摘要：依托專(zhuān)家系統(tǒng)．構(gòu)建了基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的病害診斷預(yù)警平臺(tái)、生產(chǎn)管理預(yù)警平臺(tái)和物流運(yùn)輸預(yù)警平臺(tái)，合理布置傳感器，同時(shí)應(yīng)用了RFID、3G、ZigBee、GPRS等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該系統(tǒng)用于涮涮辣示范生產(chǎn)，在生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程中．起到了對(duì)環(huán)境參數(shù)超出適宜值范圍進(jìn)行預(yù)警．并能精細(xì)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(yīng)用能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；精隹農(nóng)業(yè)；果蔬種植；預(yù)警系統(tǒng)；專(zhuān)家系統(tǒng)

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，也稱(chēng)精細(xì)農(nóng)業(yè)．是根據(jù)作物生長(zhǎng)的土壤墑情來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)作物的投入．以最節(jié)省的投入達(dá)到更高的收入，并能改善環(huán)境的生產(chǎn)方式。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)由田問(wèn)信息采集、智能決策和智能裝備技術(shù)組成．通過(guò)對(duì)信息采集、加工及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收的目標(biāo)。其中，從田間實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集各種影響作物生長(zhǎng)的環(huán)境信息及作物長(zhǎng)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)…。物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)代信息技術(shù)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(shí)現(xiàn)田間信息采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制提供可靠保障。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備．按照約定的協(xié)議．把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信．采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、智能決策和監(jiān)控的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深入應(yīng)用在許多領(lǐng)域[撕]．而將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合．可最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是實(shí)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(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)建

　　專(zhuān)家系統(tǒng)(ExpertSystem)是人工智能的一個(gè)重要分支．包括知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)．將人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)以適當(dāng)?shù)男问酱嫒胗?jì)算機(jī)．利用一定的算法對(duì)知識(shí)進(jìn)行推理．做出判斷和決策等。知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心，是問(wèn)題求解的集合．包括基本事實(shí)、規(guī)則和其他相關(guān)信息。推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)用知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行推理的邏輯核心，它控制著知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)．對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理．以得出新的結(jié)論。用戶提供事實(shí)或信息給專(zhuān)家系統(tǒng)．相應(yīng)地收到專(zhuān)家系統(tǒng)的建議或?qū)ｉT(mén)知識(shí)．農(nóng)業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有復(fù)雜多變性。從不同作物的生長(zhǎng)需求出發(fā)．通過(guò)總結(jié)、收集作物栽培領(lǐng)域的知識(shí)、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)．實(shí)現(xiàn)具有咨詢和決策能力的應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)．是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本研究以果蔬種植為例．采用B／S三層體系結(jié)構(gòu)．在WindowsNTServer平臺(tái)下使用．以SQLServer2008為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)．采用VisualC#．NET編程語(yǔ)言．整個(gè)軟件分基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的病害預(yù)警、生產(chǎn)管理預(yù)警、產(chǎn)品運(yùn)輸預(yù)警等服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)包括表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)庫(kù)4層。數(shù)據(jù)訪問(wèn)用于所有業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)管理．是一個(gè)公共層，由數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件與數(shù)據(jù)庫(kù)連接組件構(gòu)成。業(yè)務(wù)層根據(jù)不同的管理對(duì)象建立不同的業(yè)務(wù)組件．如用戶注冊(cè)管理組件、信息采集組件、實(shí)施控制組件等，還可根據(jù)實(shí)際需求的變化方便地增改組件．易于系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)[7]。在果蔬生產(chǎn)管理中。依托專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取的影響果蔬生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行推理．并做出決策及調(diào)控．以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)適宜果蔬生長(zhǎng)的最佳條件．為果蔬種植實(shí)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(luò)的病蟲(chóng)害診斷預(yù)警平臺(tái)

　　實(shí)現(xiàn)果蔬病害的預(yù)警預(yù)報(bào)．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(wú)公害果蔬的最佳途徑。影響果蔬病蟲(chóng)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(guān)，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(jiàn)病害有疫病、葉斑病、灰霉病、炭疽病等．每種病害有其獨(dú)特的生長(zhǎng)習(xí)性，其中疫病在溫度為25～30℃、濕度高于85％時(shí)發(fā)病較重。但氣象因子與病害不具備線性關(guān)系．若用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法找出氣象因子與病害之間的某種函數(shù)關(guān)系有一定難度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是一種非線性識(shí)別理論．它具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和容錯(cuò)能力．在模式識(shí)別中得到廣泛應(yīng)用。但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)．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(luò)權(quán)值和閾值．求出最優(yōu)的權(quán)值和閾值后再訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)．以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。其思想是對(duì)神經(jīng)元的連接權(quán)值和閾值進(jìn)行編碼．使之成為碼串的初始群體，進(jìn)而通過(guò)遺傳選擇、交叉、變異操作對(duì)每一代群體進(jìn)行計(jì)算和篩選．直到獲得最佳權(quán)值和閾值。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的均方誤差作為遺傳算法的個(gè)體適應(yīng)度，經(jīng)重復(fù)計(jì)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(luò)的算法流程如圖1所示。

