物联网和云计算环境下关天经济区农业信息服务系统设计

2018-06-11张少凤高凌洁陈珠社

电子设计工程 2018年11期

张少凤，马健，高凌洁，陈珠社，陈晨

（1.宝鸡职业技术学院陕西宝鸡721000；2.河南省固始县职业教育中心河南固始465200）

信息化是目前世界经济及社会不断发展的主流趋势，信息化在高速发展过程中已经渗透到不同领域中。现代世界农业在实现工业化转变的过程中，其还在不断朝着信息化的方向发展。对于现代农业生产、科研、教育、经济、发展及农村文化生活都具有重要的作用，并且也成为了现代农业的主要技术。农业信息化技术设备的创建和服务都是现代农业信息化发展的重点内容。对于此方面的研究，国内外主要包括四方面：第一方面，数据库和网络；第二方面，虚拟农业；第三方面，专家系统；第四方面，精准农业。其研究的重点也朝着自动控制开发及网络技术的使用方面转变，我国的研究方向主要为农业信息化服务体系的创建及网络应用的延伸使用。基于此，本文及根据现代物联网及云计算中的技术，结合关天经济区农业信息服务模式，研究物联网和云计算环境下农业信息模式系统的设计，从而有效解决现代农业中的问题。

1　新背景下农业信息服务的特点

1.1　信息量增大

在全新的信息化背景下，人们对信息发布的方式也不断丰富，信息发布的门槛也在不断的降低，除了传统的广播、报纸及电视等，手机信息和网络也成为了发布信息的全新渠道，从而使每个人都能够发布信息。创建物联网能够使每个人，每个物体都能够成为发布信息的主体和发布端。信息数量的不断提高从而导致信息出现大爆炸的情况，其主要指的是人们对现代社会中各种信息现象的描述大量的增加，主要表现在以下方面[1]：其一，新闻信息的不断提高；其二，广告信息的不断增加；其三，娱乐信息的不断增加；其四，个人信息的接受负担超载；其五，科技信息的不断提高。农业信息方面的信息爆炸主要表现在以下方面：其一，政府及农业科技人员的信息发布较多，农户的信息发布较少；其二，广告及介绍信息较多，农户生产生活指导信息较少；其三，信息个性化服务较少；其四，理论知识较多，实际数据较少。信息爆炸导致的信息过载及资源降低等问题对信息服务的使用造成了阻碍[2]。

1.2　终端设备增加

终端主要包括信息收集和呈现两种终端，其在信息服务中具有重要的作用。在传统信息服务中的终端一般包括电脑、电视及广播等。在各种网络不断发展的过程中，芯片制造技术及网络带宽不断发展和增加，信息服务方面也广泛使用这些全新的终端，比如数字电视、手机等。图1就是在信息服务中使用终端设备，从而对信息手机方式及服务都有了进一步的扩展[3]。

图1　信息服务中终端设备的使用

1.3　信息数字化

信息数字化指的是利用数字转换的方式将图片、文字和声像等信息在光电介质中进行存储，并且使用计算机等设备时下阅读。云计算中的大规模存储及物联网的感知实现了农业信息的数字化，大量和农业相关的专家知识和书籍也都实现了数字化，利用农业信息网站及专家系统便于信息的查询。多媒体技术的进一步发展促进了数字化的规模及速度，利用多媒体技术，农业信息的数字化并不只是包括文字信息化，图片、视频及音频等都能够在信息数字化中表现，对农业信息服务有效的进行了丰富[4]。

2　物联网和云计算的农业信息服务系统

2.1　物联网背景下农业信息服务的优点

传统农业信息服务在农业信息化建设过程中具有重要的作用。但是在信息服务内容不断丰富的过程中，传统农业信息服务具有一定的局限性。物联网和云计算背景下的农业信息服务利用物联网技术及装备，能够实现农业信息服务的改进[5]，详见表1。

