基于云计算的智慧农业物联网云平台.pdf

2020 年 软 件 2020 V ol 41 No 1 第 41 卷 第 1 期 COMPUTER ENGINEERING Mobile Internet Cloud computing Agricultural inatization Agricultural automation 0 引言 智慧农业是农业生产的高级阶段 是集新兴的 互联网 移动互联网 云计算和物联网技术为一体 依托部署在农业生产现场的各种传感节点 环境温 湿度 土壤水分 二氧化碳 图像等 和无线通信 网络实现农业生产环境的智能感知 智能预警 智 能决策 智能分析 专家在线指导 为农业生产提 供精准化种植 可视化管理 智能化决策 1 2 智慧农业物联网解决方案根据作物生长的土壤 性状 调节对作物的投入 即一方面查清田块内部 的土壤性状与生产力空间变异 另一方面确定农作 物的生产目标 进行定位的 系统诊断 优化配方 技术组装 科学管理 调动土壤生产力 以最少的 或最节省的投入达到同等收入或更高的收入 并改 善环境 高效地利用各类农业资源 取得经济效益 和环境效益 3 4 1 系统架构 智慧农业物联网系统 利用现代信息技术准确 掌握大田作物生育进程和 四情 动态 对大田作 物苗情 墒情 病虫情 灾情以及大田作物各生育 翟凌宇等 基于云计算的智慧农业物联网云平台 259 软件 杂志欢迎推荐投稿 cosoft 阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析 5 7 对 大 田作物生产 田间管理和抗灾救灾进行快捷高效的 调度指挥 提高精细生产和田间管理的能力 及时 发现生产中存在的问题 制定大田作物管理技术对 策 提出大田管理意见或建议 更好地开展技术指 导 促进农业增产增收 8 9 下图 1 为系统架构图 图 1 系统架构图 Fig 1 System architecture diagram 2 基础架构 2 1 气象环境信息检测系统 气象环境信息可以通过小型气象站来检测 小 型气象站是一套完整的气象监测系统 特别适用于 小气候环境监测 通过搭配不同类型的智能型传感 器 可以实时采集户外的空气温湿度 光照 风速 风向等环境参数 10 环境信息可以实时直观展现在物联网平台 方 便管理人员通过列表 图表的方式查看详细环境信 息 也可以通过户外 LED 屏 集中显示各个环境参 数 同时还可以添加介绍 气象信息等 11 下图 2 为气象站实时数据界面 图 3 为气象站实时数据曲 线图界面 图 4 为气象站历史数据分析界面 2 2 土壤墒情监测与远程灌溉控制 土壤墒情监测系统主要负责采集土壤环境信 息 包括 土壤水分 土壤温度等环境信息 上传 至土壤墒情采集器并控制相关设备 12 墒情信息可 以实时直观展现在物联网平台 方便管理人员通过列 表 图表的方式查看详细墒情信息 也可以定时将采 集到的各种数据通过无线网络发送到其他监测平台 或者管理人员的手机上 随时随地都能了解土壤墒情 图 2 气象站实时数据界面 Fig 2 Real time data interface of meteorological station 第 41卷 第1 期 软 件 260 软件 杂志欢迎推荐投稿 cosoft 图 3 气象站实时数据曲线图界面 Fig 3 Real time data curve interface of meteorological station 图 4 气象站历史数据分析界面 Fig 4 Historical data analysis interface of meteorological station 远程智能灌溉系统分为手动控制和自动控制 手动控制功能和自动控制功能能够任意切换 当选 择手动控制功能时 通过物联网平台控制电脑或者 手机 APP 就能远程手动控制浇灌系统开和关 当选 择自动控制功能时 可通过在物联网平台控制电脑 设置开启和关闭浇灌系统阀值 当土壤水分低于下 限值时 就能延时自动开启浇灌系统 13 当土壤水 分高于上限值时 也能延时自动关闭交管系统 下 图 5 为土壤墒情监测与远程灌溉控制系统图 2 3 可视化监控系统 作为数据信息的有效补充 基于网络技术和视 频信号传输技术 对植物状况和健康状况进行全天 候视频监控 该系统采用 B S 服务体系结构 实现 应用处理功能分布在网络上 云平台服务端提供数 据存储 数据处理能力 客户端提供用户服务 由 网络型视频服务器 高分辨率摄像头组成 网络型 视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输 并实现远程的网络视频服务 在已有 Internet 上 只 翟凌宇等 基于云计算的智慧农业物联网云平台 261 软件 杂志欢迎推荐投稿 cosoft 图 5 土壤墒情监测与远程灌溉控制系统图 Fig 5 Soil moisture monitoring and remote irrigation control system chart 