化、生产管理可视化、决策指挥智能化，提高了卡拉卡拉脐橙果园在冻害、旱害、病虫害等方面的监测和预警效果。
1、需求描述
参考制造架构ISA95，基于此架构构建卡拉卡拉脐橙基地信息化物联网应用平台，根据 PLC、SCADA 以及物联网IOT 特点进行3 大块梳理：PLC（设备和传感层）、SCADA（生产过程控制和监控层）、IOT（基于移动&云的超强计算层）。
（1）前端接入层建设
为平台各类用户提供具有良好用户体验的终端展现界面，各种应用的服务、功能及信息被集成在前端接入层，主要包括智能手机、智能手持机、大屏幕、个人电脑、前端查询机等设备。
（2）应用系统层建设
用于支持不同权限管理者和用户的应用和农业智能化、自动化生产。
（3）应用支撑层建设
支撑层负责为应用系统的运行提供技术支撑服务，并将这些服务能力依据不同功能划分，以松散耦合的形式组织成各类基础服务。这些基础服务在总体架构内互相提供服务和数据，构成了上层应用系统所需要的底层应用支撑，主要包括中间件平台和数据交换平台。
（4）数据资源层
主要是为上层系统提供数据支持，包括监测检测数据库、专家数据库、视频监控数据库、小型气象站数据库。
（5）基础层
主要指保障上层系统正常运行的硬件设备、运行于硬件上的基础系统和传输网络等，包括综合数据中心、前端传感设备、自动化控制设备、视频监控设备、传输网络等。
（6）两大保障体系
两大保障体系是整个系统运行的保障，包括安全保障体系和运维保障体系。
2、平台架构
（1）应用架构分层
Web 应用，监控屏，移动端应用，三方应用接口。数据平台：应用接口（API），应用扩展接口，短信模块，邮件模块，高速缓存，设备鉴权，数据查询，数据存储，数据分发，数据管道，数据接入。网络层：GPRS/Wifi/以太网。
（2）功能要求
主要功能具备大田环境参数采集、土壤参数采集、精准灌溉、远程智能化控制、远程视频诊断（监控）及物联网控制终端和线路传输等。环境参数采集主要通过安装农业户外气象站，实现对空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、大气压力、风速、风向、雨露、露点、硫化氢等参数的采集。土壤参数采集土壤温度、湿度、pH 值、盐份含量等。精准灌溉主要是实现对水量的精准控制，出水灌溉均匀，包含精密液位传感器、电控磁阀门、灌排一体化管网、远程物联网终端及电气控制箱。远程诊断主要通过高清摄像头360°旋转实现视频诊断。
1、PLC、SCADA、IOT 应用区别
从PLC 发展历程上看，可编辑逻辑控制器在诞生时是面向单个设备或者单元的逻辑控制，PLC 从传感器接收数据，处理这些数据，并根据编程参数进一步发送。PLC 可以记录和监控实时数据，如温度。如果遇到故障，可以自动启动和停止生产，并相应地触发报警等。其逻辑控制类似小型计算机，无人机界面。从ISA95 国际标准工业系统控制分层来看，PLC 依然属于L1 级，即在底层设备上一个层次。
物联网IOT 是通过射频识别RFID 等信息传感设备，按约定的协议，利用互联网进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的功能特征是全面感知信息、可靠传递信息和智能处理信息，以实现对物体实施智能化的控制与管理。
SCADA 重于数据的采集和监测，人机交互界面简单且无法适配移动，整体架构冗余，而且维护和安全性都基于传统技术和网络。其分层属于L2 级，即子系统监控层，虽具备一定的控制功能，但其侧重点在于数据采集和监视，而对产品、生产进度、生产效率、质量信息、设备运行等各种现代管理的数字化和智能化级别偏低，无法适应现代化和整合化的大棚种植基地业务需求。
物联网平台应用打破了传统的 ISA-95 金字塔架构，用扁平化、智能化、移动化甚至云联网等架构，重新定义了大棚种植业基础和系统等各方面的集成和统一。物联网平台作为 SCADA的补充和升级，专注于对大量数据进行高级处理，从而实现更快、更高效的决策过程，并降低风险和容错率。
2、信息化应用在卡拉卡拉脐橙果园管理优劣势
从部署应用体验分析，应用精讯云平台在监测农情的稳定性高于建大仁科，数据采集、预警发布、远程控制、数据分析、记录、查询、导出、比较等功能，部署在腾讯云服务器上，可以实现全球任意地方都快速访问与接入。在长时间的数据管理口径、监测以及整合环境历史情况、现状趋势、预报预测、溯源分析等形成环境数据资源库方面强于建大仁科[3]。
信息化果园还不具备植物学特性、物候期、果实性状比较、留树耐贮性和果实糖酸变化统计以及土壤微量元素动态分析等，无法和福建省农业科学院果树研究所研究建立卡拉卡拉红肉脐橙生长发育动态数学模型[4]，还需人工对其花、叶、果实、新梢等生长量动态变化规律，叶片含氮量、叶片增大与脱落、果实增大的年周期变化规律，以及生长量与经济产量的关系等进行研究。
果园生产中，信息化赋能可减少果园生产的未知环境因素，对防冻、抗旱、病虫害防治起到了有力决策保障。同时针对卡拉卡拉脐橙果实发育规律、果肉深浅颜色、各区域引种表现建立动态数学模型，有助于提升果园科学和标准化管理水平，下一步还需对硬件熟练应用及人工统计纠正偏差。
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