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物联网在果园監测与报警方面的应用

发布时间:2020-02-11 14:16
Abstract
With the continuous advancement of science and technology, the Internet of Things technology is maturing, and modern agriculture is gradually moving toward precision agriculture. Compared with traditional orchard environmental monitoring, the modern orchard environment monitoring method based on Internet of Things technology is cost and easy to use. , convenience and real-time aspects have great advantages and progress. Therefore, research on orchard environmental monitoring and alarm system based on Internet of Things technology has important value in actual production. This paper researches and develops a 4G network-based orchard environment monitoring and alarm system, which is real-time, accurate and convenient. It can support multiple users to access and view data, and freely configure alarm thresholds. The main work of the thesis includes:
(1) The paper firstly carried out the architecture design of the orchard environmental monitoring and alarm system, which is divided into data acquisition module, data service module and system management module. The data acquisition module uses the environmental monitoring hardware equipment to collect temperature, humidity and illumination in real time. The environmental element information is uploaded to the server and saved to the database. The data service module displays environmental monitoring information and trends through a graphical interface, and provides data downloading functions. The system management module mainly provides login personnel maintenance and environmental monitoring data permissions. Control and alarm threshold settings.
(2) Introduced some related technologies, such as 4G, Java development technology, cloud platform, etc., as well as hardware device information and configuration parameters. In order to provide the basis and basis for collecting the environmental information of the orchard, the environmental monitoring management platform was designed and developed to be deployed to the cloud platform, while ensuring reliable and quasi-real-time data transmission and persistence to the database, so that the subsequent alarm function can work normally.
(3) In order to ensure the normal use of the alarm function, multi-threading technology is applied on the server side, and various scenarios and optimizations are

