2020 年 軟 件 2020 V ol 41 No 1 第 41 卷 第 1 期 COMPUTER ENGINEERING Mobile Internet Cloud computing Agricultural informatization Agricultural automation 0 引言 智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段 是集新興的 互聯(lián)網(wǎng) 移動互聯(lián)網(wǎng) 云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體 依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點(diǎn) 環(huán)境溫 濕度 土壤水分 二氧化碳 圖像等 和無線通信 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知 智能預(yù)警 智 能決策 智能分析 專家在線指導(dǎo) 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提 供精準(zhǔn)化種植 可視化管理 智能化決策 1 2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案根據(jù)作物生長的土壤 性狀 調(diào)節(jié)對作物的投入 即一方面查清田塊內(nèi)部 的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異 另一方面確定農(nóng)作 物的生產(chǎn)目標(biāo) 進(jìn)行定位的 系統(tǒng)診斷 優(yōu)化配方 技術(shù)組裝 科學(xué)管理 調(diào)動土壤生產(chǎn)力 以最少的 或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入 并改 善環(huán)境 高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源 取得經(jīng)濟(jì)效益 和環(huán)境效益 3 4 1 系統(tǒng)架構(gòu) 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 利用現(xiàn)代信息技術(shù)準(zhǔn)確 掌握大田作物生育進(jìn)程和 四情 動態(tài) 對大田作 物苗情 墑情 病蟲情 災(zāi)情以及大田作物各生育 翟凌宇等 基于云計(jì)算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺 259 軟件 雜志歡迎推薦投稿 cosoft 階段的長勢長相進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和趨勢分析 5 7 對 大 田作物生產(chǎn) 田間管理和抗災(zāi)救災(zāi)進(jìn)行快捷高效的 調(diào)度指揮 提高精細(xì)生產(chǎn)和田間管理的能力 及時 發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題 制定大田作物管理技術(shù)對 策 提出大田管理意見或建議 更好地開展技術(shù)指 導(dǎo) 促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收 8 9 下圖 1 為系統(tǒng)架構(gòu)圖 圖 1 系統(tǒng)架構(gòu)圖 Fig 1 System architecture diagram 2 基礎(chǔ)架構(gòu) 2 1 氣象環(huán)境信息檢測系統(tǒng) 氣象環(huán)境信息可以通過小型氣象站來檢測 小 型氣象站是一套完整的氣象監(jiān)測系統(tǒng) 特別適用于 小氣候環(huán)境監(jiān)測 通過搭配不同類型的智能型傳感 器 可以實(shí)時采集戶外的空氣溫濕度 光照 風(fēng)速 風(fēng)向等環(huán)境參數(shù) 10 環(huán)境信息可以實(shí)時直觀展現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)平臺 方 便管理人員通過列表 圖表的方式查看詳細(xì)環(huán)境信 息 也可以通過戶外 LED 屏 集中顯示各個環(huán)境參 數(shù) 同時還可以添加介紹 氣象信息等 11 下圖 2 為氣象站實(shí)時數(shù)據(jù)界面 圖 3 為氣象站實(shí)時數(shù)據(jù)曲 線圖界面 圖 4 為氣象站歷史數(shù)據(jù)分析界面 2 2 土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集土壤環(huán)境信 息 包括 土壤水分 土壤溫度等環(huán)境信息 上傳 至土壤墑情采集器并控制相關(guān)設(shè)備 12 墑情信息可 以實(shí)時直觀展現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)平臺 方便管理人員通過列 表 圖表的方式查看詳細(xì)墑情信息 也可以定時將采 集到的各種數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到其他監(jiān)測平臺 或者管理人員的手機(jī)上 隨時隨地都能了解土壤墑情 圖 2 氣象站實(shí)時數(shù)據(jù)界面 Fig 2 Real time data interface of meteorological station 第 41卷 第1 期 軟 件 260 軟件 雜志歡迎推薦投稿 cosoft 圖 3 氣象站實(shí)時數(shù)據(jù)曲線圖界面 Fig 3 Real time data curve interface of meteorological station 圖 4 氣象站歷史數(shù)據(jù)分析界面 Fig 4 Historical data analysis interface of meteorological station 遠(yuǎn)程智能灌溉系統(tǒng)分為手動控制和自動控制 手動控制功能和自動控制功能能夠任意切換 當(dāng)選 擇手動控制功能時 通過物聯(lián)網(wǎng)平臺控制電腦或者 手機(jī) APP 就能遠(yuǎn)程手動控制澆灌系統(tǒng)開和關(guān) 當(dāng)選 擇自動控制功能時 可通過在物聯(lián)網(wǎng)平臺控制電腦 設(shè)置開啟和關(guān)閉澆灌系統(tǒng)閥值 