摘要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在眾多領(lǐng)域開始得到運用。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也開始采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向著科技化、便捷化、高效化方向發(fā)展。本論文對比分析了國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，介紹了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于Web的智慧農(nóng)業(yè)平臺，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)民獲得即時專家指導(dǎo)，監(jiān)控農(nóng)作物生長因子狀態(tài)，高效控制生長條件，科學(xué)降低生產(chǎn)成本等問題，為將來中國智慧農(nóng)業(yè)的全面發(fā)展做了初步的探討。基于這個智慧農(nóng)業(yè)平臺，得到相關(guān)的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，然后進行了數(shù)據(jù)的初步處理，為中國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的建立提供一定的參考數(shù)據(jù)信息。

　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)；大數(shù)據(jù)；B/S；智慧農(nóng)業(yè)；數(shù)據(jù)庫

　　第1章緒論

　　1.1課題研究背景及意義

　　1.1.1課題研究背景

　　中國是一個地域?qū)拸V有著上下五千年的歷史國家，在中國的歷史上主要以農(nóng)業(yè)為主要的產(chǎn)業(yè)。農(nóng)業(yè)是作為國家經(jīng)濟的基礎(chǔ)，在整個國家經(jīng)濟體系中占有十分重要的地位。縱觀中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程，雖然農(nóng)業(yè)技術(shù)在隨著科技的發(fā)展而不斷的進步，但是中國農(nóng)業(yè)這種以犧牲資源和生態(tài)環(huán)境為代價來換取農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式，造成了許多嚴重的后果。例如：自然環(huán)境破化，生產(chǎn)過程浪費，生態(tài)系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害能力下降，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)食品不安全等后果。并且在生產(chǎn)方式上比較粗放，基本上是靠天吃飯，風(fēng)險抵御能力弱，勞動強度大，投入產(chǎn)出不確定，資源浪費嚴重。在食品安全上產(chǎn)生了這樣的問題：生產(chǎn)出來的農(nóng)作物是否受到污染，農(nóng)藥殘留有無超標，均不能確定。

　　1.1.2課題研究意義

　　智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，即集成應(yīng)用傳感和測量技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、智能技術(shù)及自動控制技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，依托部署在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的各種傳感器節(jié)點和通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的田間智慧種植、可視化管理、智能預(yù)警及智能化決策等[9]。智慧農(nóng)業(yè)統(tǒng)一平臺中的生長因子環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和生長因子采集設(shè)備的開發(fā)，可以實現(xiàn)了控制過程精細化、環(huán)境控制智能化。基于物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的智慧農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有著很大的差異，智慧農(nóng)業(yè)是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域運用科技手段實現(xiàn)生產(chǎn)開發(fā)的高級階段，它整合了傳感器技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)、服務(wù)器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信傳輸技術(shù)、云計算、云存儲以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多個領(lǐng)域的技術(shù)，搭載形成一個智慧農(nóng)業(yè)平臺。通過這個智慧農(nóng)業(yè)平臺，可以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境有效監(jiān)管和對農(nóng)作物生長過程的全方位全時段檢測，以及對生長因素進行合理的控制，這對研究實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效化和推動農(nóng)業(yè)走向智能化有著重要的意義。第一,基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)推動農(nóng)業(yè)走向科技化。智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)場設(shè)置多種傳感器、無線網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器基站等設(shè)備，使現(xiàn)場的農(nóng)作物的各個階段的生長信息以更加科學(xué)易懂的圖表界面?zhèn)鬟f給生產(chǎn)者，實現(xiàn)了足不出戶就可以種植農(nóng)作物的夢想。與此同時，還有一些報警和控制程序，可以實時預(yù)警和對突發(fā)的一些情況進行相應(yīng)的控制，實現(xiàn)了智慧農(nóng)業(yè)的信息化和自動化。第二，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平。物聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)運用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對于提高傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理水平有著十分顯著的效果。通過智慧農(nóng)業(yè)平臺，將現(xiàn)場傳感器采集的農(nóng)作物的生長因素傳遞給生產(chǎn)者，為生產(chǎn)者提供管理控制的科學(xué)數(shù)據(jù)。通過這些實時數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化植物的生長環(huán)境，確保農(nóng)作物收益的最大化。智慧農(nóng)業(yè)平臺不僅僅提高了農(nóng)作物的管理和產(chǎn)量，還可以提高在生產(chǎn)過程中對與水、化肥等消耗品的合理利用。最后，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)通過追溯可以保障農(nóng)產(chǎn)品和食品安全。在農(nóng)產(chǎn)品的成摻和運輸過程中，可以通過電子條形碼、無線網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)和計算機互聯(lián)網(wǎng)等的聯(lián)合應(yīng)用，對產(chǎn)品從生產(chǎn)到加工到包裝到出廠到運輸最后到達消費者手中這整個鏈條進行有效的監(jiān)管，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品的可數(shù)字化的追蹤管理，確保每一個農(nóng)產(chǎn)品的安全，提高了食品的安全性。我國是農(nóng)業(yè)大國，但非農(nóng)業(yè)強國。目前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展相對落后，基本上是半傳統(tǒng)半機械的農(nóng)業(yè)，而國際上許多國家在農(nóng)業(yè)方面都在逐漸向科技化的精細農(nóng)業(yè)發(fā)展。面對國內(nèi)不發(fā)達的農(nóng)業(yè)技術(shù)和國際的嚴峻挑戰(zhàn)，研究智慧農(nóng)業(yè)是十分有必要的和有意義的。