要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访 问 实现多点 在线 便捷的监测方式 可以实时 查看园区内安全状况和农作物长势 3 物联网平台 通过安装在农业基地的各种传感设备 实时采 集监控区域内的空气温度 湿度 光照 土壤水分 土壤温度 风速 实时视频等数据 并将数据通过 网络传输给农业平台 平台可对相应数据进行分析 处理 本系统针对目前种植环境指标监测困难 手段 落后等缺点 将物联网技术应用到农业领域 以终 端模块作为物联网的感知层 采集温室内空气温度 空气湿度 土壤温度 土壤湿度 二氧化碳浓度和 光照强度等 利用以太网 GPRS 3G 等网络技术 作为物联网的网络层 实时将种植环境参数传输到 以管理软件平台为核心的物联网应用层 实现温室 环境信息的实时监测 当监测到环境参数超标时 监测平台提示警报或通过短信方式向种植户报警 即使人身在千里之外也可以通过互联网 手机实时 查看环境状态 用户使用手机或电脑登录系统后 可以实时查询监控区域内的各项环境参数 历史温 湿 度曲线 历史操作记录等信息 为用户处理当 前监控区域内的情况提供数据参考 如图 6 所示 4 结语 智慧农业是我国农业现代化发展的必然趋势 物联网 云计算等技术的应用 打破农业市场的时 空地理限制 农资采购和农产品流通等数据将会得 到实时监测和传递 有效解决信息不对称问题 智 慧农业与现代生物技术 种植技术等高新技术融合 于一体 对建设世界水平农业具有重要意义 智慧 农业的发展 已经初步形成了政府引导 社会支持 市场推动和农民投入的良性运行机制 当前智慧农 业 有丰富的资源 成熟的技术和广阔的市场 具 备了进一步发展的基础 也蕴藏着巨大的潜力 图 6 系统拓扑图 Fig 6 System topology diagram 第 41卷 第1 期 软 件 262 软件 杂志欢迎推荐投稿 cosoft 表 1 物联网平台技术分析 Tab 1 Technical analysis of internet of things plat 系统框架 系统中的各子系统独立运行 互不干扰 支持分布式布署 数据展示与后台管理分离 数据库服务器与应用服务器独立 数据库数据实现定时备份 备份异地存储 数据呈现与数据处理分离 系统各模块间实现低耦合高内聚 应用服务与数据库服务建立主从服务应对突发事件 技术分析 安全性 1 系统采用多层架构 实现数据与程序的完全分离 前台与后台的分离 界面与程序的分离 以保证数据 的安全性 能保证数据访问的安全性 同时对关键数据采取访问权限限制 能保证数据的完整性 一致性 和有效性 采用严格的操作员身份认证机制 防止伪造身份人员冒用系统资源 严格管理员操作权限 防 止不合法操作 2 页面生成 HTML 静态页面 3 备份 能够定时进行自动数据备份和手动备份 4 支持对用户组 用户设置不同级别的权限 权限能控制到具体站点的具体栏目的具体功能 5 系统帐号采用加密处理 具备登录验证功能 6 系统接口要进行身份认证 同时认证具有时效性 7 可进行上传文件限定 8 IP 访问限制功能 可设置全站 子站的 IP 访问限制 9 具有系统操作日志记录功能 系统性能 系统支持无缝升级 支持百万级的数据处理能力 正常情况下 WEB 并发使用用户数量 400 在系统长时间运行下仍能顺畅访问 动态页面响时间 3 秒 实时数据的 NoSQL 的数据缓存 方便多系统的数据共享 对特定的页面及数据进行系统缓存或进行 DNS 加速处理 技术分析 系统接口 统一采用 WEB Api 方式 数据格式为 JSON 请求方式 POST 接口请求进行签名认证 参考文献 1 王晓敏 基于 互联网 背景的我国智慧农业发展策略与 路径 J 江苏农业科学 2017 16 322 325 2 王海宏 我国智慧农业研究的现状 问题与发展趋势 J 安徽农业科学 2016 17 287 290 3 张毅 崔晓燕 基于云计算平台的物联网数据挖掘研究 J 软件 2014 1 108 111 4 佟彩 基于3S技术的智慧农业研究进展 J 山东农业大学 学报 自然科学版 2015 6 59 63 5 郭华 互联网 农业 的智慧农业平台建设研究 J 移动通 信 2017 9 24 28 6 甘甜 互联网 背景下传统农业向智慧农业转型路径研究 J 农业经济 2017 6 8 10 7 顾成喜 云平台下智慧农业传感网络的设计与实现 J 计 算机测量与控制 2017 3 166 169 8 郑勇 智慧农业云平台建设探索与实践 J 农业工程技术 2018 21 33 37 9 罗兴贤 一种智慧农业平台解决方案 J 数字技术与应用 2018 5 167 169 10 何翠荣 互联网 下的智慧农业气象服务研究 J 江西农 业 2018 18 57 58 11 王兰芸 发展基于 互联网 的智慧农业气象服务产品探 析 J 现代农业科技 2017 14 247 12 杨卫中 基于窄带物联网的土壤墒情监测系统 J 农业机 械学报 2019 1 250 254 13 冯伟 浅谈基于物联网的远程灌溉技术研究 J 治淮 2018 9 36 37