作者簡(jiǎn)介：杜朋軒（1991—），男，碩士，講師，研究方向?yàn)檐浖夹g(shù)。

陳芳（1975—），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)。

曹夢(mèng)川（1990—），男，碩士，助教，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄堋?/p>

基金項(xiàng)目：第一批校級(jí)教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)立項(xiàng)建設(shè)（寧職院發(fā)（ 2022 ） 16號(hào)）。

摘 要：我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，其生產(chǎn)環(huán)境具備物品多樣化、分布范圍廣泛化等特點(diǎn)，并且農(nóng)業(yè)種植地點(diǎn)位于農(nóng)村，交通不便利，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不發(fā)達(dá)，因此在信息采集方面會(huì)比較困難。正是因?yàn)樾畔⒉杉貌粔蚓珳?zhǔn)、快速，使得很多農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況無(wú)法第一時(shí)間反饋給農(nóng)戶(hù)，讓其根據(jù)農(nóng)作物的實(shí)際情況來(lái)去做一些調(diào)整，以此來(lái)保證農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。而隨著我國(guó)信息技術(shù)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)運(yùn)而生，一種基于Java Web為主的智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)逐漸被設(shè)計(jì)出來(lái)，并實(shí)踐到智慧農(nóng)業(yè)中，幫助農(nóng)戶(hù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行監(jiān)護(hù)，有效地保證了農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量?；诖?，對(duì)基于Java Web的智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：Java Web" 農(nóng)業(yè)信息" 采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)" 智慧農(nóng)業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

Abstract： As a major agricultural country， China's production environment is characterized by diversified items and wide distribution， and agricultural planting sites are located in rural areas with inconvenient transportation and undeveloped network technology， so it is difficult to collect information. It is precisely because information collection is not precise and fast enough that the growth status of many crops cannot be reported to farmers in a timely manner， so that they can make some adjustments based on the actual situation of crops to ensure the production quality and yield of crops. With the development of information technology in China， smart agriculture has emerged. A smart agriculture information collection system based on Java Web has been gradually designed and applied to smart agriculture to help farmers monitor crops， which effectively ensures the production quality and yield of crops. Based on this， this article studies the design of the smart agriculture information collection system based on Java Web.

Key Words： Java Web; Agricultural information; Design of the collection system; Smart agriculture

近幾年，我國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)一直在致力于智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以此來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，節(jié)省人力，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，使滯后的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展，讓現(xiàn)代農(nóng)業(yè)變得更加精準(zhǔn)和高效。而發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)離不開(kāi)信息技術(shù)的支持，將信息技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不僅可以提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，還能改善農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展水平。信息技術(shù)包括各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能傳感器、光感掃描、3S技術(shù)智能裝備、遙感設(shè)備等，將其跟農(nóng)產(chǎn)品結(jié)合在一起，可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤、定位、識(shí)別以及信息交換等。隨著我國(guó)信息技術(shù)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)的信息采集方式變得更加簡(jiǎn)單、編輯、自動(dòng)化、智慧化。信息采集主要是采集農(nóng)作物的背景環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)、生長(zhǎng)狀態(tài)、投入品、設(shè)備設(shè)施、農(nóng)產(chǎn)品加工、保存、檢驗(yàn)檢疫、農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境、水文環(huán)境等，然后對(duì)這些信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并將分析到的結(jié)果傳輸?shù)街腔坜r(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，以便參考[1-2]。信息采集的方式有很多種，如手工錄入、手機(jī)App、RFID掃描、GPS，以及遙感解析等方式，每一種方式都有自己的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，而本文研究的是基于Java Web為主的智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)為智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供參考。

