现代农业园区农田监控云服务系统设计

许佳松　刘晓蒙　张正阳　宋勇建

随着农业现代化的建设对农业环境数据的要求越来越高，本文利用物联网技术构建监控网络，通过网关与计算机网络构成一个基础的数据收集体系。在将网络中获取的数据传输到云端，利用云构成的计算机分布式系统让远程大规模监控农业环境数据成为可能。本文将监控终端、云端服务、底层数据库建模、终端用户的系统融合到一个平台内，让平台可以提供更加丰富多元的方式，在唐山卧龙谷现代农业科技园区实践达到了低成本部署和多元化管理的目标。

随着农业现代化的建设对农业环境数据的要求越来越高，农业中越来越多的采用信息技术实现空间定位、时变、异变、定时、定量对农业形成一整套的信息化管理方案。本文以唐山卧龙谷现代农业科技园区为实验基地，在园区现有网络基础设施基础上，增加布设物联网农田监测基站，实现农田环境、果树长势、病虫害、生产信息记录（施肥、用药、调整温度、土壤湿度、光照等）的信息采集和标准化，建立基站、企业服务器端、云端的数据通道，实现云端数据与服务器数据同步，在云端提供数据分析和云服务。本研究将以数据采集端、基地（企业）服务端、云服务端为基本架构，研究系统集成中数据通信、数据存储、数据分析与服务的关键技术，开发适合农业科技园区的云服务系统。

1、系统设计

本文的设计重点是，结合唐山卧龙谷实际情况，设计一套适宜农业科技园区，集物联网基站数据采集、本服务器、云端服务于一体的生产监控云服务系统。因此，系统的设计方向上主要是两大部分，一个部分是围绕网络结构和物理设施部署的方案设计，另一个部分是围绕云服务平台构建完善的软件系统。

在硬件环境上要考虑唐山卧龙谷现有的网络设备设施，不搞重复建设尽可能利用现有的网络建设。目前园区已实现了WIFI全覆盖、视频监控、园区服务器及服务平台已投入运行。从设备功能上划分，前端功能主要是各种传感器构成的传感网络和各种摄像头沟通才的视频监控网络。园区内部有园区内部的基础设施和服务器，后端的云端可以利用目前的学校数学与信息科技学院云中心提供的云服务部署云端系统。用户终端可以用PC通过有线接入云端，也可以利用移动终端采用3G/4G网络访问访问云端数据。

目前传感网络主要采用485总线组网设计连接传感器，然后通过环境监测主机汇聚数据，在链接交换机，进入IP网络与园区内部对接。摄像头通过本地服务器推流转发数据和信令与交换机链接接入内部网络。最后，园区内部网络与数据中心的云端对接，目前数据中心已具有H3C全套云服务设备，可提供云服务。

在软件上要充分发挥云计算的能力，设计上采用纵向的微服务划分和横向的系统分层设计。在层次上分为终端层、应用层、数据层、传输层和感知层。

由下到上，感知层主要从传感器上获取的数据，如空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照强度、风向风速等基础监控。这些数据通过网关和传输层接入到系统的数据层，数据层负责把数据进行标准化、结构化和归一化处理，统一汇聚到系统的数据库。在云端利用分布式的关系型数据库，将大量数据根据业务特征分散到数据聚合平台上。然后在应用层根据聚合数据映射到数据分析模型上，从而降低了系统的耦合性，数据在不同的业务平面有着不同的表示和映射关系。在应用层，利用云服务设计将业务划分成传感监控、数据控制、图像监控和云服务管理，通过业务网关和安全网关设计，提供上层的终端层更为丰富和可靠的数据交互体验。终端层提供了传统的PC终端和移动终端两种访问模式，从而保证了用户更为多元的管理需求。

2、 系统应用

本文的设计方案最终在唐山卧龙谷现代农业科技园区实施，利用园区现有网络基础设施，增加布设以物联网农田监测基站，实现农田环境生长信息记录（空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照等）的信息采集和标准化，建立基站、企业服务器端、云端的数据通道，实现云端数据与服务器数据同步，在云端提供数据分析和云服务。让用户可以直观的通过云端访问到实际数据。

系统通过数据采集端、基地（企業）服务端、云服务端为基本架构，为用户提供了统一的服务入口，让用户可以在一个系统内就可以获得详实的数据。数据环境对比，决策调整优化参数（土壤湿度、降水量、温度、空气湿度、气压、光照强度、CO2浓度等），也可以根据当前的土壤环境生成决策建议供用户选择合理的种植作物。同时，利用云服务完成农业园区气象数据可视化，快速生成园区气象数据报告，让用户可以获得更为及时的数据体验。移动端和PC终端都可以通过不同的网络接入服务访问云端的数据实体，根据不同的网络访问由云端调度不同的应用服务，满足不同的应用的场景，从而避免了重复建设不同应用的代价，达到了易于部署的效果。

综上所述，本文通过对农业环境监控领域研究借助云端服务和终端设备、通信设备构建了一个完整的基于服务的农业环境监控体系，最终用户利用移动终端和WEB方式获取监控信息，辅助用户监控。本文利用在物联网成熟的总分结构传感技术实现自组网的模式构建了一个监控局域网，通过数据网关将物联网和计算机网络构成一个整体，从而实现了物联网数据与计算机网络互联互通。终端用户利用APP在移动网络上就可以共享数据，同时还可以利用WEB访问云端服务共享数据，系统的核心功能均在云端提供服务实际应用中具有较低的部署成本和完善的应用功能。

（作者单位：066004河北科技师范学院）