棉田信息采集云平台建设研究_易孟华.pdf

现代农业科技2023 年第 7 期农村经济学棉田信息采集云平台建设研究易孟华刘 锋邢小丹（塔里木大学信息工程学院，新疆阿拉尔 843300）摘要我国是棉花生产和消费大国，年生产总量和销量一直是世界首位，但棉花种植环节信息孤岛现象严重，没有实现棉花种植过程中信息的采集和融合。针对这些问题，本文开发了一种棉田信息采集云平台，可实现棉花种植生产过程信息的收集、统计和共享。病虫害综合防治是一个复杂的决策问题，采用以隐马尔可夫模型为基础的层次分析法将这一问题分为若干层次逐步进行分析，并建立棉田病虫害综合防治的层次结构模型。关键词棉田；信息采集；云平台；病虫害防治中图分类号TP311.52；S562文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）07-0218-03DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.07.059开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research on Construction of Cotton Field Information Collection Cloud PlatformYI MenghuaLIU FengXING Xiaodan(College of Information Engineering,Tarim University,Alar Xinjiang 843300)AbstractChina is a large country in cotton production and consumption,and its annual total production and salesvolume have always been the first in the world,but the phenomenon of information island in cotton planting is serious,and the collection and integration of information in the cotton planting process has not been realized.Aiming at theseproblems,a cotton field information collection cloud platform was developed to realize the collection,statistics andsharing of cotton planting and production process information.Pest control was a complex decision-making problem.Theanalytic hierarchy process based on Hidden Markov Model was used to divide the problem into several levels andanalyze it step by step,and the hierarchical structure model of integrated pest control in cotton fields was established.Keywordscotton field;information collection;cloud platform;pest control棉花是重要的经济作物，是关系国计民生的重要战略物资。新疆棉花产量大，占中国总产量的 1/3以上，交易总量占中国棉花交易总量的 60%。另外，新疆农民收入的 20%以上都来自棉花产业。棉农的纯收入中60%来源于棉花产业，棉花产业是新疆的支柱产业1。然而，信息化建设在棉花产业中的显著优势没有得到充分体现。棉花种植各环节不能快速进行信息互动，农业技术人员不能明确了解棉田具体的各种数据信息，影响棉花种植全过程的协调推进。棉田信息采集云平台的建设可使农技人员在棉花种植过程中及时掌握棉田的具体情况，提高种植管理效率。