導(dǎo)語：農(nóng)業(yè)園精細化氣象服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:自動氣象站目前廣泛應(yīng)用于氣象、水文、農(nóng)業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域，其可以監(jiān)測地面降雨和空氣溫度等氣象要素，可以在無人值守的惡劣環(huán)境下全天候全自動正常運行。農(nóng)業(yè)園精細化氣象服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合了自動氣象站和氣象服務(wù)進行設(shè)計，該系統(tǒng)可將區(qū)域內(nèi)的多個農(nóng)田小氣候自動氣象觀測站通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)組成觀測系統(tǒng)，獲取并分析農(nóng)田小氣候相關(guān)氣象要素。系統(tǒng)可以及時獲取氣象預(yù)報和預(yù)警服務(wù)，并結(jié)合本農(nóng)業(yè)園區(qū)的情況智能分析提供應(yīng)對措施，將損失降低到最小，為農(nóng)業(yè)種植和設(shè)施農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支持，合理地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)活動的開展。

關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)園;農(nóng)業(yè)氣象;傳感器技術(shù);物聯(lián)網(wǎng);智慧農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，為推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國也在大力發(fā)展農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)。農(nóng)業(yè)作物的生長環(huán)境、各類要素均與氣象有關(guān)?？萍嫉倪M步發(fā)展為人們創(chuàng)造了良好的條件，目前可以通過各類傳感器進行環(huán)境要素的采集，并且人工干預(yù)作物的生長環(huán)境，在北方也可以種出南方作物?，F(xiàn)可設(shè)計農(nóng)業(yè)園精細化氣象服務(wù)系統(tǒng)，將農(nóng)田小氣候站資料同氣象預(yù)報預(yù)警等各類服務(wù)綜合到一個平臺，實現(xiàn)實時監(jiān)控，及時獲取精準的氣象預(yù)報預(yù)警和相關(guān)的災(zāi)害預(yù)防措施，專家可以通過系統(tǒng)進行遠程指導(dǎo)等，為農(nóng)業(yè)園區(qū)作物的生長創(chuàng)造最優(yōu)的氣象條件。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件主要使用農(nóng)田氣象站進行環(huán)境要素的測量，通過無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器終端，再通過移動端APP進行各類資料的調(diào)用。

1.1農(nóng)田氣象站概述

氣象站是用于實時監(jiān)測環(huán)境變化且做出相應(yīng)預(yù)警提示的監(jiān)測儀器。進行地面氣象監(jiān)測、儲存和發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成氣象信息或編制成表格、曲線等表現(xiàn)形式的地面觀測裝置。農(nóng)田環(huán)境對于農(nóng)作物的生長有著重要的影響，適宜的氣候、充足的水分能夠促進農(nóng)作物的生長，并提高產(chǎn)量，相反則會抑制農(nóng)作物的生長。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域也有了重要的發(fā)展，通過田間小氣候氣象站等科學(xué)監(jiān)測手段控制田間的氣候，提升農(nóng)作物的產(chǎn)量。

1.2農(nóng)田氣象站的組成

農(nóng)田氣象站由數(shù)據(jù)采集器、溫濕風測量單元、鉑電阻地溫傳感器、土壤水分傳感器、總輻射傳感器、光和有效傳感器、凈輻射傳感器、冠層溫度(紅外)傳感器、二氧化碳傳感器、電源(太陽能)部件、通信模塊(無線傳輸模塊)、機箱、GPS校時模塊、存儲設(shè)備、觀測桿體(或觀測塔)等組成。主要用于完成所在站點多層溫、濕、風的梯度觀測，多層土壤溫濕度的測量，輻射測量，降水觀測，葉面溫度、二氧化碳的測量，及其計算、存儲和數(shù)據(jù)上傳。所有要素最后都由主采集器獲取，進行標度變換，計算出瞬時氣象值、導(dǎo)出量，統(tǒng)計出最值、極值、最值出現(xiàn)的時間、極值出現(xiàn)的時間。

1.3農(nóng)田氣象站通訊模塊

1.3.1采集數(shù)據(jù)的傳輸方式自動氣象站可通過RS485/RS232、以太網(wǎng)、GPRS/4G3種上傳方式傳輸數(shù)據(jù);多數(shù)農(nóng)田氣象站使用無線傳輸通信方式，即使用GPRS。同時計算機可以通過有線和近距離無線的方式同時連接多個氣象站，組成一定規(guī)模的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。1.3.2采集數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)通信模塊與采集器相連，采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過通訊模塊進行上傳，傳輸?shù)浇K端服務(wù)器。實現(xiàn)將傳感器數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)絡(luò)的功能，讓農(nóng)業(yè)園中的數(shù)據(jù)可以“說話”，之后再通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，讓農(nóng)業(yè)園變得智能化，管理便捷高效化。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計86

