基于云计算的农业信息管理系统设计

崔立啥，毛美纯，古雪倩，孙可馨，张冬有…，齐少群(哈尔滨师范大学)【摘要】在已有的地理信息系统技术和相关学科的支持下，提出了基于云计

算技术，结合3S集成、GIS资源监控、GIS自动化部署、云安全等多种现代化技术的

农业信息管理系统.在该系统中，通过信息采集模块，利用传感器获取到各种气象 和环境等方面信息，再通过云数据库将所获得信息进行整合，并对海量数据加以分

析,将对作物不利的环境和气象信息进行提取，并提供给有需求的用户•使用户更

便捷高效地进行农业生产管理，从而从更专业的层面来满足不同应用人群的需求，

为构建下一代农业信息管理平台打下基础，给现代化农业发展提供决策和技术支

持.【关键词】智慧农业;信息管理系统；云计算;3S集成中图分类号：S-3 文献标识码:A文章编号:1000-5617(2019)04 -0079 -070引言殊性•这对推动和改善农业科研信息数据的收

集、储存和共享技术研发具有极其重大的意

随着各种新技术和新方法的出现及其在各

义A4】.区域试验内容和方法重复性强，试验人 员容易忽视知识更新和技能培训,不利于理论和

领域的广泛应用，农业科研信息的爆炸性增长促

进了农业信息技术的快速发展，也提出更大的要

方法的创新⑸.求，存储、采矿和农业信息资源的应用程序.目

前，信息系统往往相互隔离,信息资源无法共享，

该研究旨在解决农业信息管理中的实际问

题，例如农情监测数据预处理、农情分析与报告 发布等，设计了基于云计算技术的农业信息管理 系统•云计算所具有的弹性服务、资源共享、按需

互操作性较差.因此，农业信息收集和系统建设

是重复的，导致大量的人力、财力和物力投入到

重复建设中〔7].由于农业生产和科研创新所具有的独特性, 农业科研所产生的各类数据也向着复杂化、多样

服务、可通用性和泛在接入等特点，使其在农业

数据采集、农业数据存储、农业数据处理、农业数

化和媒体化的方向转变•尤其是农业生产和科研 活动的对象是各类生物，有自身生长和发育的规

据分析和农业数据发布等方面具有强大的技术

优势,这些技术优势组合成构建农业信息管理系

律，其复杂性、多样性和不易操控等特点决定了 对农业各项信息和数据的采集、存储和使用的特

收稿日期:2019-05 -02统的综合技术优势•云计算技术的逐渐成熟，为

农业信息管理系统建设提供了关键性的技术保

障同.*基金项目：2018年黑龙江省大学生创新创业训练计划(201810231077);黑龙江省高等教育教学改革工程项目(SJGY20180255)* * 通讯作者:zhangdy@ 163. com80哈尔滨师范大学自然科学学报2019年第35卷 1农业信息管理系统分析的要求•云计算在国民经济发展过程中具有举足轻重的地位,所以将云计算应用到农业信息化服

1.1农业信息管理系统的内涵剖析务中具有光明的前景⑻.1.1.1农业资源信息的特点1.2技术支持农业资源信息的特点决定了农业资源信息 1.2.1云计算服务设计的出发点，因此该研究基于云平台对农