　　1.2國內(nèi)外基于物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)信息平臺建設(shè)研究情況

　　從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)嶄露頭角，到現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本上走入到社會的各個領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在強勁的發(fā)展，并且在未來的一段時間必將有更大更強勁的發(fā)展。同樣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也沖擊了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，使得農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)方式發(fā)生了很大的改變。在國外，首先在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測領(lǐng)域，由于國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和運用比較早，美國、德國、日本和法國等一些發(fā)達國家運用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)建立了先進的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境檢測網(wǎng)絡(luò)。基于這種網(wǎng)絡(luò)，運用物聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)構(gòu)建了一個可以全國性檢測農(nóng)產(chǎn)品的平臺。通過這個平臺，可以對全國各個地方的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進行檢測和預(yù)警管理，確保農(nóng)作物的高效產(chǎn)量以及可持續(xù)化發(fā)展。其次在農(nóng)業(yè)精細管理的領(lǐng)域，美國、加拿大、法國等國家在大田糧食作物方面機械化精準種植、農(nóng)業(yè)環(huán)境智慧監(jiān)測和智慧灌溉施肥控制、果園生產(chǎn)方面不同尺度的信息采集和灌溉控制、畜禽水產(chǎn)精細化養(yǎng)殖監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和精細養(yǎng)殖等方面應(yīng)用廣泛。通過實時數(shù)據(jù)的分析，對生長因子的精確控制，合理利用資源。最后在食品安全溯源方面，國外許多發(fā)達國家在農(nóng)產(chǎn)品包裝標識、動物個體的標識以及產(chǎn)品流通過程中的檢測追蹤方面取得很大的成就。例如日本利用RFID標簽技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)建了可以監(jiān)測追蹤農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)。一旦有安全問題，就可以追溯到源頭。

　　第2章系統(tǒng)技術(shù)方案

　　2.1系統(tǒng)主要研究對象

　　（1）基于SOA架構(gòu)的業(yè)務(wù)管理平臺性能指標系統(tǒng)平臺支持即實時數(shù)據(jù)信息的采集、管理、歷史存貯功能；建模及模型驅(qū)動功能；具備與企業(yè)其他信息系統(tǒng)集成的專用模塊，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)松耦合，并支持本標準列出接口技術(shù)要求[18]。（2）數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理應(yīng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；實時數(shù)據(jù)管理應(yīng)采用實時和歷史數(shù)據(jù)庫[19]。（3）基工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，性能指標如下表所示。

