謝佳佳，崔世鋼，梁帆

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學天津市信息傳感與智能控制重點實驗室，天津300222）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能植物工廠電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

謝佳佳，崔世鋼，梁帆

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學天津市信息傳感與智能控制重點實驗室，天津300222）

為實現(xiàn)對蔬菜生產(chǎn)過程的可溯源性，同時更好地滿足人們對蔬菜安全的需求，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的應用于植物工廠中的電子商務(wù)系統(tǒng)。在智能植物工廠的硬件基礎(chǔ)上，采用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、第三方支付和物流聯(lián)盟構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)植物工廠中的電子商務(wù)系統(tǒng)。本系統(tǒng)能實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)過程的透明化、可溯源性和私人定制蔬菜，實現(xiàn)對植物工廠中蔬菜的在線定制、在線支付、物流跟蹤、實時監(jiān)控等需求，且可追溯蔬菜生長和運輸?shù)娜^程。

電子商務(wù)系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；智能植物工廠

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進程的加快，人們的生活水平得到了極大提高，對高品質(zhì)生活的要求與日俱增，對綠色安全健康無污染蔬菜的需求愈加迫切。但土地資源銳減且不具有修復性、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)惡化和人口急劇增長等問題，使人們很難擁有私人的綠色蔬菜種植地。然而，植物工廠可以通過實時調(diào)節(jié)控制植物工廠中的溫度、濕度、CO2濃度、光照強度等環(huán)境參數(shù)［1］，為蔬菜生長提供最適宜的生長環(huán)境。本文在植物工廠的硬件基礎(chǔ)上引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電子商務(wù)系統(tǒng)，設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能植物工廠中的電子商務(wù)系統(tǒng)［2-3］，并對各部分系統(tǒng)的組成、開發(fā)與實現(xiàn)方案進行了設(shè)計，通過物聯(lián)網(wǎng)中的大量傳感器和攝像頭實時查看定制蔬菜的生長狀態(tài)、生長環(huán)境參數(shù)，并進行實時遠程視頻監(jiān)控［4-6］，實現(xiàn)了網(wǎng)上定制蔬菜、遠程立體種植、蔬菜種植過程的透明化、用戶整個購買過程和蔬菜生產(chǎn)過程的可追溯性。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計

植物工廠的電子商務(wù)系統(tǒng)涉及智能植物工廠、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、第三方支付、物流聯(lián)盟、物聯(lián)網(wǎng)用戶5部分，系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖1所示。智能植物工廠由大量獨立的封閉式植物生長柜組成，通過Android控制端能實時獲取和調(diào)節(jié)蔬菜生長環(huán)境參數(shù)，并上傳環(huán)境參數(shù)至物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器［7-8］，同時采集生長柜中蔬菜生長的視頻，以供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實時視頻監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實時獲取Android控制端上傳的蔬菜生長環(huán)境參數(shù)信息，將歷史數(shù)據(jù)存至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器與Android控制端的視頻通信，使用戶可以對生長柜進行遠程實時視頻監(jiān)控。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，第三方支付可以幫助用戶完成在線支付。物流公司通過物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，可將蔬菜運送至用戶的收貨地址，并實時更新服務(wù)器上的物流信息。用戶可在線定制蔬菜，通過訪問物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器獲取自己訂購蔬菜的生長環(huán)境信息、視頻信息、物流信息等，實現(xiàn)用戶從在線下單到收貨全過程的實時性和可追溯性。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計

2　系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)方案

傳統(tǒng)蔬菜購買活動在時間和空間上受較大限制，而智能植物工廠電子商務(wù)模式打破了傳統(tǒng)蔬菜購買活動的時空限制，時間上不受晝夜限制，空間上不受地理位置的約束。植物工廠電子商務(wù)系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和植物工廠種植技術(shù)的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，植物工廠電子商務(wù)流程如圖2所示。植物工廠中的植物生長柜包含大量的二氧化碳溫濕度一體化傳感器模塊、光照傳感器、溫度傳感器和攝像頭，且植物工廠連入物聯(lián)網(wǎng)，用戶可以實時掌握定制蔬菜的生長狀態(tài)和生長環(huán)境。因此，植物工廠電子商務(wù)系統(tǒng)具有全新的時空優(yōu)勢，不僅允許用戶下單，由蔬菜培育人員代為種植、收貨蔬菜，并運送至用戶家中，而且允許用戶實時監(jiān)控蔬菜的長勢，在更大程度上滿足用戶對綠色安全蔬菜的需求以及對蔬菜安全生產(chǎn)過程的掌控。