當(dāng)土壤水分低于下 限值時 就能延時自動開啟澆灌系統(tǒng) 13 當(dāng)土壤水 分高于上限值時 也能延時自動關(guān)閉交管系統(tǒng) 下 圖 5 為土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制系統(tǒng)圖 2 3 可視化監(jiān)控系統(tǒng) 作為數(shù)據(jù)信息的有效補(bǔ)充 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視 頻信號傳輸技術(shù) 對植物狀況和健康狀況進(jìn)行全天 候視頻監(jiān)控 該系統(tǒng)采用 B S 服務(wù)體系結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用處理功能分布在網(wǎng)絡(luò)上 云平臺服務(wù)端提供數(shù) 據(jù)存儲 數(shù)據(jù)處理能力 客戶端提供用戶服務(wù) 由 網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器 高分辨率攝像頭組成 網(wǎng)絡(luò)型 視頻服務(wù)器主要用以提供視頻信號的轉(zhuǎn)換和傳輸 并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù) 在已有 Internet 上 只 翟凌宇等 基于云計(jì)算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺 261 軟件 雜志歡迎推薦投稿 cosoft 圖 5 土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制系統(tǒng)圖 Fig 5 Soil moisture monitoring and remote irrigation control system chart 要能夠上網(wǎng)就可以根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程的圖像訪 問 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn) 在線 便捷的監(jiān)測方式 可以實(shí)時 查看園區(qū)內(nèi)安全狀況和農(nóng)作物長勢 3 物聯(lián)網(wǎng)平臺 通過安裝在農(nóng)業(yè)基地的各種傳感設(shè)備 實(shí)時采 集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的空氣溫度 濕度 光照 土壤水分 土壤溫度 風(fēng)速 實(shí)時視頻等數(shù)據(jù) 并將數(shù)據(jù)通過 網(wǎng)絡(luò)傳輸給農(nóng)業(yè)平臺 平臺可對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 處理 本系統(tǒng)針對目前種植環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測困難 手段 落后等缺點(diǎn) 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 以終 端模塊作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層 采集溫室內(nèi)空氣溫度 空氣濕度 土壤溫度 土壤濕度 二氧化碳濃度和 光照強(qiáng)度等 利用以太網(wǎng) GPRS 3G 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 作為物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層 實(shí)時將種植環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)?以管理軟件平臺為核心的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層 實(shí)現(xiàn)溫室 環(huán)境信息的實(shí)時監(jiān)測 當(dāng)監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)超標(biāo)時 監(jiān)測平臺提示警報(bào)或通過短信方式向種植戶報(bào)警 即使人身在千里之外也可以通過互聯(lián)網(wǎng) 手機(jī)實(shí)時 查看環(huán)境狀態(tài) 用戶使用手機(jī)或電腦登錄系統(tǒng)后 可以實(shí)時查詢監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù) 歷史溫 濕 度曲線 歷史操作記錄等信息 為用戶處理當(dāng) 前監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的情況提供數(shù)據(jù)參考 如圖 6 所示 4 結(jié)語 智慧農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢 物聯(lián)網(wǎng) 云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用 打破農(nóng)業(yè)市場的時 空地理限制 農(nóng)資采購和農(nóng)產(chǎn)品流通等數(shù)據(jù)將會得 到實(shí)時監(jiān)測和傳遞 有效解決信息不對稱問題 智 慧農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代生物技術(shù) 種植技術(shù)等高新技術(shù)融合 于一體 對建設(shè)世界水平農(nóng)業(yè)具有重要意義 智慧 農(nóng)業(yè)的發(fā)展 已經(jīng)初步形成了政府引導(dǎo) 社會支持 市場推動和農(nóng)民投入的良性運(yùn)行機(jī)制 當(dāng)前智慧農(nóng) 業(yè) 有豐富的資源 成熟的技術(shù)和廣闊的市場 具 備了進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ) 也蘊(yùn)藏著巨大的潛力 圖 6 系統(tǒng)拓?fù)鋱D Fig 6 System topology diagram 第 41卷 第1 期 軟 件 262 軟件 雜志歡迎推薦投稿 cosoft 表 1 物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)分析 