導語：農(nóng)業(yè)園精細化氣象服務系統(tǒng)設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用于氣象、水文、農(nóng)業(yè)和環(huán)保等領域，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)園精細化氣象服務系統(tǒng)結合了自動氣象站和氣象服務進行設計，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)絡組成觀測系統(tǒng)，獲取并分析農(nóng)田小氣候相關氣象要素。系統(tǒng)可以及時獲取氣象預報和預警服務，并結合本農(nóng)業(yè)園區(qū)的情況智能分析提供應對措施，將損失降低到最小，為農(nóng)業(yè)種植和設施農(nóng)業(yè)提供技術支持，合理地指導農(nóng)業(yè)活動的開展。

關鍵詞:農(nóng)業(yè)園;農(nóng)業(yè)氣象;傳感器技術;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，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。農(nóng)業(yè)作物的生長環(huán)境、各類要素均與氣象有關?？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，并且人工干預作物的生長環(huán)境，在北方也可以種出南方作物。現(xiàn)可設計農(nóng)業(yè)園精細化氣象服務系統(tǒng)，將農(nóng)田小氣候站資料同氣象預報預警等各類服務綜合到一個平臺，實現(xiàn)實時監(jiān)控，及時獲取精準的氣象預報預警和相關的災害預防措施，專家可以通過系統(tǒng)進行遠程指導等，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)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸至服務器終端，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)境變化且做出相應預警提示的監(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。隨著科學技術的發(fā)展，農(nóng)業(yè)科技領域也有了重要的發(fā)展，通過田間小氣候氣象站等科學監(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。1.3.2采集數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡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端服務器。實現(xiàn)將傳感器數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)絡的功能，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)軟件設計86

2.1軟件整體框架設計

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)上傳至服務器。根據(jù)服務器獲得的數(shù)據(jù)進行分析處理，為農(nóng)戶提供精準的操作提示服務。平臺可以及時獲取當?shù)氐奶鞖忸A報、氣象預警、農(nóng)業(yè)專報等農(nóng)業(yè)氣象服務。用戶通過不同身份登錄系統(tǒng)，獲得相應的權限，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)領域應用的范疇，系統(tǒng)架構與物聯(lián)網(wǎng)的3層架構體系相同，分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層。數(shù)據(jù)網(wǎng)關接收到現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議與系統(tǒng)的云平臺服務器進行通信，通過利用設計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。當預報、預警等信息時，也可以實時推送給用戶。并且用戶有權限查看園區(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，具有預報、預警、農(nóng)業(yè)氣象服務等的權限。可以對的資訊和服務產(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辦、環(huán)保、農(nóng)業(yè)農(nóng)村專項服務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)政策進行相應的整改。

2.3數(shù)據(jù)庫設計

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、身份權限信息。每次登錄時通過驗證身份權限信息對用戶分配操作相應的操作權限。設置字段包括ID、用戶名、密碼、身份權限、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，不允許有重復的分鐘。設置字段包括ID、時間、各傳感器要素。2.3.3氣象預警信息表氣象預警信息表內(nèi)存儲每次的預警信息，記錄存儲時自動設置ID，ID自動遞增，并設置日期字段，后自動將的時間進行截取，存入數(shù)據(jù)庫中。設置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容。2.3.4氣象預報信息表氣象預報信息表的存儲與預警的相同，即每天的預報信息，記錄存儲時自動設置ID，ID自動遞增，并設置日期字段，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)服務專報表為農(nóng)服務專報存儲表存儲的為農(nóng)服務天氣預報或者其它農(nóng)業(yè)相關的服務專項。設置字段包括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)、氣象預報預警、各項政策等信息提出的建設性意見和指導。設置字段包括ID、信息時間、者用戶名、內(nèi)容、相關領域。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，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)園對氣象服務的要求進行功能模塊的設96計和劃分。系統(tǒng)所提供的服務皆是圍繞農(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)率的基礎上，盡可能地為勞動者減輕負擔。2.4.1實時氣象預警服務功能平臺與氣象服務緊密結合的一個重要環(huán)節(jié)就是獲取實時的氣象預警。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，氣象預警服務通過短時臨近預報的分析結果預測災害，及時地氣象災害預警服務，避免農(nóng)業(yè)災害的出現(xiàn)或者是將可能存在的自然災害降到最低值。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氣象預報服務功能氣象預報服務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，立即向相關用戶進行信息推送。2.4.6專家指導與時事政策專家通過本功能進行農(nóng)業(yè)方面的技術指導，向農(nóng)民朋友提供技術支持，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)園相關的最新政策，為農(nóng)民朋友提供了實時資訊的學習平臺。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系計算圖。通過圖像可以看出數(shù)據(jù)之間的關系和單項要素的變化規(guī)律等，并且圖像可以導出，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。對實況氣象預警、氣象預報服務、環(huán)境要素信息查詢、環(huán)境警報、專家指導、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，是最高級別的權限。2.5.3系統(tǒng)日志管理系統(tǒng)運行后會有相關的日志文件，普通用戶無權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結語

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(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)提供了巨大的技術支持。在農(nóng)業(yè)信息化的各個領域，均有很大提升空間，繼續(xù)加大技術的研發(fā)，向農(nóng)村地區(qū)普及信息化技術，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)信息化人才，讓信息技術更好地推動農(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