云计算是以互联网为基础共享IT信息，通

业资源信息的系统性、持久性、动态性特征进行

过网络统一管理和调度各种资源,整合和优化后 内涵剖析.为用户提供有偿服务⑼•云计算在农业领域的应 ⑴系统性用包括海量农作物信息存储、生物信息学数据分

组成农业资源的各要素相互依存、相互制

析和农业物联网解决方案三个方面，并且在敏捷

约,形成一个有机的整体，成为具有多因素、多层

性、成本和精度上都体现岀巨大的优势云计 次、多结构、多功能的大系统•如土地是农业自然

算技术的应用日益广泛，以其高存储容量、强大

资源系统的重要组成部分,而构成土地的要素又 的数据管理能力和信息处理能力，大大提高了网 分为土质监测，土壤养分含量，施肥量和土壤适

络的适用性•云计算具有广阔的发展前景，其在

宜性评价等方面.通过农业资源信息系统的整体

农业领域的应用将为农业信息化的发展注入更

组合,将土壤养分含量和施肥量数据进行整合, 强大的生命力〔⑴.通过云计算，农业信息系统中 进行科学的土壤分析，进而对农作物长势情况进

的农业数据和管理控制功能可以分布到Internet

行预测.上的多个服务器上,不仅降低了建设成本，而且

（2） 持续性提高了系统运行的稳定性和安全性大部分农业自然资源是可更新的和可循环

1.2.2 GIS使用的•农业资源信息系统通过对土壤适宜性评

地理信息系统（GIS）是计算机支持的系统,

价和分析,保证农业自然资源的可持续发展能

能够解决和回答一系列地球科学和空间问题，由

力•云计算的移动GIS空间数据采集使用的形式

输入、存储、查询和检索各种地理信息,按照空间

存储和备份,可以有效地提高数据和信息的持续

分布或地理坐标以一定的格式在计算机软件和 性,减少网络负担〔7】.硬件的支持系统〔⑶.（3） 动态性利用云计算技术，将GIS的各种功能以网络

农业资源是不断发展变化的•它既指农业自

服务的形式提供给用户•用户购买他们需要的 然资源和农业社会经济资源在时空两方面的不 GIS服务，它可以是需要支付费用，根据GIS在

断变化（如土地利用方式的改变,农村劳动力迁

线提供云服务，“盒子”云GIS系统维护和升级

移等），也指农业资源本身随经济发展和技术进 GIS服务提供者负责，用户使用和维护的难度 步而表现出来的范围的变化.GIS将大大降低，矿业与云计算技术，可以统一

1.1.2大数据环境下的农业资源信息服务需求管理GIS云数据集,可以通过共享方式提供数据

一方面需要动态、可伸缩的获取各类农业信

服务所有的客户，用户不需要注意数据的采集、

息资源服务，即用户只需根据其权限请求信息服 更新或维护，也不需要购买数据，采用公共GIS

务即可获取相应数量和质量的信息，服务资源而

云服务需要时间，只需要按流量付费，大大节省 无需事先购置，并部署可能需要的信息资源（服

了成本•通过现有的云计算平台，GIS企业可以

务器、存储设备和数据资源等）•另一方面需要快 租用自己的硬件服务,利用自己的基础设施在自

速便捷的获取多层次，多尺度多时态的信息服 己提供的云平台上部署数据或服务•面对用户需 务，如对土地资源退化地区的监测数据、遥感卫

求的不断变化,GIS企业只需要动态灵活地添加

星图像等，达到高效、按需地访问农业资源信息

或删除硬件设备即可[14-，5].第4期基于云计算的农业信息管理系统设计81科学的调度计算可以极大地提髙服务计算

终端,可以精确显示农机所在位置的坐标信息，

节点的性能.在此基础上，获取云GIS平台的实

对农机作业进行导航管理• 3S技术的推广应用， 时数据流和负载情况，优化数据存储，确保云

智慧农业系统的实施，提升了中国农业信息化、

GIS平台高效稳定运行〔”】.智能化和规模化的水平，保障了中国农产品供给

