基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)氣象觀測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

胡躍鑫+王長濤

摘要：文章首先分析了基于物聯(lián)網(wǎng)開展農(nóng)業(yè)氣象觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)建，結(jié)合使用功能來進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討設(shè)計(jì)的流程以及軟件使用功能，從數(shù)據(jù)信息傳輸穩(wěn)定性提升以及增強(qiáng)探測器精準(zhǔn)度兩方面內(nèi)容開展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的氣象數(shù)據(jù)，降低氣象問題造成的農(nóng)業(yè)損失。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)氣象觀測；軟件設(shè)計(jì)

一、基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)氣象觀測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)氣象觀測軟件設(shè)計(jì)，首先需要定一個設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)，在框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的填充設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對氣象數(shù)據(jù)的全面檢測。其中計(jì)算機(jī)設(shè)備能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行過程中搜集到的信息進(jìn)行保存，并錄入到數(shù)據(jù)庫中，作為歷史數(shù)據(jù)來為農(nóng)業(yè)氣象觀測提供參照依據(jù)。不同監(jiān)測區(qū)域內(nèi)會使用探測器對實(shí)時動態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)計(jì)期間會針對信息傳輸更新時間做出計(jì)算，這樣在最終的控制效果上也會更理想。整體框架結(jié)構(gòu)分別負(fù)責(zé)不同的功能層，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行內(nèi)部控制檢測，傳輸管理指令。由于氣象環(huán)境是不斷變化的，因此觀測系統(tǒng)要確保探測器的靈敏程度，確保信息傳輸能夠達(dá)到實(shí)時更新，這樣系統(tǒng)功能投入使用后在功能上才能夠滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。系統(tǒng)的終端是由農(nóng)戶手機(jī)構(gòu)成的，在總控制中心會針對探測設(shè)備得到的信息進(jìn)行傳輸，進(jìn)入到計(jì)算機(jī)設(shè)備的分析系統(tǒng)中，將其匯編成為一種手機(jī)軟件可以顯示的信息，通過信息傳輸信息將其傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)中，實(shí)時反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的氣象變化，便于農(nóng)民根據(jù)氣象反饋對所種植的農(nóng)作物品種進(jìn)行選擇，并合理的預(yù)防氣象災(zāi)害。

二、氣象觀測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、氣象觀測無線傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件控制系統(tǒng)部分具有靈活性，可以根據(jù)使用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，軟件控制是對硬件進(jìn)行指令傳輸?shù)?，能夠幫助氣象監(jiān)測系統(tǒng)適應(yīng)不同區(qū)域的環(huán)境特征，并將氣候所帶來的干擾影響降至最低。在傳輸信道的設(shè)計(jì)中，要確保信號傳輸是獨(dú)立進(jìn)行的，彼此之間不存在干擾，這樣在信息傳輸過程中也能提升最大控制能力，使氣象觀測系統(tǒng)能夠獨(dú)立運(yùn)行，并達(dá)到最理想的控制效果，當(dāng)前一些比較常見的設(shè)計(jì)問題，在系統(tǒng)控制中也均能夠得到更新。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于軟件設(shè)計(jì)，需要建立一個基礎(chǔ)的信息傳輸框架，這樣才能夠幫助提升傳輸效果，提升數(shù)據(jù)信息的處理能力，達(dá)到一個更理想的管理效果。綜合氣象監(jiān)測過程中所遇到的變化，作為數(shù)據(jù)庫建立的參照依據(jù)，更快速的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

2、氣象觀測無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是其中比較重要的內(nèi)容，也是信息傳輸?shù)幕究蚣?，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時，首先需要根據(jù)所需要傳輸?shù)男畔⑿枨罅縼斫⒔尤朦c(diǎn)，為后續(xù)所開展的信息傳輸建立一個穩(wěn)定的基礎(chǔ)環(huán)境，并觀察是否能夠幫助提升信息的傳輸效率，發(fā)現(xiàn)問題后及時的調(diào)整，幫助提升系統(tǒng)運(yùn)行以及最終的控制質(zhì)量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植區(qū)域內(nèi)的氣象變化進(jìn)行全面監(jiān)管控制。對于設(shè)計(jì)方案中需要優(yōu)化的部分，充分采取這種方法，也能幫助更好的解決，實(shí)現(xiàn)管理控制效果的提升，對于氣象觀測中的傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，更要體現(xiàn)出信息傳輸?shù)母咝?，在軟件中對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行防護(hù)處理，將網(wǎng)絡(luò)病毒的影響降至最低，避免網(wǎng)絡(luò)病毒對數(shù)據(jù)庫攻擊影響到信息的安全使用。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是與軟件結(jié)合進(jìn)行的，對于設(shè)計(jì)過程中的多個項(xiàng)目探討，應(yīng)該充分采取這種預(yù)防方法，提升網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)母咝?，同時更應(yīng)該確保其中的質(zhì)量安全，發(fā)現(xiàn)問題后及時的采取解決方案，避免類似問題再次出現(xiàn)。