implemented on the alarm function. The alarm threshold can be flexibly set, and the single-value alarm can be set, and the interval can also be set. The value alarm and the alarm function are tested. The result shows that the system can send the alarm information to the specified recipient in time after triggering the alarm to achieve the effect and purpose of the warning.
Key words : Internet of Things; orchard; 4G; cloud platform; alarm
第一章绪论
1.1背景
1.1.1果园环境监测及报警现状
近年来,我国水果产业发展迅速,水果产量跃居世界第一。我国水果产业己 成为农业的重要组成部分,影响着数百万果农的切身利益。最近几年来,利用物 联网开展精细农业生产和果品质量管理已成为一个日渐重要的发展方向,以传感 器监测、信息融合传输和物联网应用等多种技术为载体,通过在农业生产基地中 构建监测网络,实现农业生态环境的自动监测,这是实现生产过程的智能化控制 的基础,也是实现农业科学化管理的重要保障。
水果的生长状态受各种气候和环境因素的制约和影响,在大面积和区域化的 果园中跟踪和收集果树生长相关的多种基础环境信息,都会面临着收集环境信息 复杂性高、管理与处理信息效率低下以及投资成本持续增加等问题。现阶段下, 受到果园复杂的气候及环境因素的制约,目前果园监测方式虽然己经部分己经基 于传感器设备。但传统的果园环境监测方式具有随机性,缺少一定的稳定性和实 时性,监测数据也没有一个集中的平台管理,查看不便捷,并且报警功能更多是 依赖传感器本身(传感器自带蜂鸣器),由于果园有开阔、无人值守的特点,报 警的范围有限、实时性不强,对于自然灾害的提前预防实用性不强。因此,在物 联网和通信技术日益发展迅速的今天,需要一种更实时、更有实用性的方法来实 现果园多种环境监测数据的实时监测与报警,这对实现果园的信息化管理,及早 应对极端天气带来的不利影响有着重要意义。
1.1.2果园监测报警的必要性
“互联网+农业”是现代农业发展的主流模式,农业环境监测则是现代农业 的重要研究领域之一,它将农业生产方式从传统的粗粒度转变为细粒度作业,在 传统农业的现代化中发挥了积极的指导与推动[1_3]。综合运用物联网、传感器和 现代通信技术,实现农业生产的数字化监测,是在现阶段下迅速改变传统农业监 测方式局限性行之有效的方法,可以有效降低农业基础环境信息的采集成本,提 高生产效率,增加产量[4,5]。现代农业环境监测模式可以收集到与农作物生长相 关的多种主要的基础环境因素,基于各种优质类型的传感器设备,可以准确、快 速的采集农业环境信息,实现种植区域的全天候监测,且基于收集到的环境信息
对作物生长趋势的分析上有着很高的应用价值,可促进精准农业的发展[6,7]
在我国的农业生产生活中,部分地区每年都会不定期发生一些自然灾害,在 一些个别地理环境发生的极端气候条件严重影响着作物的正常生长,使其发生各 种各样的生理障碍,对正常产量和品质有着严重影响。过高的温度或者过低的温 度会造成植物热害或冻害,土壤中的盐碱含量及成分不合理会使植物遭受盐害或 碱害,工业排放的废水废气和交通运输行业排放的废料废气等的不科学超标排放 会造成土壤污染,形成酸雨,土壤中的水分过多或过少也会会引起严重的洪灾或 旱灾[8]。目前,大多数果园设施装备水平低,温、光、水、气等小气候环境监控 能力差,即使有的果园配备气候监测设备,但由于设备数据采集不规范,数据质 量也难以保证,且无报警功能或功能不完备。如在2018年清明节华北地区普遍 遭受了突如其来的暴雪天气,由于无相应预警机制,对漳河林场梨树损失较大, 因此,建立一套完备的环境监测与报警系统就显得尤为重要了。
1.2研究目的和意义
要实现果园果树的高产稳产,需要符合果树的萌芽、新梢生长期、果实膨大 期等不同生长周期阶段内对温度,湿度,水分,co2等各个环境要素的要求,因 此,基于“互联网+农业”的现代化农业生产模式,将传感器节点布置在范围广 阔的果园中,以便快速、精确釆集果树生长相关的多种气候环境因素,例如光照、 湿度等环境信息,实时上传至监测与报警中心存储下来,这就实现了环境信息的 自动采集,为专业人员进行环境数据分析提供数据支撑,提高了果园生产与管理 效率,实现果园种植的现代化、精细化管理[9_11],利用物联网技术,可将果园的 生态环境实时监测并上传到控制台供随时查看,并能及时监测到恶劣天气并发出 报警通知到手机端,最大限度提早采取措施,减少极端气候条件(如近年来频发 的晚霜天气)对果园带来的损失、也可以为果园精准调控提供科学依据,达到提 高经济效益的目的。
本课题采用物联网硬件传感器、无线通信技术,研究开发一个基于4G通讯 网络的果园环境监测与报警系统。系统选择温度、湿度、光照等多种传感器构建 果园气候环境监测网络,采集果园生态环境数据,并将采集到的数据实时的发送 并存储到服务器端,采用Web应用方式为果农用户、果园专家、管理员等多种 用户提供多种环境监测与报警服务,实现对果树种植环境的实时监测与报警。研 究与开发果园环境监测与报警系统,实际意义主要概括为三点:
(1) 基于物联网传感器节点、无线通信技术、数据收集分析应用管理平台, 果园环境监测系统可以实现果园气候环境数据的自动精准釆集,提高果园生产管 理效率,降低果园成本。
(2) 通过对温度、湿度、光照等多种环境数据的采集,长期跟踪监测果园 中果树的生长环境状况。并数据可视化展示,方便农场主及果园专家对果树生长 状况做出分析判断,以达到对果树种植管理中出现的异常情况进行预防的目的。
(3) 研究开发果园环境监测与报警系统,实现对果园环境的实时监测,并 根据果园不同生长时期设置温度、湿度、光照等环境要素的报警阈值,一旦超过 或低于阈值将触发报警机制,实时将报警信息发送至相关人员,提醒管理人员及 早采取应对措施。
1.3国内外研究现状
物联网概念于1999年由美国麻省理工学院提出[12],之后物联网技术得到了 迅速的发展,在工业,农业,医疗,安全工程上得到了广泛的推广与应用,农业 物联网是物联网应用的重要发展方向之一。国外在基于物联网技术的农业环境信 息监测领域的研究起步较早,技术也更为成熟,GMois等人[13]通过对WiFi、蓝 牙和HTTP三种方式的无线传感器的实验,探索了气候变化环境下的应用场景, 并指出了三种方式的优劣及复杂度,以及不同的应用场景给出建议,对传感器用 于环境监测系统提供了借鉴。CC Villarreal等人[14]在低成本、可靠性等方面论述 了碳同素异形体这种传感器的设计理念与过程,及其使用的优势之处,预计在未 来环境监测领域有着广阔的应用前景。
Kay Smarsly等人[15]提出基于传感器节点的农业生态远程监测系统设计思 路,能够实现对土壤环境参数的监测,通过分析这些土壤环境数据,实现了智能 调控基础灌溉设施,节省了宝贵的水资源,也有效提高了水资源利用率。D Ko等 人[16]基于无线传感网络技术,设计并开发了农产品可追溯实时监测系统,通过 对农产品产量和分布的监测、跟踪分析研究,部署传感器节点,利用事件检测引 擎,定义事件跟踪并监测农产品,通过分析这些监测数据,可最终实现预测下一 年农产品的产量。T Cao-Hoang等人[17]基于Arduino微控制器设计开发了支持 WiH接口方式的传感器节点,它可以将采集到的环境监测数据发送至网关。同 时,基于这种设计的传感器节点和网关,结合软件工具,提出了一种农业环境监 测系统的实现方案,并对环境数据加以管理,方便后续使用。ShkurtiL等人[18] 基于WSN技术设计并开发了一个面向Web端的环境监测系统。通过Web端 接口,无线传感网络中的节点可以实现数据上传,Web应用端对采集到的环境 数据设置阈值进行拦截,如果超出设定范围,便通过使用电子邮件方式向用户推 送环境数据预警监测结果。KO Flores等人[19]基于无线传感网络和树莓派设计并 实现了一个农业环境监测系统。这个系统通过传感器节点收集农作物生长环境信 息,树莓派充当的是本地服务器的角色,它负责对数据进行接收并下一步处理, 最终提供可视化界面,对用户相对友好,但可视化效果不佳。M Srbinovska等 人[2()]设计实现了一个蔬菜温室无线传感器网络体系结构,是一个成本低、实用 性好的温室监测系统,通过对温度、湿度、光照等关键环境数据进行监测,实现 了科学栽培并有效降低了管理成本。
随着农业信息化水平的不断提高,我国的农业智能测控系统在技术和规模上 都获得了巨大的发展,但与发达国家相比我国的农业智能控制在生产的稳定性、 配套设施的完善程度、现代化水平和产业化程度上还存在很大差距。目前,赵立 安,李修华[21]等在实验站火龙果实验田安装农田物联网系统,长期对实验田空 气温湿度,co2浓度,光照强度,土壤水分,土壤温度进行实时监测,对试验田 获取的数据进行清洗,然后根据火龙果生长环境需求,将每组环境数据进行类别 标记。张帆等[22]针对江西丘陵地区作物种植分布广、布线和供电困难等特点, 利用智能气象站和高精度土壤温湿度传感器等设备建立了基于物联网技术的土 壤墒情监测系统,为农田精准灌溉和节水、农业抗旱减灾提供技术支持和决策参 考。焦洋在农户温室环境监控问题上,利用无线传感技术、4G通信技术等对 温室环境进行监测,通过上位机软件研究探索对数据进行查看与管理,为提高农 户温室管理的效率提供了帮助,并有助于提高经济收益。
1.4研究内容
针对果园环境监测的实际情况出发,本课题在充分研究前人的基础上,为保 证监测的实时性及可靠性,进而实现精准报警功能,主要内容包括:
(1) 调研市场上土壤环境监测设备,并挑选性价比适合果园的设备。
(2) 收集设备监测数据,并利用4G技术手段传输回服务器存储。
(3) 数据清洗,加工,处理异常数据。
(4) 开发数据展示平台,并添加实时报警功能。
其中,监测数据的存储考虑在云平台中实现,减少服务器采购和维护成本, 也可以实现开箱即用,将重心关注在应用层面,报警方式本文采用短信推送方式, 传统的邮件体现方式使用复杂度高,及时性也难以保证,短信推送在及时性、易 用性方面有着很大优势。
1.5技术路线

第二章监测与报警系统架构设计
2.1系统概述
果园的产量及果品的品质与果树生长周期各个阶段的气候环境有很大关系, 这些环境因素对果树的正常生长有着关键的作用。因此,为达到高产优质的目标, 也为了提升果园的日常管理效率,最大程度的解放劳动力,对这些影响果园健康 生长的诸如温度、湿度、光照等重要小气候环境因素进行及时、准确、持续的监 测与综合运用有着重要意义。
目前,对于非露天的环境(如温室大棚等)进行监测与控制己有很多成熟案 例可供参考,这些安装在温室大棚内的传感器可对周围环境进行持续监测,有些 也可通过有线、无线传输到本地管理中心储存,进而服务于监测与报警,但报警 方式也基本上是传感器本身通过蜂鸣器发出报警。而对于日常无人值守(尤其是 夜晚)的果园环境,由于面积广大,传感器部署较多,有线网络无法满足以外, 一旦环境因素发生恶劣变化,并不能及时将报警信息通知到农场主。本文针对这 一种实际应用情景,研究并开发了一个基于4G的果园环境监测与报警系统,根 据果园中安装的环境监测传感器将收集到的温度、湿度、光照、土壤酸碱值等数 据准实时上传到云平台的数据库,再由环境监测与报警平台加以展示这些数据, 用户可以随时随地查看环境数据,并且加入了报警功能,可自定义各种环境因素 阈值的报警,这样可及时,方便的通知到相关人员。整个系统的拓扑结构如下图:
 