1云计算技术在棉田信息采集中的优势云计算技术要解决的问题是大规模平台的资源管理、资源整合和调度情况。数据中心目前最大的问题是存储和计算的虚拟化。面对快速增长的用户数量，飞速增长的业务量，传统方案采用网络基础计划，必须投入巨额资金才能支撑顺利实施；而这些方案由于业务量庞大显得过于复杂，整个平台布局时间跨度太大，难以满足动态需求。随着云计算业务的逐步推广，各企业越来越多的工作被下放到虚拟服务器中，传统部署方案不灵活2。当前，企业在日常的开发更新过程中，人工配置烦琐、耗时、效率低，在极大程度上延误了开发进度3。在系统登录过程中，手动配置程序过于复杂，可能会发生人为操作失误，需要花费大量人力和时间来延长平台的登录周期。因此，智能化、标准化、自动化的运行模式成为实际工作的必然要求，这是全球计算机信息技术发展走向，整体布局的虚拟化是未来发展的必然趋势4。将云计算技术应用于棉田种植中，可以实时采集棉田的图像、气象和作者简介 易孟华（1994），男，湖北襄阳人，硕士。研究方向：农业信息化。收稿日期 2022-08-04218土壤数据，帮助棉农以轻松、高效的方式种植出优质的棉花。2棉田信息采集云平台总体方案设计2.1系统设计目标建立棉田信息采集云平台，目标是加快新疆棉花产业发展，指导业内人士合理利用互联网信息资源，积极推进农业信息化发展。在为棉花农户提供创新和增值服务的同时，为科研人员、政府专职人员、棉业企业提供专业的行业信息服务，帮助农民增产增收，提供网上查询平台，进一步推进农业信息化。2.2系统设计棉田信息采集云平台采用经典的 MVC 结构模型，即用户表示层、业务逻辑层和数据库访问层。用户表示层主要负责用户与平台的互动沟通，是平台和用户操作的桥梁。业务逻辑层负责调度和执行业务请求，是高层用户展示层与底层数据访问层之间的信息传输纽带。数据访问层访问数据库中的数据，然后将数据返回到高层。平台通过各层间的完美互动，将用户访问的数据展示给用户。采用经典的三层模式，将平台各层间的耦合性降至最低，为平台的未来扩充提供了可能。平台总体框架如图 1 所示。2.3面向功能分解的软件模块设计本平台实现的是棉花种植生产过程中各种数据采集。用户在收集数据后登录平台使用手机进行数据信息的上传。棉田信息采集云平台共分为 3 个模块，分别是棉田信息采集模块、系统管理模块以及数据处理模块。其中，棉田信息采集模块是核心模块，包括棉田气候信息采集模块、棉花生长信息采集模块、棉田土壤信息采集模块、棉田虫害信息采集模块、棉田病害信息采集模块、棉花病虫害防治决策模块。2.4数据库模块阿里云关系型数据库 RDS（relational database ser-vice）是一种在线数据库服务，具有稳定可靠、可弹性伸缩的特点。基于阿里云分布式文件平台和 SSD 盘高性能存储，RDS 支持 MariaDB TX、PostgreSQL、SQLServer 和 MySQL 引擎，并且提供了平台开发过程中存储数据相关的全套解决方案，极大程度地节省了人力物力消耗。数据安全是信息平台的核心，RDS 在多重防火墙的保护下，能够有效抵御各种恶意攻击，能够非常高效地保证数据的安全；并且 RDS 服务器只开放特定的端口，即服务请求所需的端口，并不会向外发起连接，只允许被动访问。因此，本文从安全性、易用性、可靠性的角度考虑选用 RDS 数据库作为平台数据库管理系统。2.5相关算法根据棉花种植病虫害种类多、分布广的特点，以提高棉花产业社会效益和经济效益作为出发点，制定了改善生态环境的总防治目标。本文采用基于隐马尔可夫模型的层次分析法，建立棉花病虫害综合防治的多层次结构分析模型，细化实现总目标的 4 个子目标，通过构造判断矩阵，计算出防治子目标对实现总目标的权重5，完成定性到定量的转换。3棉田信息采集云平台核心功能3.1棉花生长信息采集在棉花苗期、蕾期、花铃期、吐絮期等不同生长时期采集信息，包括棉花的株高、茎粗、叶片数、果枝数、花朵数、蕾数、棉铃数、单株棉铃数、棉铃长度、棉铃宽度、吐絮数、采集日记等信息等。3.2棉花病虫害信息采集棉花病害信息采集包括有病株数、死苗株数、病株率、死苗率和病情分级指数。棉花虫害信息包括调查株数、螨害株数、百株螨量、各级螨害叶数、统计螨害株率、螨害级别、平均螨害级数、有螨株率、卵数、幼虫数、龄期、百株卵数、百株铃虫量、有虫株率、有蚜株率、百株蚜量、有翅蚜株率、卷叶株率等。