2.1軟件整體框架設(shè)計

系統(tǒng)將農(nóng)業(yè)園中的環(huán)境要素通過氣象傳感器進行采集，數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。根據(jù)服務(wù)器獲得的數(shù)據(jù)進行分析處理，為農(nóng)戶提供精準的操作提示服務(wù)。平臺可以及時獲取當?shù)氐奶鞖忸A(yù)報、氣象預(yù)警、農(nóng)業(yè)專報等農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)。用戶通過不同身份登錄系統(tǒng)，獲得相應(yīng)的權(quán)限，可在系統(tǒng)中進行不同的操作。本系統(tǒng)屬于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的范疇，系統(tǒng)架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)的3層架構(gòu)體系相同，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)接收到現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議與系統(tǒng)的云平臺服務(wù)器進行通信，通過利用設(shè)計Scoket端口，完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。

2.2用戶管理模塊

2.2.1公眾用戶模塊普通用戶模塊向公眾展示本農(nóng)業(yè)園區(qū)的要素情況，無需登錄，可任意瀏覽APP上的各類信息，權(quán)限僅限于瀏覽。保留注冊入口，通過注冊進行身份的驗證，通過后可以成為其他身份，進行相應(yīng)的操作。2.2.2專業(yè)用戶模塊農(nóng)業(yè)園區(qū)的種植人員、管理人員及其他付費人員可以瀏覽系統(tǒng)中的所有資料，并且可以對數(shù)據(jù)進行下載。當預(yù)報、預(yù)警等信息時，也可以實時推送給用戶。并且用戶有權(quán)限查看園區(qū)的實時監(jiān)控。2.2.3管理用戶模塊氣象部門專家或者專項服務(wù)對農(nóng)業(yè)部門專家等用戶負責提供農(nóng)業(yè)園區(qū)所在地區(qū)的精準氣象服務(wù)，具有預(yù)報、預(yù)警、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)等的權(quán)限?？梢詫Φ馁Y訊和服務(wù)產(chǎn)品進行審核、修改、刪除等操作。2.2.4決策用戶模塊政府減災(zāi)辦、環(huán)保、農(nóng)業(yè)農(nóng)村專項服務(wù)部門等用戶可以在系統(tǒng)上當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)決策、為農(nóng)服務(wù)政策，提供最新的政策信息，為農(nóng)業(yè)園的發(fā)展提供政策的支持保障，使農(nóng)業(yè)園可以適時根據(jù)政策進行相應(yīng)的整改。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫分為以下方面進行數(shù)據(jù)保存，采用MySQL數(shù)據(jù)庫進行存儲。2.3.1用戶數(shù)據(jù)表用戶數(shù)據(jù)表根據(jù)用戶的身份不同進行管理，需要錄入ID、用戶名、密碼、手機號、身份權(quán)限信息。每次登錄時通過驗證身份權(quán)限信息對用戶分配操作相應(yīng)的操作權(quán)限。設(shè)置字段包括ID、用戶名、密碼、身份權(quán)限、手機號碼。2.3.2環(huán)境要素表環(huán)境要素數(shù)據(jù)表中保存農(nóng)田氣象站采集到的各項環(huán)境要素數(shù)據(jù)，也是最基本的農(nóng)業(yè)園種植區(qū)中的要素數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要按照時間進行每分鐘各傳感器采集信息的存儲，在存儲時需要將時間作為主鍵進行保存，不允許有重復(fù)的分鐘。設(shè)置字段包括ID、時間、各傳感器要素。2.3.3氣象預(yù)警信息表氣象預(yù)警信息表內(nèi)存儲每次的預(yù)警信息，記錄存儲時自動設(shè)置ID，ID自動遞增，并設(shè)置日期字段，后自動將的時間進行截取，存入數(shù)據(jù)庫中。設(shè)置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容。2.3.4氣象預(yù)報信息表氣象預(yù)報信息表的存儲與預(yù)警的相同，即每天的預(yù)報信息，記錄存儲時自動設(shè)置ID，ID自動遞增，并設(shè)置日期字段，后自動將的時間進行截取，存入數(shù)據(jù)庫中。設(shè)置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容。2.3.5為農(nóng)服務(wù)專報表為農(nóng)服務(wù)專報存儲表存儲的為農(nóng)服務(wù)天氣預(yù)報或者其它農(nóng)業(yè)相關(guān)的服務(wù)專項。設(shè)置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容。2.3.6專家建議信息表專家建議表存儲農(nóng)業(yè)、氣象等專家根據(jù)本農(nóng)業(yè)園的數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報預(yù)警、各項政策等信息提出的建設(shè)性意見和指導(dǎo)。設(shè)置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容、相關(guān)領(lǐng)域。2.3.7農(nóng)業(yè)園區(qū)警報信息表農(nóng)業(yè)園警報表中存儲監(jiān)測到的異常數(shù)據(jù)記錄，設(shè)置字段包括ID、警報名稱、警報時間、警報詳細內(nèi)容。2.3.8政策信息表政策信息表中存儲政府、農(nóng)業(yè)部門等頒布的政策性措施。設(shè)置字段包括ID、政策名稱、頒布時間、有效期、政策詳細內(nèi)容、錄入者用戶名。

