摘要：依托專家系統(tǒng)．構建了基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡的病害診斷預警平臺、生產(chǎn)管理預警平臺和物流運輸預警平臺，合理布置傳感器，同時應用了RFID、3G、ZigBee、GPRS等物聯(lián)網(wǎng)技術。該系統(tǒng)用于涮涮辣示范生產(chǎn)，在生產(chǎn)與運輸過程中．起到了對環(huán)境參數(shù)超出適宜值范圍進行預警．并能精細調(diào)控肥水、溫濕度、農(nóng)藥等的作用，以降低生產(chǎn)成本，大范圍應用能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；精隹農(nóng)業(yè)；果蔬種植；預警系統(tǒng)；專家系統(tǒng)

　　精準農(nóng)業(yè)，也稱精細農(nóng)業(yè)．是根據(jù)作物生長的土壤墑情來調(diào)節(jié)對作物的投入．以最節(jié)省的投入達到更高的收入，并能改善環(huán)境的生產(chǎn)方式。精準農(nóng)業(yè)技術由田問信息采集、智能決策和智能裝備技術組成．通過對信息采集、加工及應用，以實現(xiàn)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收的目標。其中，從田間實時、準確地采集各種影響作物生長的環(huán)境信息及作物長勢是實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的基礎…。物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)代信息技術發(fā)展的產(chǎn)物．具有全面感知、可靠傳送、智能處理等特征．將其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為實現(xiàn)田間信息采集、遠程監(jiān)測及控制提供可靠保障。物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備．按照約定的協(xié)議．把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信．采用智能計算技術對信息進行分析處理，以實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、智能決策和監(jiān)控的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)深入應用在許多領域[撕]．而將精準農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術相結合．可最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

　　1專家系統(tǒng)構建

　　專家系統(tǒng)(ExpertSystem)是人工智能的一個重要分支．包括知識庫與推理機．將人類專家的知識及經(jīng)驗以適當?shù)男问酱嫒胗嬎銠C．利用一定的算法對知識進行推理．做出判斷和決策等。知識庫是專家系統(tǒng)的核心，是問題求解的集合．包括基本事實、規(guī)則和其他相關信息。推理機是專家系統(tǒng)運用知識對數(shù)據(jù)進行推理的邏輯核心，它控制著知識庫中的知識．對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行推理．以得出新的結論。用戶提供事實或信息給專家系統(tǒng)．相應地收到專家系統(tǒng)的建議或?qū)ｉT知識．農(nóng)業(yè)是一個復雜的巨系統(tǒng)．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有復雜多變性。從不同作物的生長需求出發(fā)．通過總結、收集作物栽培領域的知識、專家經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)構建專家知識庫．實現(xiàn)具有咨詢和決策能力的應用服務平臺．是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的研究熱點。本研究以果蔬種植為例．采用B／S三層體系結構．在WindowsNTServer平臺下使用．以SQLServer2008為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)．采用VisualC#．NET編程語言．整個軟件分基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡的病害預警、生產(chǎn)管理預警、產(chǎn)品運輸預警等服務平臺，平臺包括表現(xiàn)層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)庫4層。數(shù)據(jù)訪問用于所有業(yè)務層與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)管理．是一個公共層，由數(shù)據(jù)訪問組件與數(shù)據(jù)庫連接組件構成。業(yè)務層根據(jù)不同的管理對象建立不同的業(yè)務組件．如用戶注冊管理組件、信息采集組件、實施控制組件等，還可根據(jù)實際需求的變化方便地增改組件．易于系統(tǒng)的維護和升級[7]。在果蔬生產(chǎn)管理中。依托專家系統(tǒng)，對物聯(lián)網(wǎng)技術獲取的影響果蔬生長的環(huán)境參數(shù)進行推理．并做出決策及調(diào)控．以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)適宜果蔬生長的最佳條件．為果蔬種植實現(xiàn)智能、節(jié)能、高效的管理提供保障。

　　2基于遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的病蟲害診斷預警平臺

　　實現(xiàn)果蔬病害的預警預報．是有效防治和控制病害發(fā)生發(fā)展．減少農(nóng)藥施用和生產(chǎn)無公害果蔬的最佳途徑。影響果蔬病蟲害發(fā)生的因素較多。包括氣象、自然環(huán)境、本身表現(xiàn)出的密度和非密度制約因素等。其中，氣象因子與病害密切相關，大棚內(nèi)濕度、溫度不適是造成病害發(fā)生和蔓延的主要原因。如涮涮辣種植中常見病害有疫病、葉斑病、灰霉病、炭疽病等．每種病害有其獨特的生長習性，其中疫病在溫度為25～30℃、濕度高于85％時發(fā)病較重。但氣象因子與病害不具備線性關系．若用數(shù)理統(tǒng)計方法找出氣象因子與病害之間的某種函數(shù)關系有一定難度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡理論是一種非線性識別理論．它具有自學習、自適應和容錯能力．在模式識別中得到廣泛應用。但BP神經(jīng)網(wǎng)絡容易陷入局部最優(yōu)的缺點．而遺傳算法可很好克服此缺陷，可先用遺傳算法搜索BP神經(jīng)網(wǎng)絡權值和閾值．求出最優(yōu)的權值和閾值后再訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡．以實現(xiàn)全局最優(yōu)。其思想是對神經(jīng)元的連接權值和閾值進行編碼．使之成為碼串的初始群體，進而通過遺傳選擇、交叉、變異操作對每一代群體進行計算和篩選．直到獲得最佳權值和閾值。將神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的均方誤差作為遺傳算法的個體適應度，經(jīng)重復計算．將誤差降至全局最小[8]。遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的算法流程如圖1所示。