从上图可以看出,果园环境监测与报警系统主要分三个模块:
 
(1) 果园数据采集模块,这个主要采用一种或多种果园环境传感器采集环境数
据,并通过4G通讯的方式上传至服务器。传感器本身可存储数据。
(2) 数据存储模块,服务器端对数据的接收、处理与储存,并在环境监测传感
器由信号不好,恢复正常的时候主动拉取传感器的数据。

(3) 环境监测报警平台模块,可满足多种用户角色登录使用,用户可在线实时 查看各种环境监测数据,并开启报警模式,设置报警阈值,符合报警条件 后系统将自动发短信给相关人。
2.2系统总体架构
 
通过以上小节对果园环境监测与报警系统的分析概述,从底层到顶层可将整 个系统总体结构划分如下:数据采集层、服务层、应用层,分层结构如2-2所示。
图2-2果园环境检测与报警系统总体架构
Fig.2-2 Overwiew of system structure
(1) 数据采集模块:由各种果园部署的环境监测传感器组成,本文采用的 环境传感器是多功能合一体的,可同时监测温度、湿度、光照等环境信息, 通过对传感器的初始化设置,配置其工作模式,如本地模式为只存储数据不 长传数据,本地+上传模式既可以本地存储数据不上传也可以上传数据的同 时设备也保留一份数据,配置上传服务器地址、上传数据格式及精度等
(2) 数据服务:主要接受环境监测传感器上传的数据,以固定格式保存至 云平台数据库中,本文使用AWS (亚马逊)EC2云平台产品,后端应用服 务端同时也可以接受应用层的数据请求,如可视化展示时可将数据库中的环 境信息经过查询后返回给应用层展示

(3) Web应用:这一层级更靠近用户,它提供了一个展示平台,是用户和 数据之间的桥梁和纽带,各种用户角色可登录访问数据,重要的是,报警功 能也是此层的关键功能,用户可指定报警内容,报警阈值及报警收件人
2.3系统开发相关产品与技术
2.3.1 Amazon EC2
AWS是亚马逊公司旗下云计算服务平台,为全世界范围内的客户提供云解 决方案。AWS面向用户提供包括弹性计算、存储、数据库、应用程序在内的一 整套云计算服务,帮助企业降低IT投入成本和维护成本。亚马逊弹性计算云 (EC2,Elastic Compute Claud)是一个让使用者可以租用云端电脑运行所需应 用的系统。EC2借由提供Web服务的方式让使用者可以弹性地运行自己的 Amazon机器映像档,通过亚马逊EC2上简单的Web服务界面,可以轻松的获 取和配置资源,它提供对计算资源的完全控制,并运行于亚马逊己获实证的计算 环境中。亚马逊EC2缩短了获取和启动新的服务器实例时间到数分钟,使用者 将可以在这个虚拟机器上运行任何自己想要的软件或应用程式,此外还提供可调 整的云计算能力,可以让用户能够迅速调整,无论是增加还是缩减,适应计算需 求的变化,它旨在使开发者的网络规模计算变得更为容易。
2.3.2 4G通信网络
所谓4G通彳目技术就是指第四代移动通彳目彳目息系统,是基于3G通彳目技术基 础上不断优化升级、创新发展而来,融合了 3G通信技术的优势,并衍生出了一 系列自身固有的特征,4G通信技术的创新使其与3G通信技术相比具有更大的 竞争优势。首先,4G通信在图片、视频传输上能够实现原图、原视频高清传输, 其传输质量与电脑画质不相上下;其次,利用4G通信技术,在软件、文件、图 片、音视频下载上其速度最高可达到最高每秒几十兆,这是3G通信技术无法实 现的,同时这也是4G通信技术一个显著优势;这种快捷的下载模式能够为我们 带来更佳的通信体验。目前4G技术己在国内非常普及,通信速度快,收费价格 也比较合理,特别是国内几大运营商4G数据流量的使用量已经远远超于语音使 用量成为主流。
2.3.3 Stmts MVC 架构
模型(Model)-视图(View)-控制器(Controller),通常简称MVC,是一种开 发web应用程序的软件设计模式。该软件设计模式由以下三部分组成:
•模型一一属于软件设计模式的底层基础,主要负责数据维护。
•视图一一这部分是负责向用户呈现全部或部分数据。
•控制器一一通过软件代码控制模型和视图之间的交互。
MVC普及的原因在于它区分了应用程序的逻辑层和用户界面层,并支持开发关 注点的分离。在MVC模式下,控制器接收了所有来自应用程序的请求后,调用 模型去准备视图所需要的数据,然后视图使用由控制器提供的数据最终生成一个 可视的响应。MVC的抽象概念可通过以下图形进行表述:
 
 
图2-3 MVC架构
Fig.2-3 MVC architecture
Stmts2是一个基于MVC设计模式的Web应用框架,它本质上相当于一个 servlet,在MVC设计模式中,Stmts2作为控制器(Controller)来建立模型与视图 的数据交互,一个典型的Stmts2架构如图2-4所示
   
ValuB
Stack/OGNL
getXxx() 图2-4 Struts2架构概览 Fig.2-4 Overview of struts2
上图描述了 Stmts2高级系统架构下的模型、视图及控制器。控制器是通过 Stmts2分派servlet过滤器以及拦截器进行实现,模型是通过Actions进行实现, 而视图则是结果类型和结果的结合。值栈提供共同的路线、链接以及与其他组件 之间的集成。除了上述部分,还有许多组件相关的信息。web应用程序组件、 Actions组件、拦截器组件、结果组件等等。这些都是是Stmts2 MVC模式的体 系结构重要组成部分。
2.3.4 ExtJS
Ext JS是一个流行的JavaScript框架,它为使用跨浏览器功能构建Web应用 程序提供了丰富的UI。Ext JS基本上用于创建桌面应用程序它支持所有现代浏 览器,如IE6+,FireFox,Chrome,safari6+等,这种跨浏览器的支持使得开发 人员可以把主要精力由适配各个浏览器转为对业务功能的实现上,ExtJS作为一 站式的前端框架,有很多优秀且实用的控件,尤其是表格对复杂数据展示的支持 是其他的JavaScript框架不具备的,但图形控件方面支持较弱,因此本文重点 利用表格方面的优势,图形展示方面则使用下面的Echarts组件填补空缺。
2.3.5 Echarts
ECharts,缩写来自Enterprise Charts,商业级数据图表,是百度的一个开源

