“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系架構(gòu)設計與實踐

　　摘要：【目的】為農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)服務商和終端農(nóng)戶提供溝通和服務的橋梁，推進農(nóng)業(yè)航空標準的建立，推動科研院校的成果轉(zhuǎn)化，對全國植保無人機實施跟蹤和監(jiān)管，促進農(nóng)業(yè)航空市場規(guī)范，普及農(nóng)業(yè)航空技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的應用，實現(xiàn)農(nóng)藥化肥施藥零增長?！痉椒ā坷?ldquo;互聯(lián)網(wǎng)＋”的思維和方法，結(jié)合我國農(nóng)業(yè)航空的發(fā)展狀況與農(nóng)業(yè)航空服務的特點，設計１套“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系架構(gòu)。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動應用技術(shù)以及ＨＴＭＬ５等新一代信息技術(shù)，進行精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的底層架構(gòu)設計、服務作業(yè)流程設計、用戶界面設計以及數(shù)據(jù)庫設計等?！窘Y(jié)果】建立了精準農(nóng)業(yè)航空服務的互聯(lián)網(wǎng)綜合服務平臺，包含植保服務管理、作業(yè)效果評估管理、無人機檢測管理、植保無人機監(jiān)管、大數(shù)據(jù)應用等系統(tǒng)功能。它具有良好的平臺特性、用戶特性、大數(shù)據(jù)特性和擴展性?！窘Y(jié)論】平臺的體系架構(gòu)能滿足農(nóng)業(yè)航空植保用戶、植保服務商對植保作業(yè)服務簡化操作的需求，同時實現(xiàn)了政府和有關(guān)部門對數(shù)據(jù)進行信息化有效管理的目的，并且通過數(shù)據(jù)分析與挖掘等技術(shù)手段提供多種增值服務，實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)航空服務生態(tài)圈的有效良性循環(huán)，讓農(nóng)業(yè)航空更好地為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務。

　　關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；精準農(nóng)業(yè)航空；服務平臺；體系架構(gòu)

　　農(nóng)業(yè)航空技術(shù)有著作業(yè)效率高、作業(yè)效果好、作業(yè)適應性廣和作業(yè)成本低等特點［１］，因此農(nóng)業(yè)航空應用最近幾年在中國得到快速發(fā)展。目前，我國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量在逐年增加，但農(nóng)業(yè)航空行業(yè)的發(fā)展仍面臨著諸多問題，比如農(nóng)業(yè)航空政策法規(guī)體系不完善、配套核心科學技術(shù)研究不足、專業(yè)隊伍人才匱乏、社會化服務體系不健全等，我國農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展亟需加強管理和規(guī)范［１-２］。２０１５年國務院出臺的枟國務院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動的指導意見枠明確提出要充分推動互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的深入融合和創(chuàng)新發(fā)展，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)＋”的重要作用，利用互聯(lián)網(wǎng)提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務水平［３］。因此，將“互聯(lián)網(wǎng)＋”與農(nóng)業(yè)航空結(jié)合，將有助于構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)航空生產(chǎn)經(jīng)營體系、發(fā)展農(nóng)業(yè)航空精準化生產(chǎn)方式、提升農(nóng)業(yè)航空網(wǎng)絡化服務水平。美國農(nóng)業(yè)部較早建立了計算機飄移模型數(shù)據(jù)庫，在試驗數(shù)據(jù)基礎上開發(fā)了Ａｅｒｉａｌｓｐｒａｙ，ＤＲＩＦＴＳＩＭ等軟件工具來協(xié)助官方監(jiān)管農(nóng)業(yè)航空噴霧施藥，幫助農(nóng)戶進行精準農(nóng)業(yè)航空作業(yè)［４-６］。ＩＢＭ和Ａｉｒｍａｐ聯(lián)合推出了可提供準確、可靠、值得信賴的低空導航無人機行業(yè)氣象數(shù)據(jù)（溫度、降水、壓力、云量等）和通信工具，為農(nóng)業(yè)航空駕駛員的安全作業(yè)和航線規(guī)劃提供支撐［７］。日本研制了基于無人駕駛直升機的攝像傳感器和激光測距儀等設備生成作物生長狀況、地形地貌特征的精細圖場信息系統(tǒng)［８］。英國政府于２０１３年啟動的“農(nóng)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略”高度重視利用“大數(shù)據(jù)”和信息技術(shù)提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，美國的部分學者開展了大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)上的應用研究，他們認為大數(shù)據(jù)的運用可以提高精準農(nóng)業(yè)的水平，有助于經(jīng)濟增長和減少對環(huán)境的影響［９-１３］。國內(nèi)一些科研機構(gòu)對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)遙感、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的應用也取得了一定的成果［１４］。而對于新興的農(nóng)業(yè)航空應用產(chǎn)業(yè)，目前與之對應的農(nóng)業(yè)航空服務信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)航空監(jiān)管系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)航空大數(shù)據(jù)分析與挖掘應用系統(tǒng)都尚處于初步發(fā)展階段。

　　1試驗構(gòu)想

　　采用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、移動應用技術(shù)以及ＨＴＭＬ５等新一代信息技術(shù)，開展“互聯(lián)網(wǎng)＋”農(nóng)業(yè)航空服務平臺的頂層設計、底層架構(gòu)設計、服務作業(yè)流程設計、用戶界面（Ｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＵＩ）設計以及數(shù)據(jù)庫設計等。將新一代信息技術(shù)所包含的諸多思維方式、設計方法與應用技術(shù)融入“互聯(lián)網(wǎng)＋”農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系框架設計中，為農(nóng)業(yè)航空服務平臺的可持續(xù)發(fā)展和服務推廣提供技術(shù)支撐。

　　1．1運用互聯(lián)網(wǎng)思維進行“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的頂層設計

