基于大數據的桑樹新品種選育技術研究

王楊 蔣巍 王莉莉

摘? ?要：提出了在物聯網環境下桑樹新品種選育技術集成模型，開發Hadoop廉價PC機集群下的智慧農業數據云倉庫，通過各類感知設備收集相關數據，對數據進行及時、有效、可靠的存儲、訪問及分析。應用云存儲、數據的管理機制、推理機制、解釋機制、人工智能等技術開發總結一整套桑樹新品種選育流程，形成農業新品種選育技術集成模型，滿足農業研究應用的需求。

關鍵詞：大數據;人工智能;桑樹新品種

文章編號： 1005-2690（2020）16-0016-02? ? ? ?中圖分類號： S888.3? ? ? ?文獻標志碼： B

黑龍江省是我國的農業大省，地處高寒地區，生長期短、四季溫度差異大，對作物的抗寒性要求較高，因此需要選育適合的品種種植，品種的選育技術至關重要。在物聯網環境下，基于大數據的桑樹新品種選育技術模型研究，符合國務院和黑龍江省人民政府“兩江”平原產業政策鼓勵優先發展項目建設大農業的要求，還可以廣泛應用于農業種植、退耕還林、綠化造林、旅游采摘、防風固沙、小流域溝壑治理、輕鹽堿地治理等領域。

1? ?新品種選育模型概述

1.1? ?系統整體架構

整個系統由感知層、網絡層、業務層部分組成，系統結構如圖1所示。感知層用于信息的獲取和控制，網絡層用于信息的傳輸，業務層用于對所獲取信息的智能處理和綜合應用。傳感數據采集系統主要負責農作物大棚的環境數據采集，環境控制作用是接收指令，控制通風、降溫、加溫、補光、遮陽等功能。ZigBee無線傳感網將傳感器數據傳送給終端節點，與協調節點組成星型無線局域網，遠程網關與云服務平臺進行遠程數據傳輸。基于中國移動網絡將測量數據傳輸到遠程云服務平臺，云服務平臺將采集指令發給現場中央采集單元處理器，采集單元處理器接收指令后指揮現場傳感器開展數據采集。

1.2? ?感知層

農業生產物聯網的信息采集，以傳感器、RFID、一維/二維碼、多媒體采集等接入設備為主。農業生產物聯網主要采集5種數據，傳感器采集信號0～3.3 V、 4～20 mA，包括CO2濃度、土壤濕度、土壤pH傳感數據、照度、大氣環境溫濕度。

為了實現環境控制，根據農作物生長條件，云服務平臺可通過Web瀏覽器或手機APP軟件遠程控制風機、水簾、補光燈、加熱裝置、CO2發生器、灌溉裝置等。

1.3? ?網絡層

網絡層的主要任務是把信息通過網絡傳輸到存儲云服務器平臺端，運用了遠距離與近距離數據傳輸技術、自組織網絡技術、協同信息處理技術等[1]。通過互聯網、通信網、承接網作為傳輸媒介構成信息傳輸通道。

1.4? ?業務層

由圖2可以看到，云平臺的網絡構成包括網絡負載均衡器、防火墻、三層交換機。采用單獨的備份服務器搭配備份軟件，將數據庫文件備份至專門的備份存儲設備中，提升冗余性，預防單點故障。

感知網絡會產生大量數據，這些數據要保留多年，數據量將達到PB級。為了滿足系統對處理數據的要求，選用開放式Hadoop作為系統大數據處理的平臺，對Hadoop的性能進行參數優化，建立了可視化監控、數據分析系統[2]。建立推理機系統，采用了似然推理、演譯推理和近似推理等方法，推理策略采用正向和反向雙向兩種。推理方式采用閾值理論和模糊推理模式。遺傳過程的具體解釋，求解時給出一般的解法，從問題的領域目標和領域問題規則的層次得出結果[3]。

2? ?應用實例

目前本系統已經成功在某市農科院所得到應用測試，應用于桑樹新品種選育，所選育的優良的果桑新品系，抗寒性、產果量、果質都有明顯的改善和提高，適宜高寒地區栽種，從2014年起系統進入全省適應區域試驗育種程序。

新品種嫁接體愈合的環境直接影響嫁接成活率。必須保證育種環境的共性。棚室調控：蓋膜前應提早澆1次透地水，保證根部正常的水分供應及棚體內空氣濕度的補充，果桑發芽前棚內相對濕度應保持在85%以上，開花期則要控制棚內相對濕度，一般掌握在50%左右，坐果后棚內濕度提高到70%左右。開始升溫時白天一般掌握在15～18 ℃，最高不超過25 ℃。開始顯露果穗時白天控制溫度在27 ℃左右，最高不超過32 ℃，夜間溫度調整到15～18 ℃[4]。

采集30個野生桑樹類型，包括依蘭縣野生系列、寧安縣野生系列、扎賚特旗系列、雙城縣野生系列、鏡泊湖野生系列。經嫁接成無性系后建立田間比較園，每一類型20株，重復3次。各類型相互比較，從葉質、產果量、果質、抗寒性、抗病性多方面進行分析。

經過連續3年的培育和數據收集，依蘭16號在高寒地區栽培具有相當大的實用價值，如表1所示。

3? 結論

桑樹新品種選育是相當復雜的過程，數據龐大、成功率低，優良品種的選育相當困難，成功地選育優良品種將為農業生產作出巨大貢獻[5]。基于物聯網的品種選育技術集成系統，利用大數據、云計算等技術，旨在提高選育精度、縮短培育周期、簡化作業流程、提高作物產量，為智慧農業的發展助力。

參考文獻：

[ 1 ] 莫榮利，李勇，于翠，等.桑樹生態系統服務功能研究進展[J].湖北農業科學，2016（13）.

[ 2 ] 王鈺婷，李瑞雪，夏家鳳，等.桑樹的經濟價值及其在生態保護中的應用[J].中國市場，2017（11）.

[ 3 ] 杜偉，陳松，劉永輝，等.13個桑樹品種的農藝性狀及抗逆性比較[J].南方農業學報，2016（12）.

[ 4 ] 賴宗玉.桑樹冬季管理技術要點[J].四川蠶業，2013（4）.

[ 5 ] 蔣巍，王楊.針對黑客滲透思維制定Web服務器安全防護策略[J].網絡空間安全，2018（Z5）.