“互联网＋”精准农业航空服务平台体系架构设计与实践

　　摘要：【目的】为农业航空植保作业服务商和终端农户提供沟通和服务的桥梁，推进农业航空标准的建立，推动科研院校的成果转化，对全国植保无人机实施跟踪和监管，促进农业航空市场规范，普及农业航空技术在精准农业中的应用，实现农药化肥施药零增长。【方法】利用“互联网＋”的思维和方法，结合我国农业航空的发展状况与农业航空服务的特点，设计１套“互联网＋”精准农业航空服务平台体系架构。采用大数据技术、云计算技术、移动应用技术以及ＨＴＭＬ５等新一代信息技术，进行精准农业航空服务平台的底层架构设计、服务作业流程设计、用户界面设计以及数据库设计等。【结果】建立了精准农业航空服务的互联网综合服务平台，包含植保服务管理、作业效果评估管理、无人机检测管理、植保无人机监管、大数据应用等系统功能。它具有良好的平台特性、用户特性、大数据特性和扩展性。【结论】平台的体系架构能满足农业航空植保用户、植保服务商对植保作业服务简化操作的需求，同时实现了政府和有关部门对数据进行信息化有效管理的目的，并且通过数据分析与挖掘等技术手段提供多种增值服务，实现精准农业航空服务生态圈的有效良性循环，让农业航空更好地为我国农业现代化服务。

　　关键词：互联网；精准农业航空；服务平台；体系架构

　　农业航空技术有着作业效率高、作业效果好、作业适应性广和作业成本低等特点［１］，因此农业航空应用最近几年在中国得到快速发展。目前，我国农业航空作业量在逐年增加，但农业航空行业的发展仍面临着诸多问题，比如农业航空政策法规体系不完善、配套核心科学技术研究不足、专业队伍人才匮乏、社会化服务体系不健全等，我国农业航空技术发展亟需加强管理和规范［１-２］。２０１５年国务院出台的枟国务院关于积极推进“互联网＋”行动的指导意见枠明确提出要充分推动互联网与农业的深入融合和创新发展，充分发挥“互联网＋”的重要作用，利用互联网提升农业生产、经营、管理和服务水平［３］。因此，将“互联网＋”与农业航空结合，将有助于构建新型农业航空生产经营体系、发展农业航空精准化生产方式、提升农业航空网络化服务水平。美国农业部较早建立了计算机飘移模型数据库，在试验数据基础上开发了Ａｅｒｉａｌｓｐｒａｙ，ＤＲＩＦＴＳＩＭ等软件工具来协助官方监管农业航空喷雾施药，帮助农户进行精准农业航空作业［４-６］。ＩＢＭ和Ａｉｒｍａｐ联合推出了可提供准确、可靠、值得信赖的低空导航无人机行业气象数据（温度、降水、压力、云量等）和通信工具，为农业航空驾驶员的安全作业和航线规划提供支撑［７］。日本研制了基于无人驾驶直升机的摄像传感器和激光测距仪等设备生成作物生长状况、地形地貌特征的精细图场信息系统［８］。英国政府于２０１３年启动的“农业技术战略”高度重视利用“大数据”和信息技术提升农业生产效率，美国的部分学者开展了大数据在农业上的应用研究，他们认为大数据的运用可以提高精准农业的水平，有助于经济增长和减少对环境的影响［９-１３］。国内一些科研机构对农业数据库、农业遥感、农业物联网、农业信息系统、农业专家系统等现代信息技术在农业生产活动中的应用也取得了一定的成果［１４］。而对于新兴的农业航空应用产业，目前与之对应的农业航空服务信息系统、农业航空监管系统、农业航空大数据分析与挖掘应用系统都尚处于初步发展阶段。

　　1试验构想

　　采用大数据技术、云计算技术、移动应用技术以及ＨＴＭＬ５等新一代信息技术，开展“互联网＋”农业航空服务平台的顶层设计、底层架构设计、服务作业流程设计、用户界面（Ｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＵＩ）设计以及数据库设计等。将新一代信息技术所包含的诸多思维方式、设计方法与应用技术融入“互联网＋”农业航空服务平台体系框架设计中，为农业航空服务平台的可持续发展和服务推广提供技术支撑。

　　1．1运用互联网思维进行“互联网＋”精准农业航空服务平台的顶层设计

　　互联网思维是一种全面的系统性的思维方式，平台思维是互联网时代大众参与的驱动力。精准农业航空服务平台的顶层设计，需要搭建一套由无人机生产厂商、植保服务商、生产合作社或生产大户、检验检疫部门、科研院所、政府监管机构等多主体共建的、资源共享、能够实现共赢的、开放的一种生态系统。其次，用户思维是农业航空服务的核心，需要将“以用户为中心”贯穿于“互联网＋”精准农业航空服务平台框架设计的各个环节中。最后，农业航空服务的终端农户体验对于精准农业航空服务平台的设计至关重要，所有的植保无人机、农资产品或植保服务都是为了保证农户的植保作业效果，因此自始至终都要将用户对植保作业效果体验作为指导原则，创造农户在农业航空服务全流程的最佳体验［１６］。