三、氣象觀測數(shù)據(jù)服務(wù)中心軟件架構(gòu)及關(guān)鍵程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件設(shè)計(jì)是針對程序框圖部分的完善來進(jìn)行的，觀察程序框圖中是否存在可以優(yōu)化的部分，充分采取優(yōu)化方案。確定程序框圖后，對各個框圖的功能進(jìn)行填充，并嚴(yán)格按照所填充的內(nèi)容進(jìn)行具體的構(gòu)建，使用匯編語言來編寫相關(guān)的功能，為氣象觀測信息傳輸建立一個穩(wěn)定的軟件環(huán)境。在此基礎(chǔ)上觀察是否存在需要繼續(xù)強(qiáng)化解決的內(nèi)容。軟件程序框圖構(gòu)建后，具體的實(shí)現(xiàn)仍然需要參照實(shí)際觀測環(huán)境，將氣象變化特征體現(xiàn)在其中，并通過這種方法來繼續(xù)深入解決當(dāng)前常見的問題，為管理計(jì)劃開展創(chuàng)造穩(wěn)定的條件。軟件程序可以對硬件部分進(jìn)行控制，根據(jù)現(xiàn)場觀測得到的信息傳輸需求來進(jìn)行，避免在軟件功能與硬件對接過程中出現(xiàn)銜接問題。軟件設(shè)計(jì)可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺來下載一些資源，進(jìn)而達(dá)到更理想的設(shè)計(jì)效果，系統(tǒng)正式使用后也需要借助網(wǎng)絡(luò)平臺來對信息進(jìn)行傳輸共享。將信息的傳輸速度與網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)融合在一起，共同進(jìn)行軟件方面的設(shè)計(jì)，最終的設(shè)計(jì)效果也會有明顯提升。對于農(nóng)業(yè)氣象觀測系統(tǒng)，構(gòu)建過程中一項(xiàng)重要的任務(wù)是對使用終端進(jìn)行完善，體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。氣象數(shù)據(jù)糾正及融合處理程序主要根據(jù)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)據(jù)和市級氣象服務(wù)器上獲取的區(qū)域天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合對觀測到的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，然后存入到MySQL數(shù)據(jù)庫中。

2、關(guān)鍵程序模塊的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵程序模塊的設(shè)計(jì)，包括氣象變化探測系統(tǒng)，對這一部分的控制軟件的設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行一個控制參數(shù)之間的聯(lián)系體系建立，并對所設(shè)計(jì)的控制軟件進(jìn)行試驗(yàn)檢測，技術(shù)人員模擬出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在的攻擊，并通過這種方法來幫助完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫受到破壞的現(xiàn)象，及時建立起聯(lián)系，繼而實(shí)現(xiàn)整體管理效果的提升，模塊設(shè)計(jì)可以從關(guān)聯(lián)性建立層面來進(jìn)行，構(gòu)建各個功能層之間的軟件聯(lián)系，這樣在運(yùn)行使用中能夠?qū)⑿畔⒐餐瑐鬏數(shù)娇偪刂浦行闹?，避免受到參?shù)誤差的影響，導(dǎo)致氣象觀測結(jié)果不理想，影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。設(shè)計(jì)過程中主要完成的軟件模塊包括 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、氣象數(shù)據(jù)糾正和融合處理、市級氣象服務(wù)器數(shù)據(jù)交換和 web發(fā)布及應(yīng)用服務(wù)器 4個部分的設(shè)計(jì)。

3、氣象數(shù)據(jù)糾正及融合處理程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

氣象數(shù)據(jù)由于環(huán)境問題或者是受到參數(shù)分析的影響，對于氣象的預(yù)測結(jié)果很容易產(chǎn)生誤差，這種誤差會隨著時間發(fā)展而減小，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要將這種誤差縮減體現(xiàn)在其中，也就是自動化參數(shù)誤差調(diào)節(jié)。其處理程序功能的實(shí)現(xiàn)，是根據(jù)所更新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，綜合計(jì)算結(jié)果，并選擇其中的平均值，這樣更接近真實(shí)情況，對氣象變化的描述也更符合實(shí)際變化。技術(shù)人員要定期對探測裝置進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，觀察所傳輸?shù)娇偪刂浦行牡臄?shù)據(jù)是否與實(shí)際情況是一致的，并通過程序匯編來對控制功能做出調(diào)整，提升最終控制功能的穩(wěn)定性。

4、web發(fā)布及應(yīng)用服務(wù)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

這一功能實(shí)現(xiàn)需要與網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)來對觀測得到的數(shù)據(jù)信息快速傳輸，可以不受時間以及距離的影響，提升最終的傳輸速度。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中主要是對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個綜合構(gòu)建，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺來進(jìn)行數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用，農(nóng)民需要對氣象信息進(jìn)行連接時，通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也能更高效的實(shí)現(xiàn)，信息獲取渠道增多后，對提升信息結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確程度也有很大幫助。當(dāng)前的設(shè)計(jì)方法是通過結(jié)構(gòu)框架來帶動程序功能實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)語：農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用系統(tǒng)的智能化精準(zhǔn)化還處于起步階段，仍有很大的發(fā)展空間，很多地方還有待完善。對于操作界面來說，可以融入心理學(xué)方面的知識來制作更符合人們心里需求的、更為美觀方便的操作界面；對于前端采集系統(tǒng)來說，可以增加更多的采集要素，并加強(qiáng)精度，從廣度和深度上使采集的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確全面；對于后端管理軟件來說，可以將氣象大數(shù)據(jù)融入進(jìn)來，使其提供更深層的氣象服務(wù)功能。

參考文獻(xiàn)：

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