1.2.3 3S 技术和粮食安全,创造了巨大的社会经济效益一181 -3S技术在现代农业中的广泛应用，加快了

农业信息化的步伐,3S技术在农作物估产、动植 2架构设计物长势检测、病虫害预报、定量施肥与灌溉、农业

该系统采用B/S结构，具有信息存储、决策

生产模型仿真、农业自然灾害监测、农业生态环

分析、信息检索和综合服务等功能，包括三个模

境监测、农业资源调查与利用监测、土地资源退

块:信息采集模块、云数据库和用户界面，如图1

化监测、土壤适宜性评价方面有着广阔的发展前

所示.在信息采集模块中，通过各类传感器获取

景.GIS能够生成不同要素图层,储管理农田参

各种气象和环境等信息，将所获得信息进行整

数、土壤养分含量和施肥量等数据，实现农业信

合，构建云数据库,再将所测数据上传到云数据 息、农业资源的多要素农业信息管理系统.动态

库•云计算系统在现代农业信息资源整合模式中

完成农田网格划分、生成施肥处方图，综合管理

应用,可以保障现代农业信息资源管理平台的用

分析土壤pH、土壤养分分布与变异等数据，为现

户信息安全，并对海量数据进行处理,将达标

代化农业发展提供决策支持.RS在智慧农业中，

数值和超过阈值的数据同时发送给用户，用相应

用于作物病虫害防治、植被生长监测和精细施肥 的语言编写界面，将超标数据以红色高亮的形式 等方面.GPS广泛应用于现代农业中，GPS与农

更加直观地显示给用户，以便采取相应措施.业机械结合，在收获机等各种农具上安装GPS

数据存储，处理用户界面图1系统组成2.1信息采集模块器;光照强度使用采用进口照度传感核心，密封 信息采集模块为各种传感器，主要采集试验

性好、使用寿命长、测量精度高、稳定性好，传输

站中的气象信息（空气温湿度、光照强度）、环境 距离长、抗外界干扰能力强的武汉中科能慧 信息（土壤水分、光照强度、昆虫数量）•空气温 NHZD10型光照传感器；土壤温度使用德国 度、空气湿度使用LM—897型空气温湿度传感

STEPS品牌的T-350型土壤温度测量仪；土壤

82哈尔滨师范大学自然科学学报2019年第35卷湿度使用既可用于土壤水分点源信息的移动测

量，也可埋入土壤中对土壤水分进行定点的长期

监测的SWR—100型土壤水分传感器;害虫计数 传感器使用Data-lynx型计数传感器，可以自动

列名面积地区号试验田数量表2地区表结构设计数据类型floatnchar (10)允许NULL值否否否记录农田、温室、林地等环境中昆虫数量的一种 小型监测仪器，采用昆虫激素吸引相应昆虫，从

而记录昆虫的数量.2.2数据库设计int表3列名日期日期表结构设计数据类型datetimenchar (10)云数据库主要用来接收和存储信息采集模

块的数据，根据相应数据库语言进行编写，实现 对数据的增添、删除、修改和查询等功能•该系统

允许NULL值否否试验田号选择阿里云数据库RDS SQL Server版作为后台

属性数据库,并将不同的环境因素的属性数据进

表4列名地区号指标表结构设计数据类型nchar (10)行入库•数据库中设计有4个表，分别是地区表,

试验田表，日期表和指标表，其数据类型见表1 ~表4,表间关系如图2所示.采集控制器采用 LORA无线通信技术与传输网关实现通信，通过

允许NULL值否否空气湿度空气温度土壤温度floatfloat否否否传输网关把数据传输到云平台，采用大数据云平

台管理系统对数据进行存储、统计和分析,建立 数据库，形成数据报表，与事先设置好的参数阈

floatfloat土壤湿度光照强度昆虫数量intint否是值进行比较,如果超过了阈值范围，云平台将向

用户手机发送短信提醒.表1试验田表结构设计列名数据类型floatnchar (10)nchar (10)允许NULL值面积地区号否否否试验田号3系统实现括登录管理、首页、地图、监测、报警系统和历史