的数据可视化工具,一个纯Javascript的图表库,能够在PC端和移动设备上流 畅运行,兼容当前绝大部分浏览器(IE,chrome,firefox,Safari等),底层依 赖轻量级的Canvas库ZRender,ECharts提供直观,生动,可交互,可高度个 性化定制的数据可视化图表。创新的拖拽重计算、数据视图、值域漫游等特性大 大增强了用户体验,赋予了用户对数据进行挖掘、整合的能力。它有以下特点:
(1) 使用简单,开源:己内置封装好JS,只要引用就会得到完美的展示效果, 属于开源软件,不收取使用或授权费。
(2) 图表种类多:提供了柱状图、折线图、饼图、气泡图及四象限图等,并且 使用界面显示效果很灵活、丰富。
(3) 兼容性好:支持当前主流浏览器,基于HTML5,有着良好的渲染效果。 2.4本章小结
本章首先对果园环境监测与报警系统做了详细概述,并设计了系统的总体架 构,然后详细介绍了实现系统采用的相关产品和技术。

第三章基于4G果园环境监测数据实时上传的实现 3.1设备选取及申请云平台
本环境监测系统主要是收集果园的温度、湿度、光照等环境信息,考虑到果 园开放式的环境及特殊的地理位置,数据传输方面需要釆用无线传输的方式,本 文采用山东仁科测控技术有限公司生产的RS-XZJ-100型号设备,通过插入中国 移动4G SIM卡的方式实现果园环境通过无线方式实时上传至云平台。
本文使用云平台为Amazon EC2产品,申请方式为通过登录亚马逊官网, 按照提示即可申请,需要注意的是,申请系统镜像步骤中选择Windows Server 2019系统,在申请最后一步需要下载window登录秘钥,方便以后远程登录云平 台。由于新申请云平台默认端口只开放3389,为方便下一步监测设备数据实时 上传至云平台和监测报警平台的正常访问,需要部分端口也开放,如下表所示
表3-1云平台需开放端口 Table 3-1 Necessary port need to open
端口
Port
协议
Protocol
类型
Type
用途
Usage
80 TCP HTTP 监控报警平台端口
3306 TCP Mysql 数据库端口,调试用
2404 TCP 自定义 监控设备上传数据
3389 TCP RDP 云平台远程连接登录
 
 
 
3.2设备上传数据配置
本文需要将监测设备的数据通过4G方式(信号不好时会自动切换至GPRS) 上传至云平台,因此环境监测设备需要初始化配置,首先需要将设备通过网线和 安装配置软件的笔记本电脑处于同一局域网内,然后打开配置软件,搜索到环境 监测设备,主要设置信息如下 GPRS参数:
(1) GPRS目标地址或域名:这里填写申请到的AWS云平台IP地址即可。
(2) GPRS目标端口:这里填写设备默认端口 2404。
(3) GPRS工作模式:选择“传输模式”。
监控主机存储参数:

第三章
(1) 正常记录数据间隔(分钟):这里设置为5,即每5分钟上传一次。
(2) 存储类型:自动,即当设备与监控平台正常连接时不对数据进行存储;当
监控平台关机或者设备掉线时才会对数据进行存储。
3.3云平台数据库建表
通过上一步将监控设备配置后,设备通电即可每5分钟(可调整至1分钟) 记录一次环境数据,由于云平台端还未配置数据接收,此时数据是保存在设备中。 因此还需在云平台配置数据库参数,完成后设备上传的环境监测数据如温度、湿 度、光照等就可实现存储到数据库。本文用MySQL 5.7.26版本作为数据存储的 数据库,MySQL是最流行的关系型数据库管理系统之一,并且也是开源的数据 库,具有体积小、速度快、总体拥有成本低等特点。具体用于存储环境监测数据 的数据库表字段结构如下
表3-2云平台环境监测数据表结构
Table 3-2 DB table detail of environment data on cloud
字段名称 Column Name 字段类型 Column Type 字段描述 Description 备注
Remark
ID varchar(32) 记录ID 唯一主键
DeviceKey varchar(32) 设备Key 设备类型唯一标示
DeviceName varchar(500) 设备类型名称 温度,湿度等
DevicelD int(ll) 设备ID 设备唯一标示
NodelD int(ll) 节点号 和设备Key对应
Tem double(16,4) 模拟量一数值 如温度值
Hum double(16,4) 模拟量二数值 如湿度值
Lng double(16,4) 经度 设备经度
Lat double(16,4) 纬度 设备纟韦度
CoordinateType int(255) 参考系 常数
RecordTime datetime 记录时间 数据时间
IsAlarmData int(2) 是否预警 保留字段
 
 
 
3.4云平台监测数据数据库配置
完成建表后,再利用设备配置工具,在云平台上设置监听程序,不断监听从 设备从2404端口上传来的数据,如有则将数据存储到数据库表中,具体设置如 下:
网络设置设置:
(1)监听IP:设置127.0.0.1,即表示本机监听。

(2)监听端口: 2404,同设备配置的GPRS目标端口要一致。
数据库设置(MySQL数据库):
(1) 服务器名称:127.0.0.1,即数据库在本机。
(2) 数据库名称:env_monitor,,需提前新建一个名为env_monitor的库。
(3) 数据库端口 : 3306,MySQL默认端口。
(4) 用户名:monitor,需提前新建一个名为monitor的用户。
(5) 密码:输入monitor用户的密码即可。
输入完毕后,可测试数据库是否连通。如无误,稍等5分钟左右,通过数据 库查看工具即可查看数据是否正常无误的进入数据库。
3.5本章小结
本章主要工作内容是,调研目前市场上的环境监测设备,选取了一个符合预 期的设备,并以其中一个为例,通过调试设备及设置云平台监听程序及建立数据 库表结构,实现了监测数据的实时长传至数据库,上传的结果符合预期,为以后 的数据可视化展示及报警功能奠定了基础。

 