1" 智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的基本概述

智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)主要是采集農(nóng)作物的相關(guān)信息，如農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，空氣的濕度、光照度、二氧化碳的含量、土壤的濕度、pH值、水流量、水的pH值、含氮量、體溫、直徑、厚度等，因此，該系統(tǒng)需要具備隨身、音像、掃描、廉價(jià)、GPS、App等各種特點(diǎn)功能。例如：隨身，即其需要隨時(shí)隨地地監(jiān)測(cè)農(nóng)間地頭的實(shí)際情況；音像，即需要通過(guò)錄音、照片或者視頻的方式來(lái)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的記錄；掃描，即快速地識(shí)別、讀取數(shù)據(jù)信息；廉價(jià)，即要性?xún)r(jià)比高的信息采集；App，即需要通過(guò)手機(jī)App即可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的功能；GPS，即需要有定位、自動(dòng)記錄位置或者路線的功能[2]。

2" Java Web基本概述

Java是一門(mén)編程語(yǔ)言，其屬于一種跨平臺(tái)，并且適用于分布式計(jì)算環(huán)境的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。Web是則是跨平臺(tái)的分布式圖形信息系統(tǒng)，其建立在Internet上的一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為瀏覽者提供圖形化的服務(wù)。而基于Java Web為基礎(chǔ)的智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)則是一種基于超文本和HTTP的、全球性的、動(dòng)態(tài)交互的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，其具備簡(jiǎn)單性、安全性、動(dòng)態(tài)性、高性能，以及多線程性等特點(diǎn)。用Java Web編寫(xiě)的程序可以不用做任何的修改便可以在不同的平臺(tái)上投入使用。

3" 基于Java Web智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1" 總體方案

因?yàn)橹腔坜r(nóng)業(yè)對(duì)于信息采集的要求比較高，既要求信息采集效率，也要求信息采集質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)需要具備幾種功能：（1）基礎(chǔ)功能，即智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)需要具備獲取農(nóng)作物生產(chǎn)時(shí)的空氣、溫度、濕度、土壤的濕度、雨水傳感器、人體紅外傳感器、異常狀態(tài)報(bào)警器等這些基礎(chǔ)的功能；（2）遠(yuǎn)程控制，即該系統(tǒng)需要獲取傳感器數(shù)據(jù)，并可以遠(yuǎn)程對(duì)這些進(jìn)行控制；（3）報(bào)警，即該系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)地發(fā)布室內(nèi)的異常狀態(tài)，并且通過(guò)控制信號(hào)燈的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警；（4）該系統(tǒng)要有App，方便相關(guān)人員通過(guò)手機(jī)就可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)，以及農(nóng)作物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行獲取，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[3]。

3.2" 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為4個(gè)模塊，即客戶(hù)端、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)和傳感器，詳見(jiàn)圖1。其中客戶(hù)端即為Java Web 應(yīng)用；服務(wù)器由Java Web將采集到的信息通過(guò)TCP傳輸?shù)街窃茢?shù)據(jù)中心，或者從智云數(shù)據(jù)中心通過(guò)TCP來(lái)獲取相應(yīng)的信息。又或者通過(guò)TCP向網(wǎng)關(guān)傳輸和獲取相應(yīng)的信息；網(wǎng)關(guān)包括網(wǎng)關(guān)智云服務(wù)和無(wú)線匯集節(jié)點(diǎn)。由網(wǎng)關(guān)將信息傳輸或者獲取到無(wú)線終端的節(jié)點(diǎn)，再由無(wú)線終端節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取和傳遞農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息，如氣象站的雨水、風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度，以及土壤溫度、水分、傳感器等。

通過(guò)圖1可以看出，基于Java Web智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)應(yīng)用傳感器底層驅(qū)動(dòng)包括兩個(gè)部門(mén)，即氣象站和土壤，在信息傳輸過(guò)程中，由無(wú)線節(jié)點(diǎn)通過(guò)讀取傳感器數(shù)據(jù)的方式，將信息匯集成一個(gè)組網(wǎng)通信，然后再將組網(wǎng)通信里的數(shù)據(jù)通過(guò)智慧云服務(wù)推送到遠(yuǎn)程智云數(shù)據(jù)中心，或者推動(dòng)到局域網(wǎng)，再由智云數(shù)據(jù)中心將接收的信息通過(guò)智云服務(wù)程序上傳至無(wú)線節(jié)點(diǎn)后，將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，等其跟客戶(hù)端進(jìn)行連接時(shí)就可以實(shí)時(shí)地對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)和控制[4]。

