摘要：农业物联网的系统设计是设施农业系统开发生命周期中的重要阶段，UPPAAL-TIGA是一种基于时间自动机理论的模型验证工具。本项目对农业物联网的特性进行分析，利用时间自动机理论在物联网环境系统设计进行建模与验证，保证系统正确性。
关键词：农业物联网；施农业；UPPAAL-TIGA
1 农业物联网技术背景
2017年两会期间，针对＂智慧农业＂的提案指出：逐步形成政府引导下的主体多元化、运行市场化，推进农业物联网发展。智慧农业是物联网时代现代农业的具体实现，解决了当前技术条件下农业生产、流通等领域的技术问题。农业物联网（Agricultural Internet of things）是智慧农业的核心技术。在设施农业（Protected Agriculture）中，通过无线传感网络、移动通讯和互联网传输信息，实现对农业生产的全过程监控、实时服务和科学决策。智慧农业系统是由多种系统相融合而形成的复杂系统，农业物联网是智慧农业系统的核心技术。在将物联网应用于农业系统的过程中，系统设计的正确性直接影响系统的运行情况，由于系统设计的错误可能会对生产造成灾难性后果。不管是硬件还是软件方面，由于系统本身的复杂性及所处农业环境的多样性，都将导致系统的设计很难达到完美－如何保证农业物联网系统设计的正确性是一个必须解决的问题。
时间自动机的形式化方法（formal methods）是一种基于数学的技术，用于对软件和硬件系统进行建模及验证。将形式化方法用于系统的设计可提高系统的可靠性及理论上的正确性。多种实用的方法，如π演算、Petri网、Ｚ语言等。UPPAAL-TIGA是一种基于时间自动机理论的模型验证工具，从物理、化学实验过程到软件开发及物联网系统设计等均有应用。
2 项目意义
设施农业领域主要涉及的系统应用场景有两种：如对植物的种植环境和动物的饲养环境，系统环境监测、控制的目标不相同，因此在农业物联网实施过程中，对系统进行分别建模验证是非常必要的。本项目以设施农业为应用场景，采用基于时间自动机的形式化建模，结合系统实施的环境，重新对设施农业物联网环境系统进行优化建模，满足复杂环境下农业物联网系统设计的正确性，保证农业物联网系统稳定的运行。
3设施农业发展趋势
设施农业在国外热点地区建立示范基地，推广具有我国自主知识产权的系统装备和相关技术；并实现高效、高品质、一致性生产，实现大规模商品化生产。（1）设施农业与现代工业技术进一步结合，提高硬件质量，增强配套能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）设施农业产品生产向标准化发展：包括温室及配套设施性能、结构、设计、安装、建设、使用标准，设施栽培工艺与生产技术规程标准，产品质量与监测技术标准等。（3）与计算机自动控制技术结合：设施农业与计算机自动控制技术结合，以实现环境因素的自动监控和作业机械的自动化控制等。（4）设施农业与信息技术结合：建立以产品、技术和市场等为主要内容的网络化管理、模式化运行和远程服务等。（5）设施农业与生物技术结合：开发出抗逆性强、抗病虫害、耐贮藏的温室作物新品种，向精确农业方向发展，为社会提供更加丰富的绿色健康食品.
4 实施内容技术指标
（1）环境智能控制系统：实时采集农业环境参数，自动开启或者关闭环境调节设备，引入时间博弈自动机对物联网信息传输建模，并分析下发的控制信号；时间自动机的扩展方案：拟对农业物联网构成的混杂系统形式化建模问题，并对农业物联网系统进行验证。
（2）物联网体系结构模型：根据农业物联网实施的实际情况，生成感知设备、执行设备、网络、现场控制模块及云端物联网服务的时间自动机模型；。
（3）服务器支持系统：支持internet网络，支持网页浏览，查看、更新数据，支持与智能手机软件系统信息交互，支持与信息读取器信息交互，支持与其他农业信息系统信息交互。支持云数据、网络大数据系统。
本项目为集成创新应用，建立物联网体系结构模型：根据农业物联网实施的实际情况，生成感知设备、执行设备、网络、现场控制模块及云端物联网服务的时间自动机模型；形成环境智能控制系统：自动开启或者关闭环境调节设备，对物联网信息传输建模，并分析下发的控制信号；设施农业多场景动态信息和智能控制系统是农业物联网的核心，对动物植物的生长环境实现了实时监测和调节，有利于提高农产品产量和质量。实现了对设施农业信息化管理，提高生产质量和管理效益，精确测量设施环境，利用实用、先进的技术手段帮助农民提高生产质量。社会效益显著。
参考文献：
[1]陈宁，周志峰，王永泉，等.一种纯追踪模型改进算法 轻工机械，2014，32（4）：6972，76.
[2]王新忠，韩旭，毛罕平等.基于最小二乘法的温室番茄垄间视觉导航路径检测[J].农业机械学报，2012，43（6）：161－166.
作者简介：
刘欣（1977－），女，河北承德市人，副教授，硕士，研究方向为应用数学、计算几何、数学建模等。在研基金项目：1.承德市科技项目（基于Douglos函数的芽苗菜生态农庄生产模式与优化研究201606020）；2.承德市科技创新创业苗圃资金支持项目（设施农业物联网植物工厂数据系统研发CGX2017KMP0004）
论文作者:刘欣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/20
标签：农业论文; 系统论文; 自动机论文; 设施论文; 建模论文; 环境论文; 时间论文; 《基层建设》2018年第33期论文;