第四章果园环境监测与报警系统概要设计 4.1系统概述
果园环境监测与报警系统主要为普通用户(如果农)和管理员(如果园专家) 两类用户提供服务,Web端和APP端均可访问该系统,普通用户主要是对环境 监测信息的查看及下载,管理员(如果园专家)除了查看这些可视化数据之外, 还可针对果园不同时期的果树的不同情况,设置报警阈值,一旦发现超出正常环 境监测范围即发出报警短信,提示果园专家和果农及早采取措施干预,将不利气 候条件造成的损失减少到最少。
4.2系统功能设计
具备环境监测数据准确、实时收集后,本章研究的内容,是通过一个集中的 系统平台入口,展示这些环境监测数据,并实现自定义阈值短信报警功能,通过 遵循软件工程的思想,按照模块化的设计方法,从顶层开始设计,可将系统划分 为用户管理模块、数据可视化模块及实时报警模块三个模块。
4.2.1用户管理模块
用户管理模块主要提供用户组和用户的添加、修改、删除,以及用户的启用、 禁用等,只有系统中己经添加后的用户并且用户未被禁用才可以登录系统,并且 用户管理模块只针对管理员开放,普通用户无此功能。另外所有用户点击查看菜 单的动作都将被日志记录,特别注意的是,用户的手机号信息必须确保正确,以 保证报警短信能发送到用户,如用户被禁用,或用户是启用状态,但手机号为空, 该用户也无法接收到报警信息,如图4-1所示
 
 
图4-1用户管理模块功能图
Fig.4-1 User manage function overview
4.2.2数据可视化模块
该模块主要实现对环境监测数据的展示,如温度,湿度,光照等,展示的方 式又分为实时查看及历史数据导出功能。以温度为例,系统以折线图的方式查看 过去24小时的温度曲线,可视化菜单也有权限控制功能,如管理员可以看到所 有环境监测的数据,个别用户可以看一部分数据,如只能看温度数据等。管理员 还可以增加或删除可视化菜单等,如图4-2示
 
图4-2可视化模块功能图 Fig.4-2 Data view function overview
 
4.2.3实时报警模块
该模块主要实现环境监测的实时报警,根据果园一年四季不同时间,果树对 各个环境因素的容忍度也不一。报警功能需要支持对不同环境项目因素的阈值设 置(如温度最高报警警戒线为40摄氏度,湿度最高报警警戒线为70 RH),且 可以设置最高值或区间值,一旦超过最高或超出区间范围,即触发报警,发送短 信至关注人。此模块只限于管理员,普通用户无此模块权限。如图4-3所示:
 
图4-3实时报警模块功能图 Fig.4-3 Real time alarm function overview
 
4.3系统数据库设计
基于系统功能设计,本文根据系统的定位拆分成了用户管理模块、数据可视 化模块和实时报警模块,由此可精简的抽象出满足这三个模块的数据库表结构, 如下表所示
表4-1系统用户表结构 Table 4-1 User table detail
字段名称 字段类型 字段描述 备注
Column Name Column Type Description Remark
id int(ll) 记录ID 唯一主键
username varchar45) 登录名 登录名
parentid int(10) 父级ID 用户组ID
realname varchar(45) 用户名称 登录后显示名
mappingname varchar(45) 用户手机号 接收报警用
mappingpassword varchar(45) 登录密码 登录密码
type int(ll) 用户类型 0-用户组,1-用户
notes varchar(200) 备注 备注
ismapping int(ll) 映射标示 保留字段
isupdate int(ll) 是否可修改 用户是否允许修改
path varchar(lOO) 用户路径 用户归属组
datafrom varchar(l) 数据来源 保留字段
isActive int(ll) 是否启用 1-启用,0-禁用
creator varchar(45) 创建人 创建人
create_time varchar(30) 创建时间 创建时间
  表4-2 系统菜单表结构  
  Table 4-2 Menu table detail  
字段名称 字段类型 字段描述 备注
Column Name Column Type Description Remark
id int(10) 记录ID 唯一主键
name varcharlOO) 菜单名 环境监测项目
parentid int(10) 父级ID 上级菜单ID
url varchar(lOOO) 菜单链接 监测页面
type int(ll) 菜单类型 0-文件夹,1-菜单
sort int(10) 排序列 指定菜单顺序
path varchar(lOO) 菜单路径 菜单路径标示
showtype int(10) 显示类型 保留字段
warning varchar (11) 报警阈值 单值或范围(〜分隔)
warning_flag smallint (1) 报警开关 1-启用,0-禁用
 

表4-3系统菜单权限表结构 Table 4-3 Menu right table detail
字段名称 字段类型 字段描述 备注
Column Name Column Type Description Remark
id int(10) 记录ID 唯一主键
userid int(10) 用户ID 登录用户ID
menuid int(10) 菜单ID 用户可见的菜单ID
menuStr varchar(200) 菜单路径字符串 菜单路径
approve int(ll) 是否生效 0-不生效,1-生效
 
 
 

第五章果园环境监测与报警系统详细设计与实现
本部分着重按照系统功能设计的三大模块,采用Stmts MVC架构,分别完 成总体实现架构设计、三大模块的详细设计与主要功能实现。
5.1总体实现架构设计
为实现系统功能,结合模块化的软件工程思想,按照Stmts2MVC架构,结 合三大模块概要设计,降低开发复杂度,做到更大程度上的逻辑上清晰、透明, 代码层面上可读性、复用性,本系统将三大模块抽象为三层结构,分别是用户访 问层、业务逻辑层、数据处理层。分层的架构使得系统开发更有条理,不同的层 完成对应不同的工作,逻辑简单清晰,同时也方便后期系统的扩展和维护,降低 系统后期维护成本。
(1) 用户访问层:该层主要面向用户,为用户提供友好的展示界面,用户 通过点击界面不同按钮将用户的行为传导到业务逻辑层。
(2) 业务逻辑层:该层主要接受用户的操作,主要由Stmts Action类负责 接收用户动作,并负责将不同的动作转至不同的实现方法去完成。作为核心的中 间转发层,该层还负责接收数据处理层返回的结果,并将结果反馈给用户访问层。
(3) 数据处理层:该层处于最底层,直接与数据库交互,主要由Stmts ActionDao类实现,系统所有的数据获取均由该层的方法处理并提供,该层提供 了若干种数据库访问接口,如insert、update、delete等操作。
5.2用户管理模块 5.2.1用户管理模块概述
用户管理模块,主要提供用户组新增、修改、删除、启用、禁用操作,用户 的新增、修改、删除、启用、禁用操作,这一模块直接关系到用户是否可以正常 使用系统,用户正常登陆流程图如下图所示