　　1．2运用云计算技术构建“互联网＋”精准农业航空服务平台的基础支撑

　　云计算以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务。在精准农业航空服务平台体系设计中采用云计算作为底层基础设施的交付和使用模式，通过互联网提供虚拟化的资源计算方式，将动态易扩展的资源以按需的方式提供和获取，通过公有云和私有云的混合搭建，轻松地扩展农业航空的各种应用和服务，提高计算资源的利用率，使得农业航空服务平台具有良好的扩展性和伸缩性［１７］。基于云计算技术搭建的支撑平台对客户端计算机配置要求较低，大量的计算分布在云端、数据存储汇聚在云端，从而具有价格低廉甚至免费的优势，使用云计算模式的基础支撑平台可以在精准农业航空的信息服务平台中得到快速实现和普及应用［１７-１８］。

　　2试验实施与结果

　　2．1“互联网＋”精准农业航空服务平台体系架构

　　“互联网＋”精准农业航空服务平台体系架构（图１）包含投入层、产出层和绩效层。投入层主要指技术投入和资源投入，它是为了构建“互联网＋”农业航空服务平台体系架构所进行的技术和资源投入，包括云技术、数据库存储、分布式计算、数据挖掘等技术的使用以及对自然资源、基础设施资源和信息资源的开发和利用。产出层则需要结合农业航空的线下作业内容和大数据技术来搭建涉及农业航空植保作业服务管理、作业效果管理、农田作业处方图、农业资源管理、农田环境管理、农产品安全溯源管理、植保无人机追踪和监控等各种应用平台和业务系统，它为管理和服务提供技术支撑。

　　2．2“互联网＋”精准农业航空服务平台框架与功能模块

　　“互联网＋”精准农业航空平台总体框架由９个部分组成，包括植保作业服务、植保无人机的功能和性能检验检测、植保服务效果评估、农用航空成果推广与转化、无人机监管、无人机培训、行业标准、制度法规、大数据应用，总体框架见图２。无人机植保服务是“互联网＋”精准农业航空平台的核心内容，植保服务商通过地面控制或自动导航飞行操作无人驾驶飞行器，为广大农户完成喷洒药剂、施肥、播种或授粉等农林植物保护作业服务。植保服务流程见图３。

　　3结论

　　本研究提出将“互联网＋”思维与技术与精准农业航空服务相结合，构建了精准农业航空服务平台的体系架构，该体系采用的开放式的互联网架构有着良好的平台特性、用户特性、大数据特性、社会化特性，促进了围绕着农业航空服务的多方融合，加速了信息的共享，既能满足农业航空植保用户、植保服务商对植保作业服务简化操作的需求，又实现了政府和有关部门对数据进行信息化有效管理的目的。在此架构基础上利用移动互联网技术开发的平台具有良好的扩展性，并可以通过大数据分析挖掘等技术手段提供不断丰富的增值服务，实现农业航空服务的有效良性循环。

　　下一步研究方向是通过获取更精确的数据来源、运用更丰富的分析技术、提供可视化的综合服务，建立一个良好的精准农业航空社会化服务体系平台。该平台的进一步完善和运营，需要所有农业航空参与者的共同努力，实现共建共享的精准农业航空社会化服务生态圈，从而进一步促进农业航空技术在精准农业中的应用，实现农药化肥施药零增长，让农业航空更好地为我国农业现代化服务。

　　参考文献：

　　［１］罗锡文．对加快发展我国农业航空技术的思考［Ｊ］．农业技术与装备，２０１４（５）：７-１５．

　　［２］周志艳，臧英，罗锡文，等．中国农业航空植保产业技术创新发展战略［Ｊ］．农业工程学报，２０１３，２９（２４）：１-１０．

　　［３］中华人民共和国国务院．国务院关于积极推进“互联网＋”行动的指导意见［Ｎ］．经济日报，２０１５-０７-０５（１）．

　　［４］ＴＥＳＫＥＭＥ，ＢＩＲＤＳＬ，ＥＳＴＥＲＬＹＤＭ，ｅｔａｌ．ＡｇＤｒｉｆｔ瞮：Ａｍｏｄｅｌｆｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｎｅａｒ-ｆｉｅｌｄｓｐｒａｙｄｒｉｆｔｆｒｏｍａｅｒｉａｌａｐ-ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎＴｏｘｉｃｏｌＣｈｅｍ，２００２，２１（３）：６５９-６７１．

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