数据等功能模块，其使用流程如图3所示•该平

输入平台的网址,进入到主界面，输入账号、

台基于Web服务实现数据共享应用，通过实时

密码和验证码等信息，即可登录主界面.主要包

第4期基于云计算的农业信息管理系统设计83传输技术，将数据汇集至云系统上，并进行分析

庞大的地图数据，只需组织数据量相对很少的农 和使用，同时具有报警与短信发送等功能.使用

业历史气象数据，降低了开发成本，加快了开发

Sublime软件，在WebGIS技术支持下使用HTML

速度•移动GIS系统的硬件有服务器端的相关设

和JavaScript语言来编写平台界面.基于Esri公 备、无线通信技术设备、智能终端设备和移动目 司提供的地图数据,使得该研究无需自行去组织

标定位设备，该系统都很好的解决了这些.■入网址-----

进入登最界面输入用户名.«« 和验证码图3平台使用流程图3.1用户首页息显示在主界面上，根据不同需求，若有所检测 首页监测信息、综合展示如图4所示,主要展

的数据超过阈值，会用高亮标红的形式显示给用 示所管理监测地区的观测数据、日历和试验田的 户.选择等部分•可以将不同日期下的气象和环境信

图4 用户界面首页3.2监测模块3.3报警系统根据用户对各指标的不同要求,通过对各指 报警系统通过Esri公司提供的地图数据再 标的最高值、最低值、报警时间、结束时间等条件

结合WebGIS技术,可以将服务范围内农田的各

信息进行设置，或使用原有默认值，从而可以达

指标信息进行叠加分析等空间分析手段,输出成

到实现对超出一定范围环境观测值的提醒功能

图,能直观地在地图上观察出各地环境条件状

的目的，如图5所示.还可以通过输入手机号码

况，为用户提供可靠信息，以便及时采取相应措 与该平台相关联，接收验证码，从而实现短信提

施，如图6所示.醒功能.84哈尔滨师范大学自然科学学报2019年第35卷空气漫度(%)最高值，|15最低值，冋―空气沮度CC)|35|最低值，|0土壤涅度(P)|最低值：|0

I土壤湿度(%)~\\ 最低備［u I

1光照强度(LUX)最高值：| 100000最低值:| 10000IBTiv^VlTliiows图5监控模块算应用在农情监测数据预处理、数据挖掘与产品

生产、农情分析与报告发布、农气条件、作物苗

情、病虫害状况等方面，高效地汇总和筛选有用 的决策信息,并通过无线通信技术与传输网关上

传至云端•在农业综合开发资源数据库科学管理

的基础上,经过统计分析和计算，得岀分析结果，

为农民提供了可靠的信息用户界面用于显 示相应数据,并用不同显示形式将不同类型信息

图6报警系统加以区分，因而可以便捷高效地进行生产管理.中国农业信息化的快速发展，农业信息系统

4结论大量出现，但同时数据之间相互孤立的现象依然

高效利用信息是农业科研大数据共建共享 十分严重，系统平台和开发语言之间的差异，导

的基本任务和主要目标，是提高农业科研创新能

致彼此是相互独立的，通常无法实现数据共享和

力的重要保障甌】.采用WebGIS来管理农田数据

互操作，由于语义差异和不同使得共享数据更加 信息可以直观地描述农田数据的时空分布，为农

困难.因此，后续研究还需要进行进一步分析大

田环境状况的监控、生长条件的了解和相关决策

数据的共建共享模式，对农业科学进行研究，以 提供了快速、宜观和有效的手段•再结合客户的 最终构建出一组数据系统,尽可能的合理、科学

先前经验，会极大地降低自然条件对作物生长所

和操作方便.产生的影响•运用先进的阿里云数据库来处理与 参考文献存储农业空间数据和属性数据等,不仅可以满足

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System Based on Cloud ComputingCui Lihan, Mao Meichun, Gu Xueqian, Sun Kexin, Zhang Dongyu, Qi Shaoqun(Harbin Normal University)Abstract: Supported by the existing geographic information system technology and related disciplines, agricultural information management system based on cloud computing technology and combined with 3S

integration, GIS resource monitoring, GIS automatic deployment, cloud security and other modem technologies was proposed. In this system, all kinds of meteorological and environmental information are

acquired through the information acquisition module and the sensor. Then, the acquired information is integrated through the cloud database and the massive data are analyzed. The adverse environmental and meteorological information to crops is extracted and provided to users in need. It enables users to conduct

agricultural production management more conveniently and efficiently, so as to meet the needs of different application groups from a more professional level. A foundation for building the next generation of

agricultural information management platform is layed, and the decision - making and technical support for the development of modem agriculture are provided.Keywords: Intelligent agriculture； Management information system；Cloud computing; 3S integration(责任编辑:李家云)