图5-1用户登录流程图 Fig.5-1 User login flow
 
5.2.2用户管理模块类图
以用户的新增,修改等为例,展示用户管理模块的类图及对应不同的所在层 实现类的名称

图5-2用户管理模块新增用户类图 Fig.5-2 Add user class demonstration
由上图可以看出,以新增用户为例,当用户在用户访问层点击新增按钮时, 将由业务逻辑层的UserAction类负责处理,此时UserAction类将调用自身的add 方法实现增加用户的操作,add方法中将用户界面输入的用户名,密码等参数接 收到,执行新增用户之前,业务逻辑层还需要确认该用户是否己经存在,这时需 要调用数据处理层的UserQueryDao类去检查用户是否存在,如系统中已存在该 用户,则返回页面端提示用户;用户不存在时,则应把用户新增到数据库,此时 又将这些用户名密码等参数传递给数据处理层的UserUpdateDao类, UserUpdateDao类负责将此用户插入到数据库用户表中,操作成功则将结果返回 给业务逻辑层,业务逻辑层再将结果返回给用户访问层,提示用户添加成功,反 之如果添加失败,则用户(用户访问层)会收到业务逻辑层返回的报错提示信息。
5.2.3用户管理模块实现
(1) 用户登录 用户登录界面如下图。


图5-3用户登录界面 Fig.5-3 User login page
如输入用户名不存在,则会收到提示:不存在此。如果用户输入正确,密码 输入错误,则会收到提示:用户登录认证失败。如果用户已被禁用,输入用户名 和密码后,则会收到系统提示:此用户己被禁用。如用户不被禁用,用户名密码 也正确输入,则可以正常登录到系统。
(2) 用户管理
录系统后,点击左侧菜单“系统管理”,选择“用户管理”,即可看到用 户管理模块全部功能,可以对用户组及用户进行管理:
图5-4用户管理界面
Fig.5-4 User management page
可以看到,用户组列表己有三个用户组,分别是administrator组、洛关实验 区组、漳河林场实验区组,其中administrator组为系统内置管理员组,在这个组 内用户都是管理员权限,拥有系统全部操作权限,除administrator组之外其他两 个组都是通过“新增用户组”按钮菜单新增的用户组。
新增用户组操作如图5-5:
 
 
图5-5新增用户组
Fig.5-5 Add user group page
输入用户组名称和描述两个必填字段(会有标红提示),点击确定即可创建用户
组。
新增用户如图5-6所示: 
 
图5-6新增用户
Fig.5-6 Add user page
输入用户名(登录用,一般为英文,如zhangsan),姓名(登录后显示用户信息, 一般为中文,如张三),手机号(输入合法11位手机号),密码(用户将使用 此密码登录系统)后,点击“确定”即可添加用户。此处需要注意三点,添加用 户之前需点击左侧当中一个用户组,否则新添加的用户将不属于任何组;添加用 户名确保系统中不存在,如己经存在则系统会提示:系统已存在此用户;手机号 字段很重要,它决定着能否正常可以收到报警短信信息,如果某个用户被禁用, 即使该用户有手机号也不会收到短信报警,同样,如果某个用户是启用状态,但 手机号留空,也将收不到报警短信。
用户修改:可对系统中己有用户信息进行修改,修改的字段包括用户名、姓 名、手机号、用户密码,确认后点击确认即可,此处不再展示操作界面。
用户允许/禁止:某些情况下(如用户密码被盗用等)需要对用户临时管控, 可选中用户,并点击“允许”或“禁止”,禁止后会在用户列表中红色突出显示。
此时用户登录受限,直到用户被设置为“允许”才可正常访问系统,此处不再展 示操作界面。
用户删除:确认用户不再使用系统后,可将该用户删除,删除后用户将无法 登录系统,且无法接收到报警短信,此处不再展示操作界面。
最后,以新增用户为例,展示用户管理模块业务逻辑层UserAction类核心代码
片段:
//新增用户代码
public String add() throws Exception {
DSONObject json = new DSONObject()j
//新增之前,查询用户是否存在rdUserQueryDao对象实例 if(nd.isExistUsen(name)){ json.put("success"^ false); json.put("message' "系统已存在此用户!");
}else{
//用户不存在则新增用户udUserUpdateDao对象实例
json = ud.addUser(gnoupidJ name^ nealname^ isMapping^ mappingname^ mappingpasswondj notes,path);
}
PageD son. print JSO/V( response ^ json); return null;
}
5.3数据可视化模块
5.3.1数据可视化模块概述
此模块主要提供环境监测数据的展示,由于每个环境监测值量度范围不一, 可以单独展示环境监测数据,也可将多个数据(如温度、湿度)放到一个页面展 示,由于环境监测设备己实现实时上传,故页面也需要实时从数据库读取数据, 本模块展示使用Echarts组件,每种环境数据单独呈现。
5.3.2数据可视化模块类图
每一种环境监测数据单独呈现,即温度、湿度都是单独的页面展示,每个页 面在系统中相当于一个菜单入口,如此,环境监测项目的新增、修改操作就转化 为菜单的新增、修改,以菜单的新增为例,以下是数据可视化模块类图及具体实 现类所处的层结构信息
 
图5-7数据可视化模块菜单类图 Fig.5-7 Menu class demonstration
从上图可以看到,当用户点击新增菜单,并填写相关信息确认之后,将由 MenuAction类负责业务逻辑处理,MenuAction接收用户填写的信息作为参数, 再调用add方法触发新增的操作,而add方法中又调用数据处理层 MenuUpdateDao类的addMenu方法,将菜单信息插入到数据库,操作成功后, 将把成功的结果信息返回至业务逻辑层MenuAction类,MenuAction又会将信息 返回给用户(用户访问层),如菜单插入数据库过程中发生异常,亦会把错误信 息逐层返回,最终提示到用户,待用户更正后再重现尝试。与用户新增不同的是, 菜单新增业务逻辑较为简单,在新增之前不需要验证菜单是否已经存在,系统允 许存在同名的菜单(实际使用上会不方便,不推荐)。
5.3.3数据可视化模块实现
本模块分为三部分,菜单维护、菜单权限维护及菜单数据可视化展示:
(1) 菜单维护
新增菜单组:登录系统,点击“系统管理”,选择“菜单管理”,再选择“新 增菜单组”,如下图5-8所示: 
 
图5-8数据可视化模块菜单组新增
Fig.5-8 Add menu group
填入菜单组名称及描述,点击确定即可成功添加菜单组,需要注意的是,新 增加后的菜单组会与系统管理菜单并列成为一级菜单:
H国环境数据 *系统管理
芯用户管理 /菜单权隨理 囝菜单管理
图5-9菜单组添加后效果
Fig.5-9 After add menu group
新增菜单:选择“环境数据”菜单组,点击“新增菜单”,将会出现新增菜 单界面,如图5-10 
 
