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 informatization 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 platform 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