Tab 1 Technical analysis of internet of things platform 系統(tǒng)框架 系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行 互不干擾 支持分布式布署 數(shù)據(jù)展示與后臺管理分離 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)立 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)定時備份 備份異地存儲 數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理分離 系統(tǒng)各模塊間實(shí)現(xiàn)低耦合高內(nèi)聚 應(yīng)用服務(wù)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)建立主從服務(wù)應(yīng)對突發(fā)事件 技術(shù)分析 安全性 1 系統(tǒng)采用多層架構(gòu) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與程序的完全分離 前臺與后臺的分離 界面與程序的分離 以保證數(shù)據(jù) 的安全性 能保證數(shù)據(jù)訪問的安全性 同時對關(guān)鍵數(shù)據(jù)采取訪問權(quán)限限制 能保證數(shù)據(jù)的完整性 一致性 和有效性 采用嚴(yán)格的操作員身份認(rèn)證機(jī)制 防止偽造身份人員冒用系統(tǒng)資源 嚴(yán)格管理員操作權(quán)限 防 止不合法操作 2 頁面生成 HTML 靜態(tài)頁面 3 備份 能夠定時進(jìn)行自動數(shù)據(jù)備份和手動備份 4 支持對用戶組 用戶設(shè)置不同級別的權(quán)限 權(quán)限能控制到具體站點(diǎn)的具體欄目的具體功能 5 系統(tǒng)帳號采用加密處理 具備登錄驗(yàn)證功能 6 系統(tǒng)接口要進(jìn)行身份認(rèn)證 同時認(rèn)證具有時效性 7 可進(jìn)行上傳文件限定 8 IP 訪問限制功能 可設(shè)置全站 子站的 IP 訪問限制 9 具有系統(tǒng)操作日志記錄功能 系統(tǒng)性能 系統(tǒng)支持無縫升級 支持百萬級的數(shù)據(jù)處理能力 正常情況下 WEB 并發(fā)使用用戶數(shù)量 400 在系統(tǒng)長時間運(yùn)行下仍能順暢訪問 動態(tài)頁面響時間 3 秒 實(shí)時數(shù)據(jù)的 NoSQL 的數(shù)據(jù)緩存 方便多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享 對特定的頁面及數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)緩存或進(jìn)行 DNS 加速處理 技術(shù)分析 系統(tǒng)接口 統(tǒng)一采用 WEB Api 方式 數(shù)據(jù)格式為 JSON 請求方式 POST 接口請求進(jìn)行簽名認(rèn)證 參考文獻(xiàn) 1 王曉敏 基于 互聯(lián)網(wǎng) 背景的我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略與 路徑 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017 16 322 325 2 王海宏 我國智慧農(nóng)業(yè)研究的現(xiàn)狀 問題與發(fā)展趨勢 J 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016 17 287 290 3 張毅 崔曉燕 基于云計(jì)算平臺的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘研究 J 軟件 2014 1 108 111 4 佟彩 基于3S技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)研究進(jìn)展 J 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2015 6 59 63 5 郭華 互聯(lián)網(wǎng) 農(nóng)業(yè) 的智慧農(nóng)業(yè)平臺建設(shè)研究 J 移動通 信 2017 9 24 28 6 甘甜 互聯(lián)網(wǎng) 背景下傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型路徑研究 J 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì) 2017 6 8 10 7 顧成喜 云平臺下智慧農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 計(jì) 算機(jī)測量與控制 2017 3 166 169 8 鄭勇 智慧農(nóng)業(yè)云平臺建設(shè)探索與實(shí)踐 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 21 33 37 9 羅興賢 一種智慧農(nóng)業(yè)平臺解決方案 J 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2018 5 167 169 10 何翠榮 互聯(lián)網(wǎng) 下的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究 J 江西農(nóng) 業(yè) 2018 18 57 58 11 王蘭蕓 發(fā)展基于 互聯(lián)網(wǎng) 的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品探 析 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2017 14 247 12 楊衛(wèi)中 基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng) J 農(nóng)業(yè)機(jī) 械學(xué)報(bào) 2019 1 250 254 13 馮偉 淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程灌溉技術(shù)研究 J 治淮 2018 9 36 37