图5-10新增菜单
Fig.5-10 Add menu page
以环境监测数据-温度为例,填入菜单名(温度),URL链接(tem.jsp), 报警阈值字段(35),点击确定即可完成温度的可视化配置,其中tem.jsp页面 是专为温度这个环境监测项目准备的可视化页面,这个将放在下面第三部分菜单 数据可视化部分详细讲解,并且设置了温度的报警阈值是35摄氏度,即高于35 摄氏度将触发报警,也可设置区间报警,设置格式示例:10〜30,表示合理区间

为10摄氏度到30摄氏度,低于10摄氏度或高于30摄氏度都将触发报警。
修改菜单:如需修改菜单名称或报警阈值,点击修改菜单,把对应的菜单名 或报警阈值该成合适的即可。
报警启用/停止:该功能可对每个环境监测项目单独设置报警是否开启,如 只开启温度报警,亦可开启温度报警和湿度报警。这个开关和相关的报警阈值对 后续的报警功能有直接影响。
(2) 菜单权限维护
环境监测项目以目录菜单的形式创建好后,必须分配到用户,才可以使拥有 菜单权限的用户查看到监测数据,同时,某个菜单监测数据(如温度)开启了报 警,如监测数据超过报警阈值,则会发短信通知所有有该菜单的用户,无此菜单 权限的用户不会收到报警短信,具体菜单权限维护方式为打开“系统管理”, 选择“菜单权限管理”,在中间菜单的展示树形图中,点击菜单(如温度),选 择“新增”,再勾选需要添加的人员即可,如图5-11及5-12所示
/菜单权限管理
决策分析
a s wmm | - -i mm.
I--1 mm
L _光照
/菜弟校限管理
甴•决齡析
hi mm.
丨…B鑑
lym

经过上述操作,ZHANGSAN这个用户就可以看到“温度”这个菜单的数据 了,同时如果温度触发报警条件,也将收到短信通知。
(3) 菜单数据可视化
以温度菜单的tem.jsp为例,这个页面是专为温度这个环境监测项目准备的 可视化页面,当用户点击这个页面后,页面会自动使用jQuery异步发请求到后 端业务逻辑层BasicAction类获取数据,BasicAction类再将参数传递给数据处理 层BasicDao类的getData方法根据不同的参数返回不同的数据结果集到页面, tem.jsp页面接收到数据后,使用Echarts组件将数据做图形化展示,如图5-13 所示:
 
 
图5-13温度可视化展示页面
Fig.5-13 Temperature display page

上图展示了最近一段时间的温度趋势图,并且tem.jsp页面设置定时器,页 面将会每隔1分钟刷新一次数据。确保数据库数据更新后,也能及时反映到前端 页面展示。展示新增菜单及数据可视化的核心代码片段:
 
   
5.4实时报警模块 5.4.1实时报警模块概述
实时报警模块从实现上同用户管理模块和数据可视化模块不一样,本模板利 用了 Java多线程机制,从程序启动时就同时启动一个线程,该线程负责每隔一 段时间检查报警条件是否满足,如报警达到触发条件则将发送报警短信至相关 人,并且报警参数也支持配置化,可以允许管理员灵活配置报警功能。
5.4.2实时报警模块执行流程图
基于以上果园环境监测数据的实时上传,使得实时报警的功能变得可以实 现,总结实时报警的几个要件因素如下:
(1) 果园环境监测数据实时长传。
(2) 环境监测菜单设置报警阈值,并且报警开关处于打开状态。
(3) 相关人员开通环境监测菜单权限,并且,相关人员账号未被禁用,手 机号正常填写。
具备以上前提条件后,才能保证实时报警功能可以准确、实时的通知到相关 人员。实时报警模块的执行流程图如下所示
 
图5-14实时报警模块执行流程图 Fig.5-14 Alarm module execute flow
 
5.4.3实时报警模块实现
本系统为实现最大限度的灵活报警功能,将所有与报警相关的参数支持个性 化配置,方便管理员更改报警的频率、间隔等,也将短信发送的功能也做参数化 配置,方便调试及维护短信接口。以单独一个设备为例,报警相关配置如下
(1) alarm=温度,l,Tem;湿度,l,Hum:指定报警菜单对应的设备编号及检测数据 列,非管理员保留默认设置。
(2) alarm_window=300:报警频率,单位为秒,即每隔多长时间进行一次报警 监控,建议这个时间与数据上传时间保持一致,即数据上传时间为5分钟,则报 警频率也设置为300 (5分钟)。
(3) alarm_max=5 :指定最大报警次数,满足报警条件后,程序不会无休止发 送短信,达到最大报警次数(此处为5次)后,将进入报警暂停窗口,即使符合 报警条件,在报警暂停窗口期内也不会发送短信,目的是避免过多短信打扰。
(4) alarm_next=2:指定报警暂停窗口大小,频率的倍数,以报警频率为5分 钟为例,即达到最大报警次数后,10分钟之内不会再触发报警并发送短信,10 分钟过后,报警暂停解除,如环境监测数据仍满足报警条件则再次发送报警短信。
短信相关配置如下:
(1) appid=短信平台获取
(2) appkey=短信平台获取
(3 ) templateld=发送短信模板 (4) smsSign=短信的签名信息
为保证短信的正常发送,短信的相关配置,非管理员保持默认设置。
实时报警效果以温度为例,假如目前温度大约为27摄氏度,设置温度的报警 阈值为0〜25,开启菜单报警后,将在下一次报警频率监控内实时收到报警短信, 如下图:
I■中国联通令 21:30 ^ 1〇〇%*
< O ®
10692210181227917
短信/彩信
星期三00:26
【有为青年倶乐部】温度已超警戒 范围0~25,请关注
图5-15短信发送示例

Fig.5-15 sms send demo
所有报警的信息也都将记录到日志里,最后将实时报警和发送短信的核心代
码展示如下:
//监听程序关键代码 if ( Thread == null) {
Thread = new AlanmThnead();
//程序启动时新实例化线程,并开始监听 Thread.setConn(conn);
Thread.setBasepath(log4jdin);
Thread.setSmsConf(sc);
Thread.setAlanmConf(ac);