3.3" 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)——以智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)為例

3.3.1" 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)原理需要分為兩個(gè)層面，即應(yīng)用層和服務(wù)層，詳見(jiàn)表1。其中應(yīng)用層需要有環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、統(tǒng)計(jì)分析、自動(dòng)報(bào)警和圖標(biāo)顯示；服務(wù)層包括統(tǒng)一門(mén)戶(hù)、統(tǒng)一門(mén)戶(hù)管理、數(shù)據(jù)分析挖掘、環(huán)境信息接入、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)接入、系統(tǒng)應(yīng)用管理、環(huán)境信息比對(duì)、任務(wù)管理、系統(tǒng)終端管理。

3.3.2" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)時(shí)，需要設(shè)置4個(gè)模塊，即環(huán)境監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)、智慧云平臺(tái)、智能聯(lián)動(dòng)，詳見(jiàn)圖2。其中環(huán)境監(jiān)測(cè)又需要細(xì)分為7個(gè)模塊，即空氣溫度、空氣濕度、光照度、二氧化碳、土壤溫度、土壤濕度、土壤EC；監(jiān)控系統(tǒng)又可以細(xì)分為視頻監(jiān)控、字符疊加器、圖片采集3個(gè)模塊；智能云平臺(tái)又細(xì)分為自動(dòng)上傳、歷史記錄、數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警4個(gè)模塊；智能聯(lián)動(dòng)又細(xì)分為補(bǔ)光系統(tǒng)、遮光系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、卷簾系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)5個(gè)模塊[5]。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨時(shí)監(jiān)控并調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境指數(shù)，提供給大棚內(nèi)植物精準(zhǔn)培育環(huán)境，有效提高生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)質(zhì)量，增加產(chǎn)值。并且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)，還能利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)來(lái)進(jìn)行多層次分析，有效地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)能力。

3.3.3 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）環(huán)境數(shù)據(jù)采集。智慧大棚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能硬件智能聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)組網(wǎng)，并對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。用戶(hù)通過(guò)電腦或者手機(jī)遠(yuǎn)程查看溫室的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照度、二氧化碳濃度、氧氣濃度等，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看溫室視頻監(jiān)控視頻，并可以保存錄像文件，防止農(nóng)作物被盜等狀況出現(xiàn)[6]。如某智慧大棚的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表2。表2為某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，其會(huì)對(duì)轄區(qū)內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行24小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)和搜集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)也會(huì)設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)有差異時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)響應(yīng)。

（2）智能控制。當(dāng)傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)超出設(shè)定值時(shí)，控制器制動(dòng)（或遠(yuǎn)程手動(dòng)）啟動(dòng)相關(guān)硬件設(shè)備對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境加熱、施肥澆水、通風(fēng)、卷簾加減光照輻射，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)過(guò)程智能化精確控制。

（3）灌溉及噴藥施肥控制。該系統(tǒng)下會(huì)形成一個(gè)水肥一體化灌溉系統(tǒng)，其包括4個(gè)模塊，即首部樞紐、施肥系統(tǒng)、灌水器、管網(wǎng)系統(tǒng)。其中：施肥系統(tǒng)又細(xì)分為灌溉系統(tǒng)和肥料混合系統(tǒng)，而灌溉系統(tǒng)又細(xì)分為灌溉泵、控制器、灌溉管網(wǎng)、穩(wěn)壓器、過(guò)濾器、電磁閥6個(gè)模塊；肥料混合系統(tǒng)又細(xì)分為肥料灌、電磁閥、混合灌、施肥器、傳感器、混合泵、控制器7個(gè)模塊；管網(wǎng)系統(tǒng)又細(xì)分為干管、支管和毛管。水肥一體灌溉系統(tǒng)，會(huì)根據(jù)植物生長(zhǎng)模式，可通過(guò)自動(dòng)、手動(dòng)方式進(jìn)行操作。匯集傳感器和氣象站所收集的數(shù)據(jù)，圖形化地直觀展示，用戶(hù)可自定義超限閾值，為優(yōu)化灌溉提供數(shù)據(jù)支撐。自動(dòng)分析傳感器和氣象站所收集的數(shù)據(jù)，用戶(hù)可根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能合理化澆灌[7]。

