摘要：農(nóng)業(yè)大棚的種植受到外部環(huán)境變化和農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程緩慢等原因影響，往往需要付出大量的人力。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚安全性差、效率較低，且耗時(shí)耗力。因此，農(nóng)業(yè)大棚轉(zhuǎn)向智能化發(fā)展迫在眉睫。如何監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，并遠(yuǎn)程操作大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照強(qiáng)度等影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素，對(duì)于智慧農(nóng)業(yè)大棚的建設(shè)有至關(guān)重要的意義。本文基于B/S架構(gòu)提出一個(gè)智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，闡述智慧農(nóng)業(yè)大棚的可行性，以期對(duì)農(nóng)業(yè)大棚和農(nóng)作物的發(fā)展產(chǎn)生積極作用。

　　關(guān)鍵詞：B/S架構(gòu)；智慧農(nóng)業(yè)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

　　0引言

　　隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚只能依靠人力來(lái)維護(hù)，較難實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，從而出現(xiàn)浪費(fèi)較多人力物力但大棚的產(chǎn)出效率較低、農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況無(wú)法達(dá)到預(yù)想水平的現(xiàn)象。在互聯(lián)網(wǎng)科技飛速發(fā)展的背景下，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，利用軟件體系原理不斷提高智慧大棚的效率和自動(dòng)化程度，為農(nóng)業(yè)從業(yè)人員減輕負(fù)擔(dān)，并對(duì)智慧農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展和農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況發(fā)揮積極作用。在此背景下，本文提出的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)，充分利用無(wú)線傳感器技術(shù)，結(jié)合易操作、可擴(kuò)展的軟硬件系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚的生產(chǎn)技術(shù)。通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)大棚中農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，以無(wú)線通信方式與大棚管理中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶在遠(yuǎn)程即可對(duì)大棚進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，從而提高智慧農(nóng)業(yè)大棚的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

　　1系統(tǒng)的B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)采用B/S架構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)從業(yè)人員在農(nóng)業(yè)大棚中的工作效率并減少工作強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)24h不間斷的監(jiān)控需求，滿足農(nóng)產(chǎn)品對(duì)于環(huán)境變化的需求和智慧農(nóng)業(yè)大棚的信息化管理。利用B/S的3層架構(gòu)模式，可以保障系統(tǒng)的可靠性和智慧大棚中農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的適宜度。本文提出的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)是一個(gè)Web應(yīng)用系統(tǒng)。以B/S的3層架構(gòu)為框架：底層為數(shù)據(jù)層；中間是業(yè)務(wù)處理層；最上層為表現(xiàn)層。系統(tǒng)通過(guò)瀏覽器顯示給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者。具體架構(gòu)如圖1所示。

　　1.1.1表現(xiàn)層

　　本系統(tǒng)的表現(xiàn)層主要負(fù)責(zé)用戶界面的顯示與交互，由B/S架構(gòu)系統(tǒng)中的Web瀏覽頁(yè)面實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)或操作的傳入和傳出。表現(xiàn)層接收來(lái)自業(yè)務(wù)層中數(shù)據(jù)處理的結(jié)果后，通過(guò)本層的瀏覽器向用戶展示大棚內(nèi)的監(jiān)控視頻，包括農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境溫度、光照、氣體濃度和土壤濕度等數(shù)據(jù)，使用戶能夠清楚理解農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的環(huán)境改變和農(nóng)作物生長(zhǎng)情況。同時(shí)表現(xiàn)層可以合理接收用戶的操作需求，向業(yè)務(wù)處理層發(fā)出調(diào)整影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素的信號(hào)。因此，表現(xiàn)層既可掌握大棚的工作狀態(tài)，也可下發(fā)用戶命令。

　　1.1.2業(yè)務(wù)處理層

　　業(yè)務(wù)處理層采用合適的算法、Hadoop離線緩存的大數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，處理數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)功能要求。業(yè)務(wù)處理層會(huì)與上下層進(jìn)行交互。用戶通過(guò)表現(xiàn)層中的網(wǎng)頁(yè)端發(fā)出操作指令，表現(xiàn)層將其傳送到業(yè)務(wù)處理層中，業(yè)務(wù)處理層可以通過(guò)算法調(diào)整大棚內(nèi)溫度、濕度、光照條件等環(huán)境變量，同時(shí)準(zhǔn)確記錄每次操作，實(shí)現(xiàn)決策可量化。業(yè)務(wù)處理層可根據(jù)數(shù)據(jù)層中傳送來(lái)的大棚中環(huán)境變量，進(jìn)行分析處理，統(tǒng)計(jì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的變量，判斷是否會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成不利影響，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制及時(shí)規(guī)避農(nóng)作物絕收的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)管理員可對(duì)用戶的使用需求在業(yè)務(wù)處理層中進(jìn)行權(quán)限的改變，有利于系統(tǒng)的安全性和大棚智慧化的可靠性。

　　1.1.3數(shù)據(jù)層

　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層是通過(guò)無(wú)線傳感器收集農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、pH值、光照條件、二氧化碳濃度及土壤養(yǎng)分等數(shù)據(jù)，利用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的操作對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢、修改等基本功能，并將實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)交互到上層中進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理和改變。

　　1.2系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

　　本文提出的B/S架構(gòu)的農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在可靠性較高的情況下的遠(yuǎn)程操作，形成農(nóng)作物生長(zhǎng)的適宜環(huán)境和健全的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理體系。