　　2.2系統(tǒng)創(chuàng)新內(nèi)容

　　2.2.1更加全面的感知

　　通過智能傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅遠程實時監(jiān)測作物生長環(huán)境的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度[20]、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳含量指標、光照度，還可以根據(jù)實際的應(yīng)用場景監(jiān)測溶解氧、PH、氮、磷、鉀值等技術(shù)指標，同時實現(xiàn)對終端設(shè)備進行控制：如卷簾、風(fēng)機、噴滴灌設(shè)備。

　　2.2.2更加可靠的傳輸

　　允許在某些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或線路發(fā)生故障時仍然能正常傳輸數(shù)據(jù)，為生長因子和質(zhì)量溯源信息數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠保證。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)或環(huán)型結(jié)構(gòu)[21]。采用星形、環(huán)形、雙星形和雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性的要求。由于雙環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)其費用高，而且不適用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)生長因素和農(nóng)產(chǎn)品溯源管理方面，因此設(shè)計選擇為用單環(huán)網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)。

　　第3章系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)及初步研究

　　3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　3.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)，英文名稱：“Internetofthings(IOT)”或者“Webofthings”，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的繼承和發(fā)展，也是新一代的信息技術(shù)的重要構(gòu)成部分[29]。從字面意思理解，物聯(lián)網(wǎng)即是物體與物體的連接而成的網(wǎng)[30]。它有兩個方面的意思：一是物聯(lián)網(wǎng)最重要最關(guān)鍵的部分仍然是一種網(wǎng)，這種網(wǎng)它是互聯(lián)網(wǎng)深層次的發(fā)展和擴充；二是由人與物的信息交換轉(zhuǎn)變到任何物與物的信息交換，即物物相息。從1999年物聯(lián)網(wǎng)這一概念提出到現(xiàn)在，由于不同領(lǐng)域的研究者對物聯(lián)網(wǎng)研究的起點各異[31]，對物聯(lián)網(wǎng)的描述側(cè)重點不同，所以短期內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)這一概念還沒有科學(xué)官方的定義[32]。本論文認為物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感設(shè)備，將物體與互聯(lián)網(wǎng)進行信息流的交互和通信，以實現(xiàn)方便識別、管理和控制的一種網(wǎng)絡(luò)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)合起來。具體來說就是：通過濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器，采集農(nóng)作物的濕度、溫度、光照、二氧化碳的詳細數(shù)據(jù)，并將這些大數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)和傳輸設(shè)備進行存儲和傳輸。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得農(nóng)民在家里輕輕點動手指就可以便捷高效的監(jiān)控農(nóng)作物的生長情況，并且對農(nóng)作物的生長進行合理的干預(yù)。

　　3.1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系

　　物聯(lián)網(wǎng)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一，它可以帶動其他行業(yè)的轉(zhuǎn)型或者升級，使傳統(tǒng)的企業(yè)更具有創(chuàng)新性的發(fā)展。可是因為物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展階段中，我國一直缺乏關(guān)鍵型的技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，所以導(dǎo)致了不僅產(chǎn)品檔次上不去，價格也下不來的問題。技術(shù)落后就會限制發(fā)展，缺乏RFID等關(guān)鍵性技術(shù)無形之中也大大限制了中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。因此國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注的熱點主要集中在傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)、RFID以及云計算等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用于多個行業(yè)領(lǐng)域，不同的行業(yè)領(lǐng)域往往具有不同的行業(yè)要求和技術(shù)形態(tài)。但是在這些不同的技術(shù)體系中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都是主要有四大體系構(gòu)成。四大體系是感知體系、網(wǎng)絡(luò)體系、計算與服務(wù)體系及管理與支撐體系。

　　3.2系統(tǒng)開發(fā)模式

　　數(shù)據(jù)中心的主要功能在于為監(jiān)測端提供應(yīng)用服務(wù)，與上位機進行網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)絡(luò)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)主要有兩種模式：Client/Server客戶端/服務(wù)端（C/S）模式和Brower/Server瀏覽器/服務(wù)端（B/S）模式。

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