　　互聯(lián)網(wǎng)思維是一種全面的系統(tǒng)性的思維方式，平臺思維是互聯(lián)網(wǎng)時代大眾參與的驅(qū)動力。精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的頂層設計，需要搭建一套由無人機生產(chǎn)廠商、植保服務商、生產(chǎn)合作社或生產(chǎn)大戶、檢驗檢疫部門、科研院所、政府監(jiān)管機構(gòu)等多主體共建的、資源共享、能夠?qū)崿F(xiàn)共贏的、開放的一種生態(tài)系統(tǒng)。其次，用戶思維是農(nóng)業(yè)航空服務的核心，需要將“以用戶為中心”貫穿于“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺框架設計的各個環(huán)節(jié)中。最后，農(nóng)業(yè)航空服務的終端農(nóng)戶體驗對于精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的設計至關(guān)重要，所有的植保無人機、農(nóng)資產(chǎn)品或植保服務都是為了保證農(nóng)戶的植保作業(yè)效果，因此自始至終都要將用戶對植保作業(yè)效果體驗作為指導原則，創(chuàng)造農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)航空服務全流程的最佳體驗［１６］。

　　1．2運用云計算技術(shù)構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的基礎支撐

　　云計算以公開的標準和服務為基礎，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡計算服務。在精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系設計中采用云計算作為底層基礎設施的交付和使用模式，通過互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬化的資源計算方式，將動態(tài)易擴展的資源以按需的方式提供和獲取，通過公有云和私有云的混合搭建，輕松地擴展農(nóng)業(yè)航空的各種應用和服務，提高計算資源的利用率，使得農(nóng)業(yè)航空服務平臺具有良好的擴展性和伸縮性［１７］?；谠朴嬎慵夹g(shù)搭建的支撐平臺對客戶端計算機配置要求較低，大量的計算分布在云端、數(shù)據(jù)存儲匯聚在云端，從而具有價格低廉甚至免費的優(yōu)勢，使用云計算模式的基礎支撐平臺可以在精準農(nóng)業(yè)航空的信息服務平臺中得到快速實現(xiàn)和普及應用［１７-１８］。

　　2試驗實施與結(jié)果

　　2．1“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系架構(gòu)

　　“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系架構(gòu)（圖１）包含投入層、產(chǎn)出層和績效層。投入層主要指技術(shù)投入和資源投入，它是為了構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)＋”農(nóng)業(yè)航空服務平臺體系架構(gòu)所進行的技術(shù)和資源投入，包括云技術(shù)、數(shù)據(jù)庫存儲、分布式計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的使用以及對自然資源、基礎設施資源和信息資源的開發(fā)和利用。產(chǎn)出層則需要結(jié)合農(nóng)業(yè)航空的線下作業(yè)內(nèi)容和大數(shù)據(jù)技術(shù)來搭建涉及農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)服務管理、作業(yè)效果管理、農(nóng)田作業(yè)處方圖、農(nóng)業(yè)資源管理、農(nóng)田環(huán)境管理、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源管理、植保無人機追蹤和監(jiān)控等各種應用平臺和業(yè)務系統(tǒng)，它為管理和服務提供技術(shù)支撐。

　　2．2“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺框架與功能模塊

　　“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空平臺總體框架由９個部分組成，包括植保作業(yè)服務、植保無人機的功能和性能檢驗檢測、植保服務效果評估、農(nóng)用航空成果推廣與轉(zhuǎn)化、無人機監(jiān)管、無人機培訓、行業(yè)標準、制度法規(guī)、大數(shù)據(jù)應用，總體框架見圖２。無人機植保服務是“互聯(lián)網(wǎng)＋”精準農(nóng)業(yè)航空平臺的核心內(nèi)容，植保服務商通過地面控制或自動導航飛行操作無人駕駛飛行器，為廣大農(nóng)戶完成噴灑藥劑、施肥、播種或授粉等農(nóng)林植物保護作業(yè)服務。植保服務流程見圖３。

　　3結(jié)論

　　本研究提出將“互聯(lián)網(wǎng)＋”思維與技術(shù)與精準農(nóng)業(yè)航空服務相結(jié)合，構(gòu)建了精準農(nóng)業(yè)航空服務平臺的體系架構(gòu)，該體系采用的開放式的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)有著良好的平臺特性、用戶特性、大數(shù)據(jù)特性、社會化特性，促進了圍繞著農(nóng)業(yè)航空服務的多方融合，加速了信息的共享，既能滿足農(nóng)業(yè)航空植保用戶、植保服務商對植保作業(yè)服務簡化操作的需求，又實現(xiàn)了政府和有關(guān)部門對數(shù)據(jù)進行信息化有效管理的目的。在此架構(gòu)基礎上利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的平臺具有良好的擴展性，并可以通過大數(shù)據(jù)分析挖掘等技術(shù)手段提供不斷豐富的增值服務，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)航空服務的有效良性循環(huán)。

　　下一步研究方向是通過獲取更精確的數(shù)據(jù)來源、運用更豐富的分析技術(shù)、提供可視化的綜合服務，建立一個良好的精準農(nóng)業(yè)航空社會化服務體系平臺。該平臺的進一步完善和運營，需要所有農(nóng)業(yè)航空參與者的共同努力，實現(xiàn)共建共享的精準農(nóng)業(yè)航空社會化服務生態(tài)圈，從而進一步促進農(nóng)業(yè)航空技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的應用，實現(xiàn)農(nóng)藥化肥施藥零增長，讓農(nóng)業(yè)航空更好地為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務。

　　參考文獻：

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　　［３］中華人民共和國國務院．國務院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動的指導意見［Ｎ］．經(jīng)濟日報，２０１５-０７-０５（１）．

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