2.4系統(tǒng)前端功能模塊

系統(tǒng)主要功能是為農(nóng)業(yè)園的農(nóng)作提供服務(wù)，首要功能就是滿足農(nóng)作勞動者、管理者、農(nóng)業(yè)園經(jīng)營者的需求。從農(nóng)業(yè)園對氣象服務(wù)的要求進行功能模塊的設(shè)96計和劃分。系統(tǒng)所提供的服務(wù)皆是圍繞農(nóng)業(yè)，并且旨在提高農(nóng)作物產(chǎn)量，降低人力物力消耗，在滿足生產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，盡可能地為勞動者減輕負擔。2.4.1實時氣象預(yù)警服務(wù)功能平臺與氣象服務(wù)緊密結(jié)合的一個重要環(huán)節(jié)就是獲取實時的氣象預(yù)警。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對天氣具有極強的依賴性，最近幾年經(jīng)常出現(xiàn)極端天氣，氣象預(yù)警服務(wù)通過短時臨近預(yù)報的分析結(jié)果預(yù)測災(zāi)害，及時地氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)，避免農(nóng)業(yè)災(zāi)害的出現(xiàn)或者是將可能存在的自然災(zāi)害降到最低值。2.4.2遠程監(jiān)控功能系統(tǒng)的另一大重要功能就是可以對農(nóng)田進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)農(nóng)田的實時監(jiān)測。實現(xiàn)24h實時監(jiān)測，可以及時了解農(nóng)田狀態(tài)，對氣候信息進行及時處理分析。2.4.3氣象預(yù)報服務(wù)功能氣象預(yù)報服務(wù)可以在頁面最上方以文字形式滾動播放，點擊可以在新界面上顯示全文。如有天氣過程，預(yù)報欄會通過變更背景顏色進行顯示，以提醒用戶注意天氣變化。2.4.4環(huán)境要素信息查詢功能提供環(huán)境要素查詢功能，與實時監(jiān)控模式不同，實時監(jiān)控僅顯示當前的各項要素值。本功能可以對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，提供條件查詢、模糊搜索等功能，方便用戶對歷史資料進行整理，并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。2.4.5環(huán)境警報功能對環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，當要素值發(fā)生突變、超過各傳感器探測的極值、數(shù)據(jù)缺失、存儲失敗這類異常時，立即向相關(guān)用戶進行信息推送。2.4.6專家指導(dǎo)與時事政策專家通過本功能進行農(nóng)業(yè)方面的技術(shù)指導(dǎo)，向農(nóng)民朋友提供技術(shù)支持，解答農(nóng)民的疑問。提供最新的農(nóng)業(yè)新聞和與本農(nóng)業(yè)園相關(guān)的最新政策，為農(nóng)民朋友提供了實時資訊的學(xué)習平臺。2.4.7數(shù)據(jù)分析功能提供數(shù)據(jù)分析功能，用于數(shù)據(jù)的圖形化，可以制作各要素的變化圖和要素之間的關(guān)系計算圖。通過圖像可以看出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和單項要素的變化規(guī)律等，并且圖像可以導(dǎo)出，上傳給專家，使其有針對性地做出進一步分析，并提供有效的方案。

2.5系統(tǒng)后臺管理

系統(tǒng)后臺由管理員進行維護管理操作。需要對系統(tǒng)以下幾個部分進行管理，包括用戶信息管理、前端各模塊信息管理、系統(tǒng)日志管理。2.5.1用戶信息管理這是后臺最重要的一個功能，可以進行用戶身份的核實、審批，對用戶的權(quán)限、密碼、信息進行刪除、修改等操作。只有系統(tǒng)管理員級別的身份才可以開放用戶信息管理功能。2.5.2前端各模塊信息管理對前端模塊所記錄的信息進行增加、修改、刪除的功能。對實況氣象預(yù)警、氣象預(yù)報服務(wù)、環(huán)境要素信息查詢、環(huán)境警報、專家指導(dǎo)、時事政策等模塊所涉及的信息進行管理，可以對其中內(nèi)容進行修改，是最高級別的權(quán)限。2.5.3系統(tǒng)日志管理系統(tǒng)運行后會有相關(guān)的日志文件，普通用戶無權(quán)限進入后臺查看系統(tǒng)日志，僅系統(tǒng)管理員可以進行查看。日志記錄的內(nèi)容有各用戶的登錄信息、登錄IP、訪問的模塊、進行的操作等。管理員可以通過日志查詢確保系統(tǒng)的安全。

3結(jié)語

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展下，各類智慧農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)相繼問世，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了巨大的技術(shù)支持。在農(nóng)業(yè)信息化的各個領(lǐng)域，均有很大提升空間，繼續(xù)加大技術(shù)的研發(fā)，向農(nóng)村地區(qū)普及信息化技術(shù)，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)信息化人才，讓信息技術(shù)更好地推動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

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作者：高雅潔 閆景鵬 朱漢青 單位：濟南市章丘區(qū)氣象局