（4）遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。智慧大棚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的遠(yuǎn)程工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，讓用戶(hù)足不出戶(hù)遠(yuǎn)程控制溫室設(shè)備。可以自定義規(guī)則，讓整個(gè)溫室設(shè)備隨環(huán)境參數(shù)變化自動(dòng)控制，比如當(dāng)土壤濕度過(guò)低時(shí)，溫室灌溉系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)始澆水。提供手機(jī)客戶(hù)端，客戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)在任意地點(diǎn)遠(yuǎn)程控制溫室的所有設(shè)備。

（5）無(wú)線視頻監(jiān)控管理。大棚監(jiān)控室通過(guò)“無(wú)線視頻監(jiān)控管理云平臺(tái)”實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻采集、錄像回放和智能運(yùn)維，并為智能硬件數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)。

（6）可視化平臺(tái)應(yīng)用。系統(tǒng)界面可視化，直觀顯示各類(lèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，也可直接找到相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)可視化/便捷化管理。通過(guò)可視化平臺(tái)用戶(hù)既能全面獲取大棚監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，也能清晰地察看環(huán)境場(chǎng)景，大大提高了管理控制的靈活性[8]。

3.3.4" 基于Java Web智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的硬件保障

以土壤信息采集為例，硬件需要有土壤參數(shù)速測(cè)儀、土壤綜合傳感器、智壤儀、土壤氮磷鉀傳感器，可以對(duì)土壤的水分、溫度、EC、氮磷鉀、pH值、電導(dǎo)率等進(jìn)行快速的監(jiān)測(cè)和響應(yīng)，并且支持遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。智慧大鵬需要智慧氣象站系統(tǒng)、水肥一體機(jī)、執(zhí)行設(shè)備、采集設(shè)備、小型氣象站、百葉箱、太陽(yáng)總輻射測(cè)試儀、風(fēng)機(jī)、卷簾、水閥、增溫等先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備。智慧灌溉需要主閥、壓力變送器、水表、閥門(mén)控制、電磁閥、手機(jī)App，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)以及控制等操作。另外，還需要?dú)庀鬁囟葷穸葌鞲衅鳌h(huán)保類(lèi)設(shè)備、氣象類(lèi)傳感器等，以此來(lái)輔助Java Web智慧農(nóng)業(yè)信息采集軟件系統(tǒng)更好地服務(wù)于農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)工作[9-10]。

4" 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于Java Web智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制以及對(duì)農(nóng)田的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而提高農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。其中在環(huán)境感知方面，智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)可以搜集農(nóng)作物土壤環(huán)境的溫度、濕度、pH值、NPK等，并且還會(huì)對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的、連續(xù)的監(jiān)測(cè)；氣象信息方面，智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)可以搜集和監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、蒸發(fā)量等，并且對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行自由的定制；在作物長(zhǎng)勢(shì)方面，智慧農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)可以對(duì)各個(gè)階段生長(zhǎng)發(fā)育的農(nóng)作物的情況，如生理指標(biāo)、長(zhǎng)勢(shì)、長(zhǎng)相等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析，以及信息采集；在蟲(chóng)情監(jiān)測(cè)方面，采集系統(tǒng)還可以利用現(xiàn)代光電、數(shù)控技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析構(gòu)建出一套病蟲(chóng)害的預(yù)警系統(tǒng)；在智能灌溉系統(tǒng)方面，該系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化分析等方式來(lái)對(duì)灌溉設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，如定時(shí)灌溉、定量灌溉、定量排水等；以此在完善智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

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