5.5本章小结
本章详细介绍了果园环境监测与报警系统的设计与实现,按照Stmts2MVC 的架构,将系统总体的实现架构划分为用户访问层,业务逻辑层及数据处理层, 之后根据系统的主要功能划分了用户管理模块、数据可视化模块及实时报警三大 模块,并对每个模块都进行了详细的设计与实现流程。展示了三大模块的最终界 面展示与效果,并在每个模块最后都给出关键的实现代码片段。
第六章系统测试
6.1测试环境
本文服务器使用的是亚马逊云平台入门级产品Amazon EC2,资源配置有限, 本章主要从果园环境监测数据上传稳定性和报警短信的及时性两个方面测试系 统的整体情况。服务器端测试环境具体配置如:
(1) 操作系统:Windows Server 2019
(2) 应用服务器:apache-tomcat-7.0.67
(3) 数据库:mysql-5.7.26
6.2测试方法
(1) 果园环境监测数据上传稳定性测试
设置环境监测设备每隔1分钟、3分钟、5分钟、10分钟上传环境数据,并 在每种上传时间下连续跟踪100条数据,是否按时上传至数据库,以测试数据实 时性,评判指标为上传率,即实际上传条数/预期上传条数。
(2) 实时报警短信及时性测试
以温度环境监测数据为例,设置报警频率分别为30秒、1分钟、3分钟、5 分钟,并设置报警阈值为较低值(如-10)以保证每一种报警频率下都能满足报 警条件,即发送报警短信条件满足,并设置报警暂停窗口为0,即设置为只要报 警条件就一直报警并且发送短信,并不设置报警暂停窗口,在此基础上连续报警

10次,考察是否短信可以及时发送至收件人,例如对于报警频率为30秒来说, 连续报警10次,即是否能在3分钟之内收到10条短信。
6.3测试结果
(1)果园环境监测数据上传稳定性测试结果 连续跟踪100条数据在每种上传频率下入库条数统计,如下表:
表6-1监测数据上传稳定性测试 Table 6-1 Monitor data upload test
上传频率 预期条数 实际条数 上传率
Upload Frequency Target Count Actual Count Upload Rate
1分钟 100 100 100%
3分钟 100 100 100%
5分钟 100 100 100%
10分钟 100 100 100%
(2)实时报警短信及时性测试结果,如下表:  
  表6-2 实时报警短信及时性测试  
  Table 6-2 Alarm sms send timely test  
报警频率 预期条数 实际条数 及时率
Alarm Frequency Target Count Actual Count Send Rate
30秒 10 10 100%
1分钟 10 10 100%
3分钟 10 10 100%
5分钟 10 10 100%
 
 
 
6.4本章小结
本章首先介绍了果园环境监测与报警系统的测试环境信息,并对监测数据上传稳 定性和实时报警短信及时性两方面进行了测试,测试结果符合预期,说明系统稳 定性较好。
 

全文总结
1结论
本课题从果园的实际情况出发,针对果园露天环境,有线网络布线存在短板 及经常无人值守的情况,利用基于物联网技术的环境监测设备,很好的解决了对 果园环境小气候的实时监控,并在此基础上加入了报警功能,可及时的将报警信 息发送至相关人,在果园遭遇罕见气候灾害时,可以提早釆取措施,将影响减少 到最小,论文的主要工作结论如下:
(1) 论文首先进行研究了系统的总体架构,从底层到顶层可将整个系统总 体结构划分如下:数据采集层、服务层、应用层。剖析了整体系统的结构,为下 一步系统的分步骤、分模块实现提供依据。并介绍了系统开发相关的产品和技术, 技术可行性得到了保证。
(2) 利用亚马逊Amazon EC2云平台,并基于4G通信网络将环境监测数 据实现实时上传,并保存至数据库中,完成了数据采集层的主要工作,为接下来 的实时报警做铺垫,接着又进行了果园环境监测与报警系统的概要设计以及系统 功能设计,按照软件工程的思想,把整个系统划分了用户管理模块、数据可视化 模块及实时报警三大模块,经测试,实时上传结果符合预期。
(3) 以JAVA WEB技术为基础,采取面向对象的开发方式,以Eclipse为 开发工具,MySQL为服务器数据库,JAVA为软件开发语言进行开发实现,将用 户管理模块、数据可视化模块按照用户访问层、业务逻辑层、数据处理层的分层 实现的思路进行了具体功能实现,实时报警模块利用了多线程技术实现,并对主 要功能进行了演示,每个模块的核心代码进行了展示。最后对果园环境监测数据 实时上传的稳定性及报警的及时性做了测试。系统经过测试,基本符合最初设计 要求。在以后实时报警方面基本可以满足需求,可在生产中进行推广。
2.创新和不足 2.1创新点
(1)基于4G通信网络。实现了果园环境监测数据的实时上传,且稳定性
较好。
(2) 环境数据上传至云平台,而不是传统的本地电脑存储,节省成本的同 时,也方便环境监测数据随时随地获取,且数据保存在云平台数据库中,拥有着 对数据的绝对掌控,数据安全有保证。
(3) 开发基于Web的果园环境监测与报警平台,对上传的数据进行了可视 化展示,并实现了针对每种环境监测数据,灵活设置报警阈值,当例如超高温, 低温等极端、罕见天气来临时可实现实时报警发送短信至相关人,提早干预防范。
2.2不足之处
由于果园环境限制,缺少视频监控,原计划加入视频监控,但视频监控设施 依赖有线网络,在实验基地可考虑加入,果园由于布线不便,视频方式基于4G 方式流量成本又将很大,期待今后如果流量成本问题可以解决,基于4G网络的 视频监控也有望实现;与自动化设备缺少联动。报警功能下一步可考虑和自动化 设备联动起来,如发现高温报警时。自动打开喷灌设施进行田间降温;报警方式 上本文采用短信推送的方式,未来可以考虑介入目前流行的通讯工具(如微信 等),丰富实时报警方式。
3.应用前景及工作展望
3.1应用前景
相比于传统的果园环境数据监测,基于物联网技术的新型果园监测手段不断 涌现,随着通信技术的日益成熟与发展,得益于近年来兴起的云平台,又降低了 服务器的采购成本和维护,又能方便的获取云端数据,加之物联网技术的逐渐成 熟,很多监测设备价格也都将变得亲民,这种果园环境监测与实时报警将大大方 便果园管理员及农场主。后期如果能加入果园病虫害监控与预警,将在实际生产 中推广的范围更大,前景广阔。
3.2工作展望
本研究虽实现了环境监测数据的展示与报警,但还有些地方需要完善:
(1) 果园监控数据还不健全,目前只有温度、湿度、光照C02等,后期 再考虑加入土壤生态的环境监测。届时这些数据将形成一整套果园气候生态大数 据,经过数年月的积累,再将每年的果园产量结合起来,可研究果园环境与果园 产量之间的关系,甚至基于当年气候数据可预测下年产量。
(2) 报警功能目前还需要手工设置,下一步将根据专家系统,获取果园果

树每个生长时期内对周围环境的敏感度,在不同时期,不同月份自定设置报警阈 值,达到智能报警的效果。


 

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