2.1智能植物工廠

智能植物工廠由大量獨立的封閉式智能植物生長柜組成，采用立體式栽培、營養(yǎng)液栽培技術(shù)和LED新光能技術(shù)，通過智能控制蔬菜生長的環(huán)境，使蔬菜生長不受或很少受自然條件制約，這是一種新型綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。植物工廠底層測控中心包含Android控制端、WiFi模塊、調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)執(zhí)行機構(gòu)、環(huán)境參數(shù)采集模塊和攝像頭模塊。Android控制端主要完成多傳感器信息采集、反饋、實時顯示和存儲。Android控制端與WiFi模塊相結(jié)合，采用WiFi無線通信協(xié)議同物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器進行遠距離無線通信，實現(xiàn)監(jiān)聽和獲取服務(wù)器命令以及響應服務(wù)器的反饋控制等功能。Android控制端結(jié)合攝像頭模塊，完成植物工廠現(xiàn)場視頻和服務(wù)器遠程視頻信息的采集和上傳。環(huán)境參數(shù)執(zhí)行機構(gòu)接收Android控制端的控制指令，進而控制LED燈、加熱棒、制冷機、加濕器等來調(diào)節(jié)植物工廠內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度和光照強度以及營養(yǎng)液的溫度。環(huán)境參數(shù)采集模塊主要是通過采用二氧化碳溫濕度一體化傳感器模塊、光照傳感器和溫度傳感器實時檢測來獲得蔬菜的生長環(huán)境參數(shù)，通過串口傳至Android控制端。

圖2　智能植物工廠電子商務(wù)流程

植物工廠的蔬菜培育人員負責接收用戶訂單，完成蔬菜播種、蔬菜生長全過程環(huán)境參數(shù)的設(shè)置、蔬菜收獲和按照用戶下單時選擇的收貨地址和配送方式發(fā)貨，并將物流相關(guān)信息反饋至物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。

2.2物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器采用Tomcat+JSP+servlet+MVC搭建，是Web服務(wù)的一種，Web服務(wù)發(fā)布成功后，它就可以被用戶遠程登錄調(diào)用，數(shù)據(jù)庫采用MySQL 6.0。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器主要完成以下任務(wù)：①植物工廠中環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控。②遠程視頻監(jiān)控。③環(huán)境數(shù)據(jù)和視頻圖片數(shù)據(jù)庫操作。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫在開發(fā)過程中，先使用MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立好數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，然后在程序中通過Java代碼與數(shù)據(jù)庫中的表建立連接，再進行相關(guān)的數(shù)據(jù)庫操作。④植物工廠中蔬菜的私人定制。為實現(xiàn)植物工廠電子商務(wù)模式，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器完成了蔬菜信息的顯示和監(jiān)控、在線下單、第三方支付及物流跟蹤，使用戶可以便捷地定制和購買更加新鮮安全的蔬菜。

2.3第三方支付

在本系統(tǒng)中，第三方支付發(fā)揮著重要作用，較好地解決了電子商務(wù)中存在的誠信、物流、現(xiàn)金流問題。第三方支付不僅連接銀行，提供資金結(jié)算、客戶服務(wù)等，同時連接植物工廠和用戶，幫助用戶順利完成支付交易。第三方支付的具體流程為：①用戶將實體貨幣轉(zhuǎn)至第三方支付平臺的支付賬戶中，授權(quán)第三方平臺將用戶賬戶中的資金轉(zhuǎn)移到第三方平臺的賬戶中進行保管。②用戶登錄物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，在線選購蔬菜。③收到貸款后，第三方平臺通知植物工廠工作人員根據(jù)用戶訂單進行蔬菜種植。④蔬菜成熟后，植物工廠進行收割和發(fā)貨。⑤用戶收到蔬菜后，確認付款。⑥第三方平臺將臨時保管的資金劃撥到植物工廠賬戶中。⑦植物工廠可將收到的款項兌換成實體貨幣。

