基于云計算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺.pdf

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) 云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術為一體 依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點 環(huán)境溫 濕度 土壤水分 二氧化碳 圖像等 和無線通信 網(wǎng)絡實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知 智能預警 智 能決策 智能分析 專家在線指導 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提 供精準化種植 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 調節(jié)對作物的投入 即一方面查清田塊內部 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 進行定位的 系統(tǒng)診斷 優(yōu)化配方 技術組裝 科學管理 調動土壤生產(chǎn)力 以最少的 或最節(jié)省的投入達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)濟效益 和環(huán)境效益 3 4 1 系統(tǒng)架構 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 利用現(xiàn)代信息技術準確 掌握大田作物生育進程和 四情 動態(tài) 對大田作 物苗情 墑情 病蟲情 災情以及大田作物各生育 翟凌宇等 基于云計算的智慧農(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) 田間管理和抗災救災進行快捷高效的 調度指揮 提高精細生產(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對 策 提出大田管理意見或建議 更好地開展技術指 導 促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收 8 9 下圖 1 為系統(tǒng)架構圖 圖 1 系統(tǒng)架構圖 Fig 1 System architecture diagram 2 基礎架構 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 可以實時采集戶外的空氣溫濕度 光照 風速 風向等環(huán)境參數(shù) 10 環(huán)境信息可以實時直觀展現(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 為氣象站實時數(shù)據(jù)界面 圖 3 為氣象站實時數(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)測與遠程灌溉控制 土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)主要負責采集土壤環(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設備 12 墑情信息可 以實時直觀展現(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)絡發(fā)送到其他監(jiān)測平臺 或者管理人員的手機上 隨時隨地都能了解土壤墑情 圖 2 氣象站實時數(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 APP 就能遠程手動控制澆灌系統(tǒng)開和關 當選 擇自動控制功能時 可通過在物聯(lián)網(wǎng)平臺控制電腦 設置開啟和關閉澆灌系統(tǒng)閥值 當土壤水分低于下 限值時 就能延時自動開啟澆灌系統(tǒng) 13 當土壤水 分高于上限值時 也能延時自動關閉交管系統(tǒng) 下 圖 5 為土壤墑情監(jiān)測與遠程灌溉控制系統(tǒng)圖 2 3 可視化監(jiān)控系統(tǒng) 作為數(shù)據(jù)信息的有效補充 基于網(wǎng)絡技術和視 頻信號傳輸技術 對植物狀況和健康狀況進行全天 候視頻監(jiān)控 該系統(tǒng)采用 B S 服務體系結構 實現(xiàn) 應用處理功能分布在網(wǎng)絡上 云平臺服務端提供數(shù) 據(jù)存儲 數(shù)據(jù)處理能力 客戶端提供用戶服務 由 網(wǎng)絡型視頻服務器 高分辨率攝像頭組成 網(wǎng)絡型 視頻服務器主要用以提供視頻信號的轉換和傳輸 并實現(xiàn)遠程的網(wǎng)絡視頻服務 在已有 Internet 上 只 翟凌宇等 基于云計算的智慧農(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)用戶權限進行遠程的圖像訪 問 實現(xiàn)多點 在線 便捷的監(jiān)測方式 可以實時 查看園區(qū)內安全狀況和農(nóng)作物長勢 3 物聯(lián)網(wǎng)平臺 通過安裝在農(nóng)業(yè)基地的各種傳感設備 實時采 集監(jiān)控區(qū)域內的空氣溫度 濕度 光照 土壤水分 土壤溫度 風速 實時視頻等數(shù)據(jù) 并將數(shù)據(jù)通過 網(wǎng)絡傳輸給農(nóng)業(yè)平臺 平臺可對相應數(shù)據(jù)進行分析 處理 本系統(tǒng)針對目前種植環(huán)境指標監(jiān)測困難 手段 落后等缺點 將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到農(nóng)業(yè)領域 以終 端模塊作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層 采集溫室內空氣溫度 空氣濕度 土壤溫度 土壤濕度 二氧化碳濃度和 光照強度等 利用以太網(wǎng) GPRS 3G 等網(wǎng)絡技術 作為物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層 實時將種植環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)?以管理軟件平臺為核心的物聯(lián)網(wǎng)應用層 實現(xiàn)溫室 環(huán)境信息的實時監(jiān)測 當監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)超標時 監(jiān)測平臺提示警報或通過短信方式向種植戶報警 即使人身在千里之外也可以通過互聯(lián)網(wǎng) 手機實時 查看環(huán)境狀態(tài) 用戶使用手機或電腦登錄系統(tǒng)后 可以實時查詢監(jiān)控區(qū)域內的各項環(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 前監(jiān)控區(qū)域內的情況提供數(shù)據(jù)參考 如圖 6 所示 4 結語 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) 云計算等技術的應用 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 種植技術等高新技術融合 于一體 對建設世界水平農(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 社會支持 市場推動和農(nóng)民投入的良性運行機制 當前智慧農(nóng) 業(yè) 有豐富的資源 成熟的技術和廣闊的市場 具 備了進一步發(fā)展的基礎 也蘊藏著巨大的潛力 圖 6 系統(tǒng)拓撲圖 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)獨立運行 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)庫服務器與應用服務器獨立 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實現(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)各模塊間實現(xiàn)低耦合高內聚 應用服務與數(shù)據(jù)庫服務建立主從服務應對突發(fā)事件 技術分析 安全性 1 系統(tǒng)采用多層架構 實現(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 同時對關鍵數(shù)據(jù)采取訪問權限限制 能保證數(shù)據(jù)的完整性 一致性 和有效性 采用嚴格的操作員身份認證機制 防止偽造身份人員冒用系統(tǒng)資源 嚴格管理員操作權限 防 止不合法操作 2 頁面生成 HTML 靜態(tài)頁面 3 備份 能夠定時進行自動數(shù)據(jù)備份和手動備份 4 支持對用戶組 用戶設置不同級別的權限 權限能控制到具體站點的具體欄目的具體功能 5 系統(tǒng)帳號采用加密處理 具備登錄驗證功能 6 系統(tǒng)接口要進行身份認證 同時認證具有時效性 7 可進行上傳文件限定 8 IP 訪問限制功能 可設置全站 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)長時間運行下仍能順暢訪問 動態(tài)頁面響時間 3 秒 實時數(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)進行系統(tǒng)緩存或進行 DNS 加速處理 技術分析 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 接口請求進行簽名認證 參考文獻 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 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 2016 17 287 290 3 張毅 崔曉燕 基于云計算平臺的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘研究 J 軟件 2014 1 108 111 4 佟彩 基于3S技術的智慧農(nóng)業(yè)研究進展 J 山東農(nóng)業(yè)大學 學報 自然科學版 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)轉型路徑研究 J 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟 2017 6 8 10 7 顧成喜 云平臺下智慧農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn) J 計 算機測量與控制 2017 3 166 169 8 鄭勇 智慧農(nóng)業(yè)云平臺建設探索與實踐 J 農(nóng)業(yè)工程技術 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)字技術與應用 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 械學報 2019 1 250 254 13 馮偉 淺談基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程灌溉技術研究 J 治淮 2018 9 36 37