　　1.2.1方便快捷

　　表現(xiàn)層的客戶端網(wǎng)頁(yè)只需安裝瀏覽器就可使用，操作簡(jiǎn)單易懂。用戶可以隨時(shí)隨地查看蔬菜大棚環(huán)境、查看農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，同時(shí)還可以在客戶端查看蔬菜大棚溫度、pH值、光照、土壤濕度等影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。

　　1.2.2安全性

　　由于蔬菜大棚中農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況與所處環(huán)境條件息息相關(guān)，因此大棚管理系統(tǒng)的安全性要求較高。智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通過(guò)采用更加安全的算法或其他技術(shù)手段對(duì)無(wú)線傳感器的硬件、農(nóng)作物及農(nóng)業(yè)大棚各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并對(duì)Web服務(wù)器和中心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，來(lái)保證其安全性。

　　1.2.3可靠性

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)極大地規(guī)避了由于人為因素導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)，避免了由用戶錯(cuò)誤決策導(dǎo)致對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的不利影響。通過(guò)“風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避及自動(dòng)控制”模塊，在用戶疏忽的情況下，能根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和周圍環(huán)境因素的改變而對(duì)大棚環(huán)境自動(dòng)作出符合農(nóng)作物生長(zhǎng)的調(diào)整，保證系統(tǒng)在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的可靠。

　　2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)主要有環(huán)境監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操作、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避及自動(dòng)控制、系統(tǒng)管理4個(gè)功能模塊，系統(tǒng)總體功能如圖2所示。

　　2.1環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊

　　該模塊主要是監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚的整體情況，并監(jiān)控農(nóng)作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素的變化。根據(jù)用戶需求搭配無(wú)線傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣溫濕度、光照、風(fēng)俗、大氣壓力、氣體濃度等數(shù)據(jù)，采集農(nóng)作物土壤溫濕度、溶氧量、pH值等參數(shù)。通過(guò)加裝攝像頭對(duì)整個(gè)蔬菜大棚進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控整個(gè)大棚環(huán)境調(diào)節(jié)過(guò)程。通過(guò)高清攝像機(jī)采集蟲(chóng)情圖像，遠(yuǎn)程查看大棚內(nèi)的蟲(chóng)情指定防治措施。根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的高度和實(shí)時(shí)傳輸?shù)挠跋癖O(jiān)控農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的動(dòng)態(tài)顯示。

　　2.2遠(yuǎn)程操作模塊

　　該模塊是用戶通過(guò)系統(tǒng)對(duì)大棚環(huán)境進(jìn)行改變的具體操作模塊。大棚內(nèi)監(jiān)測(cè)信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和信息路由設(shè)備傳送到控制中心，用戶根據(jù)這些監(jiān)測(cè)信息作出決策后，通過(guò)遠(yuǎn)程操作模塊，操作大棚控制端設(shè)備進(jìn)行環(huán)境的調(diào)整。

　　2.3風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避及自動(dòng)控制模塊

　　該模塊是通過(guò)設(shè)定閾值監(jiān)控大棚內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的異常情況，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者錯(cuò)誤決策的情況下及時(shí)調(diào)整并自動(dòng)控制大棚內(nèi)的設(shè)備設(shè)施。系統(tǒng)設(shè)置影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的各項(xiàng)環(huán)境變量的閾值，一旦超過(guò)閾值出現(xiàn)異常，立即報(bào)警提醒用戶。在極端條件下，系統(tǒng)可自動(dòng)控制大棚的設(shè)備設(shè)施，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)條件的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行合理的改變，從而減少農(nóng)作物的損失和人為或意外帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2.4系統(tǒng)管理模塊

　　該模塊主要包括用戶信息管理、行為記錄和權(quán)限管理。通過(guò)系統(tǒng)管理員來(lái)為用戶進(jìn)行注冊(cè)進(jìn)入系統(tǒng)并賦予用戶在環(huán)境監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操作等模塊的權(quán)限。系統(tǒng)通過(guò)本模塊可以記錄用戶對(duì)大棚環(huán)境的調(diào)整信息，有利于規(guī)范用戶的操作習(xí)慣。

　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的硬件主要包括無(wú)線傳感器和控制端設(shè)備。傳感器主要監(jiān)測(cè)大棚及土壤的環(huán)境，包括溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、土壤溫度傳感器、pH值傳感器、氣體濃度傳感器以及病蟲(chóng)害災(zāi)情測(cè)報(bào)燈等，還包括用于實(shí)時(shí)傳輸和記錄農(nóng)作物生長(zhǎng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)。控制端設(shè)備是主要用于進(jìn)行大棚內(nèi)環(huán)境改變的自動(dòng)化設(shè)備，包括光照燈、土壤濕度控制器、通風(fēng)系統(tǒng)、給排水設(shè)備以及溫控裝置等。控制端設(shè)備用于對(duì)無(wú)線傳感器上的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理后，用戶或系統(tǒng)下達(dá)控制指令，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者對(duì)大棚內(nèi)設(shè)備設(shè)施的遠(yuǎn)程控制。

　　4?結(jié)?語(yǔ)

　　隨著科技的進(jìn)步和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如何規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)和極端災(zāi)情，提高農(nóng)業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的課題。本文設(shè)計(jì)的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)旨在用簡(jiǎn)單易懂的操作，在保證安全可靠的前提下，對(duì)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境和農(nóng)作物生長(zhǎng)條件進(jìn)行監(jiān)控和自動(dòng)化控制，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供定量決策，并提出預(yù)警系統(tǒng)來(lái)規(guī)避人為造成的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、信息化。

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　　馬金豪