基于大数据的桑树新品种选育技术研究

王杨 蒋巍 王莉莉

摘   要：提出了在物联网环境下桑树新品种选育技术集成模型，开发Hadoop廉价PC机集群下的智慧农业数据云仓库，通过各类感知设备收集相关数据，对数据进行及时、有效、可靠的存储、访问及分析。应用云存储、数据的管理机制、推理机制、解释机制、人工智能等技术开发总结一整套桑树新品种选育流程，形成农业新品种选育技术集成模型，满足农业研究应用的需求。

关键词：大数据;人工智能;桑树新品种

文章编号： 1005-2690（2020）16-0016-02       中图分类号： S888.3       文献标志码： B

黑龙江省是我国的农业大省，地处高寒地区，生长期短、四季温度差异大，对作物的抗寒性要求较高，因此需要选育适合的品种种植，品种的选育技术至关重要。在物联网环境下，基于大数据的桑树新品种选育技术模型研究，符合国务院和黑龙江省人民政府“两江”平原产业政策鼓励优先发展项目建设大农业的要求，还可以广泛应用于农业种植、退耕还林、绿化造林、旅游采摘、防风固沙、小流域沟壑治理、轻盐碱地治理等领域。

1   新品种选育模型概述

1.1   系统整体架构

整个系统由感知层、网络层、业务层部分组成，系统结构如图1所示。感知层用于信息的获取和控制，网络层用于信息的传输，业务层用于对所获取信息的智能处理和综合应用。传感数据采集系统主要负责农作物大棚的环境数据采集，环境控制作用是接收指令，控制通风、降温、加温、补光、遮阳等功能。ZigBee无线传感网将传感器数据传送给终端节点，与协调节点组成星型无线局域网，远程网关与云服务平台进行远程数据传输。基于中国移动网络将测量数据传输到远程云服务平台，云服务平台将采集指令发给现场中央采集单元处理器，采集单元处理器接收指令后指挥现场传感器开展数据采集。

1.2   感知层

农业生产物联网的信息采集，以传感器、RFID、一维/二维码、多媒体采集等接入设备为主。农业生产物联网主要采集5种数据，传感器采集信号0～3.3 V、 4～20 mA，包括CO2浓度、土壤湿度、土壤pH传感数据、照度、大气环境温湿度。

为了实现环境控制，根据农作物生长条件，云服务平台可通过Web浏览器或手机APP软件远程控制风机、水帘、补光灯、加热装置、CO2发生器、灌溉装置等。

1.3   网络层

网络层的主要任务是把信息通过网络传输到存储云服务器平台端，运用了远距离与近距离数据传输技术、自组织网络技术、协同信息处理技术等[1]。通过互联网、通信网、承接网作为传输媒介构成信息传输通道。

1.4   业务层

由图2可以看到，云平台的网络构成包括网络负载均衡器、防火墙、三层交换机。采用单独的备份服务器搭配备份软件，将数据库文件备份至专门的备份存储设备中，提升冗余性，预防单点故障。

感知网络会产生大量数据，这些数据要保留多年，数据量将达到PB级。为了满足系统对处理数据的要求，选用开放式Hadoop作为系统大数据处理的平台，对Hadoop的性能进行参数优化，建立了可视化监控、数据分析系统[2]。建立推理机系统，采用了似然推理、演译推理和近似推理等方法，推理策略采用正向和反向双向两种。推理方式采用阈值理论和模糊推理模式。遗传过程的具体解释，求解时给出一般的解法，从问题的领域目标和领域问题规则的层次得出结果[3]。

2   应用实例

目前本系统已经成功在某市农科院所得到应用测试，应用于桑树新品种选育，所选育的优良的果桑新品系，抗寒性、产果量、果质都有明显的改善和提高，适宜高寒地区栽种，从2014年起系统进入全省适应区域试验育种程序。

新品种嫁接体愈合的环境直接影响嫁接成活率。必须保证育种环境的共性。棚室调控：盖膜前应提早浇1次透地水，保证根部正常的水分供应及棚体内空气湿度的补充，果桑发芽前棚内相对湿度应保持在85%以上，开花期则要控制棚内相对湿度，一般掌握在50%左右，坐果后棚内湿度提高到70%左右。开始升温时白天一般掌握在15～18 ℃，最高不超过25 ℃。开始显露果穗时白天控制温度在27 ℃左右，最高不超过32 ℃，夜间温度调整到15～18 ℃[4]。

采集30个野生桑树类型，包括依兰县野生系列、宁安县野生系列、扎赉特旗系列、双城县野生系列、镜泊湖野生系列。经嫁接成无性系后建立田间比较园，每一类型20株，重复3次。各类型相互比较，从叶质、产果量、果质、抗寒性、抗病性多方面进行分析。

经过连续3年的培育和数据收集，依兰16号在高寒地区栽培具有相当大的实用价值，如表1所示。

3  结论

桑树新品种选育是相当复杂的过程，数据庞大、成功率低，优良品种的选育相当困难，成功地选育优良品种将为农业生产作出巨大贡献[5]。基于物联网的品种选育技术集成系统，利用大数据、云计算等技术，旨在提高选育精度、缩短培育周期、简化作业流程、提高作物产量，为智慧农业的发展助力。

参考文献：

[ 1 ] 莫荣利，李勇，于翠，等.桑树生态系统服务功能研究进展[J].湖北农业科学，2016（13）.

[ 2 ] 王钰婷，李瑞雪，夏家凤，等.桑树的经济价值及其在生态保护中的应用[J].中国市场，2017（11）.

[ 3 ] 杜伟，陈松，刘永辉，等.13个桑树品种的农艺性状及抗逆性比较[J].南方农业学报，2016（12）.

[ 4 ] 赖宗玉.桑树冬季管理技术要点[J].四川蠶业，2013（4）.

[ 5 ] 蒋巍，王杨.针对黑客渗透思维制定Web服务器安全防护策略[J].网络空间安全，2018（Z5）.