2.4物流聯(lián)盟

本系統(tǒng)的物流聯(lián)盟是指基于智能植物工廠中的電子商務(wù)系統(tǒng)、植物工廠的配送部門以及郵政、快遞等物流企業(yè)形成的一種優(yōu)勢互補、共擔風險、共享收益的龐大而有效的物流網(wǎng)絡(luò)組織，能滿足植物工廠用戶跨地區(qū)、全方位物流服務(wù)的要求。植物工廠的物流服務(wù)形式主要有2種：一是在植物工廠倉庫所在地，采取以植物工廠的配送部門自行配送為主、以快遞業(yè)支持為輔的形式；二是在其他地區(qū)，主要采取郵政和快遞相結(jié)合的形式，進行蔬菜送達。在蔬菜寄送后，物流單號和實時物流信息將發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上，用戶可實時查看，掌握物流進程。

2.5物聯(lián)網(wǎng)用戶

物聯(lián)網(wǎng)用戶通過物聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、智能植物工廠、第三方支付和物流公司連接，進行信息流、資金流和物流的交互，主要進行的操作有用戶登錄、在線購買、在線支付、植物生長實時監(jiān)控、物流跟蹤和收貨。用戶使用已注冊的用戶名和登錄密碼，可在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上登錄物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，根據(jù)服務(wù)器呈現(xiàn)的蔬菜信息，在線選好所要種植的蔬菜種類和數(shù)量，填寫收貨地址、配送方式和支付方式，并提交訂單，之后進行第三方安全支付。用戶通過物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可以查看蔬菜生長的實時環(huán)境信息，通過視頻監(jiān)控可以查看蔬菜的生長狀態(tài)，以便了解掌握蔬菜的長勢。用戶通過物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可以查看實時物流信息，并在收到蔬菜后，在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上確認收貨，完成整個購買活動。

3　結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能植物工廠電子商務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、第三方支付和物流聯(lián)盟搭建電子商務(wù)平臺，實現(xiàn)用戶在線私人定制蔬菜。本系統(tǒng)實現(xiàn)了蔬菜種植過程透明化和用戶購買種植蔬菜過程可追溯，通過LED新光能技術(shù)和營養(yǎng)液栽培方式培育出綠色無污染、生長周期短、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的蔬菜，更好地滿足了人們對不同種類高品質(zhì)綠色安全蔬菜的需求，給人們的日常生活帶來了極大的便利，同時也促進了農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)電子商務(wù)發(fā)展的進程。

［1］楊其長，魏靈玲，劉文科，等.植物工廠系統(tǒng)與實踐［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2012.

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Design of e-commerce system in intelligent plant factory based on internet of things

XIE Jia-jia，CUI Shi-gang，LIANG Fan
（Tianjin Key Laboratory of Information Sensing and Intelligent Control，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

An e-commerce system in plant factory based on internet of things has been proposed to realize the trace-ability of vegetables production process and meet people′s demand for safe vegetables.On the basis of the hardware of intelligent plant factory，the e-commerce system is established by internet of things server，the third party payment platform and logistics alliance.The e-commerce system in intelligent plant factories has realized the transparency and trace-ability in vegetables production process，private customization for vegetables，online customization of vegetables in plant factories，online payment，logistics tracking and real-time monitoring for user and trace-ability of vegetable growth and the whole process of transportation.

e-commerce system；internet of things；intelligent plant factory

F913.36；S126

A

2095－0926（2015）04－0026－03

2015-05-28

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（863計劃）（2015AA033303，SS2013AA03120）；國家自然科學基金資助項目（61178048）.

謝佳佳（1991—），女，碩士研究生；崔世鋼（1963—），男，教授，博士，碩士生導師，研究方向為機器人控制、人工智能等.