農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓兵 許張衡

摘要：當(dāng)前智慧溫室大棚系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)的綜合利用率低，種植經(jīng)驗(yàn)與果蔬生長過程數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致無法更好的控制果蔬的生長過程環(huán)境的數(shù)據(jù)。該文通過智慧大屏的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對大棚農(nóng)作物生長過程環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)溫室大棚果蔬的種植環(huán)境的過程優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法能夠有效地提升對大棚作物的監(jiān)控，對果蔬的種植管理有較好的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)大棚;監(jiān)控系統(tǒng);大屏監(jiān)控;環(huán)境參數(shù);生長過程

中圖分類號： TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0067-02

Abstract： In view of the low comprehensive utilization rate of the process data of the current intelligent greenhouse system， the planting experience and fruit and vegetable growth process data can not be monitored in real time. It leads to no better control of the growth process of fruits and vegetables environmental data. In this paper， the intelligent large screen monitoring system is used to realize the real-time tracking of greenhouse crop growth process environmental parameters. It has realized the process optimization of greenhouse fruit and vegetable planting environment. Experiments show that this method can effectively improve the greenhouse crop monitoring， and has a good improvement on the planting management of fruits and vegetables.

Key words： agricultural greenhouse; monitoring system; large screen monitoring; environmental parameters; growth process

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在大棚方面的應(yīng)用越來越廣，管理水平越來越高，由于大棚有極好的保溫效果，能使蔬菜提前上市或反季節(jié)上市，為種植企業(yè)帶來可觀的收益。然而，目前很多大棚還停留在自動化的初級階段，僅僅依靠簡單的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大棚的種植環(huán)境的穩(wěn)定，無法實(shí)現(xiàn)對不同果蔬對環(huán)境的不同要求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的環(huán)境控制[1]。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，就需要一個(gè)專門的農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)主要解放了人們的雙手，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)和設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警并做出智能決策[2]。

1智慧大棚信息化系統(tǒng)的不足

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”技術(shù)的日益發(fā)展，農(nóng)業(yè)的智能化和信息化建設(shè)顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中，采用的都是自耕自收的方式，需要消耗大量的人力物力，而且效率低下。而通過農(nóng)業(yè)智慧信息系統(tǒng)的建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)對大棚的有效監(jiān)控和管理。

對于集團(tuán)化的大規(guī)模種植，則需要對整個(gè)的種植環(huán)境和各類參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，引入大屏監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高管駕駛艙的重要途徑，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)，以及各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的信息，超出閾值的數(shù)據(jù)還能及時(shí)高亮來提醒用戶。根據(jù)農(nóng)作物的生長還狀態(tài)，開啟或關(guān)閉指定的設(shè)備。

農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)解放了人們的雙手，不用凡事都親力親為。大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，例如空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環(huán)境因子對農(nóng)作物的生長有很大的影響[3]。在監(jiān)視這些環(huán)境因素以及設(shè)備的狀態(tài)和預(yù)警信息等方面，農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮出越來越大的作用[4]。

農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控棚內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環(huán)境參數(shù)，再根據(jù)農(nóng)作物的生長進(jìn)行決策[5]，從而開啟或者關(guān)閉指定的設(shè)備還能做到超出閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)高亮提醒用戶等。

2 智慧監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要消耗大量的人力物力，而通過農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)可以降低人力消耗，提高生產(chǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)檢測，科學(xué)種植，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際的需要開發(fā)的，它的目標(biāo)非常明確，即通過建立農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)，把農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)的自耕自收，依靠大量人力物力的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)為依靠現(xiàn)代智能化的生產(chǎn)設(shè)備來生產(chǎn)的模式[6]。

系統(tǒng)功能需求整體上分為大棚信息管理和棚內(nèi)數(shù)據(jù)管理，其中大棚信息管理包括顯示多個(gè)大棚的基本信息，比如名稱，地點(diǎn)，大小，品種，產(chǎn)量，價(jià)格，銷量等等功能、棚內(nèi)數(shù)據(jù)管理部分包括實(shí)時(shí)展示與刷新大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，比如空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環(huán)境參數(shù)，還包括超出閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)高亮提醒用戶，以及大棚內(nèi)的各個(gè)設(shè)備，如滴灌水龍頭、棉被、通風(fēng)、光照、暖氣的設(shè)備狀態(tài)刷新等功能。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)采用JSP + Mysql + Ajax + Echarts開發(fā)，首先通過Jdbc鏈接到數(shù)據(jù)庫，然后獲取到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的MVC模式，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為View層、Controller層、Service層、DAO層四層。整個(gè)架構(gòu)運(yùn)行流程如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

