云計算在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐曉雨，王福剛，李敏君

（牡丹江師范學院 物理與電子工程學院，牡丹江 157000）

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在科學技術(shù)快速發(fā)展的影響下，已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需要。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程發(fā)展非常迅速，但依然有很多問題有待解決，需要利用信息化的方式來實現(xiàn)。其中，農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)控就是厄待解決的問題，需要建立完備的信息系統(tǒng)來推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

監(jiān)控系統(tǒng)通過傳感器獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的環(huán)境信息以及農(nóng)作物生長狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)匯總到互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行有效的處理，處理完成后傳輸?shù)皆破脚_上，平臺通過識別和分析數(shù)據(jù)進行農(nóng)作物生長狀態(tài)判斷和生長環(huán)境的大量信息來獲得解決方案。從而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程指導，或者對農(nóng)業(yè)設(shè)備進行智能化的操控，實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代化生產(chǎn)的目標。

1 對云計算的認識

智能化的發(fā)展常常都是基于計算機技術(shù)的提高，計算機技術(shù)的發(fā)展進程可以分成三個歷史階段：電廠模式階段、效用計算階段和網(wǎng)絡(luò)計算階段。如今發(fā)展到了的云計算（Cloud Computing）時代。云計算這個概念的提出，最早可以追溯到2006年。由谷歌公司CEO施密特在搜索引擎會議上首次提出。在這之后，眾多大型企業(yè)都開始重點開發(fā)云計算技術(shù)。

云計算的定義有很多的提法，其中一種比較權(quán)威的定義是：所謂云計算就是一種按需服務(wù)、可擴展能力強的計算模式。并且造價很低，由于這一特點被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，可以提高有關(guān)軟件資源以及數(shù)據(jù)資源的使用率，降低成本以加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進速度。

2 云計算架構(gòu)分析

云計算的基本架構(gòu)可以分為幾個層面：

（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service）IaaS：終端通過基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)能夠獲得的是虛擬機資源，終端可以按照類似于使用一臺物理服務(wù)器的方式使用基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)?；A(chǔ)設(shè)施的大量的、繁雜的管理工作可以由基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)供應(yīng)商完成。

（2）平臺即服務(wù)PaaS（Platform as a Service）：平臺即服務(wù)的功能是提供給終端一個運行的平臺。這樣，終端就能夠在軟件開發(fā)工具包測試平臺上編寫應(yīng)用程序。這樣一來，無論是在設(shè)置任務(wù)，還是在運行程序，終端都不必花費時間和精力去考慮如何管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備。這樣的任務(wù)都可以由平臺即服務(wù)提供商來完成。

（3）軟件即服務(wù)（Software as a Service）SaaS：通過軟件即服務(wù)這種模式，終端用戶只需聯(lián)網(wǎng)，通過Explorer就能直接使用在云端上運行的程序，而不用考慮軟件安裝等一些復雜的事，更為重要的是，可以避免初期昂貴的軟硬件投入。

綜上，云計算的應(yīng)用主要就是利用提供的IaaS和PaaS。利用IaaS，終端用戶就能夠獲得虛擬機上的資源，這樣就可以設(shè)計現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

3 農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

基于云計算的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)計成由感知層、支撐層和應(yīng)用層三個層次構(gòu)成。即：智能網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺以及微信公眾號監(jiān)控系統(tǒng)。三個層次的工作原理是：網(wǎng)關(guān)的功能是感知數(shù)據(jù)的采集和控制相關(guān)設(shè)備。整個系統(tǒng)的核心部分是物聯(lián)網(wǎng)云平臺，通過RESTful風格的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，來完成數(shù)據(jù)的智能化分析、最優(yōu)化管理設(shè)備與傳感器、設(shè)備控制消息的有效傳遞、數(shù)據(jù)的上傳和下載、農(nóng)業(yè)資訊信息的快捷查詢等各種功能。以前兩層（感知層、支撐層）提供的接口服務(wù)為基礎(chǔ)，就能夠使用客戶端來開發(fā)第三層（應(yīng)用層）的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，利用微信公眾平臺開發(fā)微信公眾號。

基于以上的設(shè)計思路，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、環(huán)境控制子系統(tǒng)、紫峰無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、遠程網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)、云服務(wù)平臺子系統(tǒng)五大部分組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要負責采集農(nóng)作物環(huán)境數(shù)據(jù)，環(huán)境控制子系統(tǒng)的功能是接收云服務(wù)子平臺指令，以實現(xiàn)補光、遮陽、降溫、升溫等功能。在紫峰無線傳感網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中，可以通過RS485總線將傳感器數(shù)據(jù)傳送給紫峰終端節(jié)點，若干紫峰終端節(jié)點與協(xié)調(diào)紫峰節(jié)點組成星型拓撲結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng)，協(xié)調(diào)紫峰節(jié)點通過RS232總線與遠程網(wǎng)關(guān)通信，遠程網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)平臺子系統(tǒng)完成遠程數(shù)據(jù)傳輸?；谕ㄓ梅纸M無線服務(wù)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)將測量到的數(shù)據(jù)傳送到遠程云服務(wù)平臺，以定時或者單獨采集的方式將采集指令發(fā)送給現(xiàn)場中央采集單元處理器模塊，處理器接收指令后通過RS485總線控制現(xiàn)場傳感器進行數(shù)據(jù)采集。

4 結(jié)束語

本文利用云計算、無線通信，紫峰協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)，對農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控的需求進行了具體的探究。設(shè)計了一種基于云計算的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)M行田間農(nóng)作物進行大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，對農(nóng)作物生長情況實時監(jiān)測和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化操作。

[1] 劉洋，張鋼，韓璐.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算服務(wù)的農(nóng)業(yè)溫室智能化平臺研究與應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用研究，2013.