　　3生產(chǎn)管理預警服務平臺

　　果蔬生產(chǎn)管理預警平臺包括視頻監(jiān)控、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、采集數(shù)據(jù)的存儲及遠程控制模塊組成。視頻監(jiān)控用于定點、定時的觀測果蔬生長情況．該系統(tǒng)包括遠程Web在線查看、視頻數(shù)據(jù)存儲、回放等功能。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測是精準農(nóng)業(yè)的基礎部分．用于監(jiān)測影響果蔬生長的環(huán)境參數(shù)變化。本研究以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心，監(jiān)測影響果蔬生長的光照強度、CO，濃度，溫度、濕度，土壤含氮量、pH等環(huán)境信息執(zhí)IO，生產(chǎn)管理者可通過智能終端、Web瀏覽器等方式實時查看監(jiān)控區(qū)域的詳細監(jiān)測信息和經(jīng)推理后的預警信息。

　　4物流管理預警平臺

　　物流管理預警平臺是果蔬生產(chǎn)管理的擴展平臺．是保證其價值量的環(huán)節(jié)之一。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示．每年在運輸過程中腐爛變質(zhì)的水果、蔬菜、乳制品等易損壞食品的總價值達1000億元以上．損失率高達25％～30％．而發(fā)達國家果蔬的損失率一般控制在5％。因此對鮮嫩易爛的果蔬在運輸車輛中安裝GPS定位、溫濕度傳感器及RFID射頻識別，實時采集車輛、產(chǎn)品的基本信息。通過3G、GPRS等技術-．-傳至監(jiān)控中心．依托專家系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)分析．對貨損、延遲、失竊、線路異常等情況預警，以便實現(xiàn)調(diào)度和調(diào)控．從而有效降低果蔬運輸中因腐爛變質(zhì)的損失率。其運輸預警功能結構如圖4所示。底層信息采集由GPS衛(wèi)星導航定位、RFID貨(；PRS獲取1輛JRFlI)樂集果f簟感器采集ft髓、速度等竹啟1蔬璉水信息糶蔬狀態(tài)價息圖4運輸預警軟件架構物基本信息采集、傳感器貨物狀態(tài)信息采集等軟硬件組成。監(jiān)控中心的軟件包含數(shù)據(jù)接收存儲、異常報警、基本功能、GIS電子地圖繪制等組成。其中GPS導航定位每隔5min采集車輛途中的實時經(jīng)緯度、速度及方向信息．通過3G上傳至監(jiān)管中心．監(jiān)管中心收到信息．計算并結合GIS功能在電子地圖上顯示．若與預設的不一致．通過3G向管理員及駕駛員發(fā)出異常報警信息：RFID定時采集物品的基本信息¨引，如物品編碼、采摘日期、數(shù)量、價格、目的地等信息．并與RFID中的初始信息對比．若出現(xiàn)信息不一致．則將異常信息通過3G上傳至監(jiān)管中心．并發(fā)出報警信息；傳感器主要采集物品的溫濕度、壓力等狀態(tài)信息，這些參數(shù)通過無線通訊網(wǎng)傳至監(jiān)控中心．計算是否在適宜值范圍內(nèi)．否則發(fā)出預警信息．并通知運輸人員采取相應措施，實現(xiàn)對環(huán)境的精準調(diào)控，以滿足產(chǎn)品對保鮮保質(zhì)的需求．降低果蔬在運輸過程中的損失率．

　　5小結

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的精準農(nóng)業(yè)果蔬種植預警系統(tǒng)還處于試驗階段．由于該系統(tǒng)可根據(jù)不同作物在不同時期對影響其生長的環(huán)境參數(shù)按需求設定．并可隨時采集環(huán)境環(huán)境參數(shù)傳至上位機．依托專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析．用戶可通過終端設備對環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測．當參數(shù)超出了預設值范圍，將收到警報信息．并能精細控制肥水、及時預警病蟲害、對環(huán)境參數(shù)調(diào)控等功能。因此．基于物聯(lián)網(wǎng)的精準果蔬預警系既能節(jié)約人工工時．將生產(chǎn)成本降低20％左右．又能提高生產(chǎn)效率、提高果蔬的品質(zhì)．為高品質(zhì)果蔬打下良好口碑．為強化區(qū)域生態(tài)果蔬．打造本地高端精品果蔬的推廣做了鋪墊工作。

　　參考文獻：

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