構(gòu)建完善成熟的農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括該系統(tǒng)頁面的布局方式以及主題的色彩還有數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)等方面，在系統(tǒng)的首頁中可以查看大棚的基本信息，例如大棚名稱、大棚地點(diǎn)、大棚品種、大棚產(chǎn)量、大棚面積、品種價(jià)格、品種銷量以及棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)和設(shè)備的狀態(tài)。存儲在后臺數(shù)據(jù)庫的信息有大棚基本信息、棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等。

所以，農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)包括大棚信息管理功能和棚內(nèi)數(shù)據(jù)管理功能，其中，大棚信息管理功能實(shí)現(xiàn)以下功能，查看大棚基本信息，比如大棚名稱、大棚地點(diǎn)、大棚面積、大棚品種、大棚產(chǎn)量、品種價(jià)格、品種銷量等，如圖2所示。

棚內(nèi)數(shù)據(jù)管理功能可以實(shí)現(xiàn)以下功能，如實(shí)時(shí)查看與修改大棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)、超出閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)高亮提醒用戶、大棚內(nèi)的各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)刷新。其中棚內(nèi)數(shù)據(jù)管理功能如圖3所示。

農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)的E-R模型主要包括：大棚基本信息表（記錄大棚的基本信息）、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)類型表（記錄空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、CO2濃度等）、采集數(shù)據(jù)表（實(shí)時(shí)記錄的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，這是系統(tǒng)查詢的主要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表）、預(yù)警信息表（系統(tǒng)中的預(yù)警、告警、錯(cuò)誤信息）、設(shè)備狀態(tài)表（各種設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)）、日志表等如圖4所示。

3 智慧監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)研究的是農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)它基于B/S架構(gòu)，主要使用的技術(shù)有Jsp、Mysql、Ajax、Echarts，使用的軟件為Eclipse。本系統(tǒng)可以查看大棚的基本信息，比如大棚產(chǎn)量，面積，農(nóng)作物品種，價(jià)格，銷量，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)以及設(shè)備的狀態(tài)信息，超出閾值的數(shù)據(jù)也能夠及時(shí)高亮提醒用戶。

系統(tǒng)中的圖表通過Jdbc鏈接到數(shù)據(jù)庫，然后獲取到數(shù)據(jù)庫中記錄的環(huán)境數(shù)據(jù)。之后在servlet中調(diào)用一些方法，將其轉(zhuǎn)換為Echarts可以識別的JSONArray類型。在視圖層里，通過Ajax的同步傳輸?shù)姆绞剑琔rl為跳轉(zhuǎn)的Servlet以及指定跳轉(zhuǎn)的方式為POST，通過執(zhí)行Servlet的方法來獲取數(shù)據(jù)。將待可視化的導(dǎo)入Echarts進(jìn)行初始化，通過調(diào)用方法獲取到Ajax中的數(shù)據(jù)，通過Option的設(shè)置進(jìn)行可視化。

棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)以及設(shè)備的狀態(tài)信息和超出閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)高亮提醒用戶等功能。大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)有空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤pH值和土壤EC值等參數(shù)環(huán)境。如果超出了設(shè)定的值，會高亮提醒用戶。系統(tǒng)實(shí)時(shí)刷新棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，可通過配置參數(shù)實(shí)現(xiàn)每3秒刷新一次數(shù)據(jù)，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，參考界面如圖5所示。

4 結(jié)束語

通過執(zhí)行CO2，濕度，光照、土壤溫度和濕度，土壤PH值以及土壤微量元素的含量過程數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)，可以獲取到相應(yīng)的線性回歸結(jié)果集。通過對各個(gè)環(huán)境參數(shù)的數(shù)學(xué)模塊進(jìn)行多次訓(xùn)練，最后返回溫室大棚的環(huán)境建議和當(dāng)前環(huán)境種植的分?jǐn)?shù)情況。

農(nóng)業(yè)智慧大屏監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)農(nóng)作物生長需要進(jìn)行實(shí)時(shí)智能決策，并自動開啟或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。通過該系統(tǒng)的部署實(shí)施，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動監(jiān)測、對設(shè)施進(jìn)行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法能夠有效地提升用戶對大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，對智慧農(nóng)業(yè)大棚的信息化建設(shè)水平的提升有很大的幫助。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】