　　3生產(chǎn)管理預(yù)警服務(wù)平臺(tái)

　　果蔬生產(chǎn)管理預(yù)警平臺(tái)包括視頻監(jiān)控、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程控制模塊組成。視頻監(jiān)控用于定點(diǎn)、定時(shí)的觀測(cè)果蔬生長(zhǎng)情況．該系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程Web在線查看、視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、回放等功能。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)部分．用于監(jiān)測(cè)影響果蔬生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)變化。本研究以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，監(jiān)測(cè)影響果蔬生長(zhǎng)的光照強(qiáng)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(guò)智能終端、Web瀏覽器等方式實(shí)時(shí)查看監(jiān)控區(qū)域的詳細(xì)監(jiān)測(cè)信息和經(jīng)推理后的預(yù)警信息。

　　4物流管理預(yù)警平臺(tái)

　　物流管理預(yù)警平臺(tái)是果蔬生產(chǎn)管理的擴(kuò)展平臺(tái)．是保證其價(jià)值量的環(huán)節(jié)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示．每年在運(yùn)輸過(guò)程中腐爛變質(zhì)的水果、蔬菜、乳制品等易損壞食品的總價(jià)值達(dá)1000億元以上．損失率高達(dá)25％～30％．而發(fā)達(dá)國(guó)家果蔬的損失率一般控制在5％。因此對(duì)鮮嫩易爛的果蔬在運(yùn)輸車(chē)輛中安裝GPS定位、溫濕度傳感器及RFID射頻識(shí)別，實(shí)時(shí)采集車(chē)輛、產(chǎn)品的基本信息。通過(guò)3G、GPRS等技術(shù)-．-傳至監(jiān)控中心．依托專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析．對(duì)貨損、延遲、失竊、線路異常等情況預(yù)警，以便實(shí)現(xiàn)調(diào)度和調(diào)控．從而有效降低果蔬運(yùn)輸中因腐爛變質(zhì)的損失率。其運(yùn)輸預(yù)警功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。底層信息采集由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位、RFID貨(；PRS獲取1輛JRFlI)樂(lè)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(jià)息圖4運(yùn)輸預(yù)警軟件架構(gòu)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(chǔ)、異常報(bào)警、基本功能、GIS電子地圖繪制等組成。其中GPS導(dǎo)航定位每隔5min采集車(chē)輛途中的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度、速度及方向信息．通過(guò)3G上傳至監(jiān)管中心．監(jiān)管中心收到信息．計(jì)算并結(jié)合GIS功能在電子地圖上顯示．若與預(yù)設(shè)的不一致．通過(guò)3G向管理員及駕駛員發(fā)出異常報(bào)警信息：RFID定時(shí)采集物品的基本信息¨引，如物品編碼、采摘日期、數(shù)量、價(jià)格、目的地等信息．并與RFID中的初始信息對(duì)比．若出現(xiàn)信息不一致．則將異常信息通過(guò)3G上傳至監(jiān)管中心．并發(fā)出報(bào)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(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)傳至監(jiān)控中心．計(jì)算是否在適宜值范圍內(nèi)．否則發(fā)出預(yù)警信息．并通知運(yùn)輸人員采取相應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控，以滿足產(chǎn)品對(duì)保鮮保質(zhì)的需求．降低果蔬在運(yùn)輸過(guò)程中的損失率．

　　5小結(jié)

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)果蔬種植預(yù)警系統(tǒng)還處于試驗(yàn)階段．由于該系統(tǒng)可根據(jù)不同作物在不同時(shí)期對(duì)影響其生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)按需求設(shè)定．并可隨時(shí)采集環(huán)境環(huán)境參數(shù)傳至上位機(jī)．依托專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析．用戶可通過(guò)終端設(shè)備對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)．當(dāng)參數(shù)超出了預(yù)設(shè)值范圍，將收到警報(bào)信息．并能精細(xì)控制肥水、及時(shí)預(yù)警病蟲(chóng)害、對(duì)環(huán)境參數(shù)調(diào)控等功能。因此．基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)果蔬預(yù)警系既能節(jié)約人工工時(shí)．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(qiáng)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(xiàn)：

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