表1　物联网背景下农业信息服务系统的改进

2.2　物联网在农业信息服务系统中的应用

在物联网和相关技术不断发展的过程中，物联网已经被广泛渗透到多种领域中，并且具有重要的作用，比如智慧医疗、智慧交通、智慧电能等，除此之外，物联网在农业领域中也有着应用潜力。文中所设计的农业信息服务系统主要包括3个子系统，分别为温室环境信息测控、病虫害检测预报及云计算[6]。

2.2.1　温室环境信息测控

现代温室大棚的种植方式是我国农业生产过程中较为常见的，其能够使农作物种植突破时间及空间的限制，被广泛应用到水产养殖、苗木花卉、蔬菜等产业中。但是现代我国温室环境智能化水平较低，从而为物联网的使用提供了基础。基于物联网的温室环境信息测控子系统主要是根据各种无线传感器实现温室中湿度、温度、光照强度及时间的实时监控，并且能够对收集到的温室中二氧化碳浓度，土壤pH值的生理参数进行监测，利用无线传输技术将信息传送到监控平台中，便于农户及技术人员实现远程查看和控制，从而对温室环境进行改善。关天经济区基地中使用物联网创建智能检测系统，通过多种传感器的布置，能够实施的得到农作物生长过程中的环境温度、光照情况、土壤温度、病虫侵蚀及叶片温度，利用无线传感网上传到数据中心中，农户能够利用PAD、手机等设备随时随地的查询，对农作物的现场进行掌握[7-8]。图2为温室环境信息的测控系统结构。

图2　温室环境信息的测控系统结构

传感器模块中包括多种类别，比如温度、湿度、光照、二氧化碳等，它们具有不同的功能，并且相互之间并不会干扰。

控制模块主要是对信息进行处理，之后转换成为能够人工读取的信息形式。

决策模块在信息收集和处理完成之后能够实现信息数据的分析和诊断，利用物联网提高了信息的精准度[9-10]。

2.2.2　病虫害检测

病虫害是我国农业的主要病害，传统病虫害的检测及预防主要是根据人的经验，但是一般会导致检测不到位、防治工作开展不科学及预警不及时的问题，所以就在其中使用物联网技术，从而形成完整的信息链，其能够计算微小害虫的数量，获得害虫的图片，其主要包括地理信息系统、传感器、网络通信和全球定位等基础[11-12]。图3为病虫害检测预报系统的结构。

图3　病虫害检测预报系统的结构

2.2.3　云计算

云计算主要包括3层，分别为表示层、管理层及硬件资源层，如图4所示。

图4　云计算子系统结构

硬件资源层主要包括大量的服务器及计算机构成，其主要目的就是实现文件的计算和存储。硬件资源在内部利用高速局域网进行连通，利用容错机制及负载调度使系统在运行过程中不对具体节点进行依赖，农户能够利用云端入口访问资源[13]。

管理层的主要目的就是实现硬件资源的管理，其主要包括负载调度和资源监控两方面。负载调度指的是负责对硬件资源中节点的负载平衡，从而实现容灾系统及机制的高效运转及可伸缩性，并且还能够避免出现平均负载过低，从而导致资源浪费的问题。

表示层直接和用户交互，对用户表现自身搜索信息及自身需求的应用。本文使用web技术创建和用户的交互，利用手机、触摸屏及电话对用户提供信息及应用[14]。

3　农业信息服务系统在的使用

现代我国物联网还正在处于应用推广过程中，技术体系标准及结构在不断的完善。就目前来说，物联网在农业方面的使用范围在不断的扩大，文中就以种养殖大户为例，对物联网使用的现状进行分析，评价技术路线详见图5。

图5　评价技术路线

表2为综合评价指标体系权重，通过表2表示，4个纬度的应用需求模糊评价结果和标准指标因子的相对权重分析结果相同。以此可以看出来，关天经济区农业信息服务的使用需求具备优先级，要针对性的进行物联网使用。并且，就农业信息服务主体来说，农业信息服务内容要根据要优先级实现，从而有效满足自身需求的信息服务内容，并且还避免信息资料的不合理开发和使用。在关天经济区农业信息服务体系中使用物联网和云计算技术，能够有效满足市场需求，并且对于我国农业信息服务进入到全新的发展阶段具有重要的现实意义[15-17]。