3.3棉田土壤信息采集棉田土壤对于棉花增产至关重要。土层深、颗粒结构多、土质疏松、水肥保持性能强的土壤适宜棉花种植。容重在 1.01.25 g/cm3、孔隙度 55%以上的高图 1棉田信息采集云平台总体框架用户展示层棉花生长信息维护界面的显示与控制uniCloud 第三方平台数据管理棉田气候信息维护棉田土壤信息维护棉田病害信息维护棉田虫害信息维护棉田农事记录维护棉田病虫害防治决策专家知识库信息维护系统用户信息维护业务逻辑层数据访问层阿里云数据库普通用户管理员易孟华等：棉田信息采集云平台建设研究219现代农业科技2023 年第 7 期农村经济学肥中壤土较好。若土壤水分含量适宜，棉株对氮的吸收就会较为充分。其他养分吸收也同样受土壤水分影响，肥沃土壤保水和蓄水能力强，提高了水分利用率，能较好地满足棉花对水分的要求6。棉田土壤信息采集包括有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效磷、pH 值、鲜重、干重、土壤含水量等。3.4棉农农事活动信息采集在棉花种植活动中，棉农的各项生产活动对棉花产量都有着不可忽略的影响。记录棉农在生产活动中的农事行为有利于分析棉花产量影响因素。需要采集的信息包括棉花的播种方式、种子品种、灌水量、灌水面积、除草面积、除草方式、除草剂名称、施肥方式、肥料种类、收割方式、活动日期等。3.5棉田气候信息采集适宜的气候条件对棉株的茁壮生长非常重要。若长期处于连续恶劣天气条件下，棉花产量品质将受到严重影响，棉花采收后纤维粗短、绒长较短、马克隆值升高，严重影响出棉的产量和品质。若出现连续的低温天气，会导致霜前花率不足以往的 50%，同样导致出棉产量严重下滑。因此，对气候因素进行监控是棉花种植生产过程中不可忽视的一环。棉田气候信息采集包括气温、降水量、风速、风速等级、高温天数、灾害天数等。4结语由于棉田信息的广泛性，信息化发展任重道远，平台在实际生产生活中会遇到一些特殊情况，需要根据用户的实际需求进行完善。平台设计开发初衷是为科研人员及农技人员使用，如何让劳动人民使用是未来的主要发展方向。针对这些问题，需要做进一步改进。与基层棉花种植管理人员进行更广泛更深入的探讨，实地了解棉花种植信息管理的需求，努力学习相关技术使平台功能更加全面、界面更加友好。5参考文献1 刘传迹，金晓斌，徐伟义，等.20002020 年南疆地区棉花种植空间格局及其变化特征分析J.农业工程学报，2021，37（16）：223-232.2 李文俊，杨学强，杜家兴.基于云计算的装备保障信息系统集成J.计算机集成制造系统，2021，27（7）：10.3 刘昊，李静，鲁旭涛.5G 背景下智慧农业通信节点部署策略J.西安交通大学学报，2020，54（10）：45-53.4 陈媛媛，游炯，幸泽峰，等.世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议J.农业工程学报，2021，37（11）：315-324.5 郭聃.基于层次隐马尔可夫模型和神经网络的个性化推荐算法J.计算机应用与软件，2021，38（1）：313-319.6 杨强强.棉花种植生产云管理平台开发与应用D.阿拉尔：塔里木大学，2022.（上接第 217 页）法律法规，提高劳动技能及资源保护利用效率。按照卢氏县 连翘栽培技术规程 完善连翘栽植技术，重视连翘修剪，尤其是前 3 年的幼枝修剪。修剪以多组织开放性树形为宜，枝杈不能交叉；结果枝退化后，翌年结果药用含量达不到 中华人民共和国药典 要求，也需要修剪，修剪后产量会大幅增加。5参考文献1 张海燕.连翘化学成分及药理活性的研究进展J.中药材，2000，23（10）：657-660.2 曲欢欢.连翘化学成分和生物活性研究D.西安：西北大学，2008.3 孟祥乐，李俊平，李丹，等.连翘的化学成分及其药理活性研究进展J.中国药房，2010，21（43）：4117-4119.4 范圣此，张立伟.连翘产业现状的分析及其相关问题的对策研究J.中国现代中药，2018，20（4）：371-376.5 郑立，汤韵秋，余琳媛，等.连翘挥发油自微乳的制备及解热作用J.中华中医药学刊，2020，38（3）：149-153.6 李伟泽，赵宁，梁泽，等.连翘挥发油纳米胶束对其水溶性成分连翘苷体外透皮、透黏膜吸收的影响J.中药材，2016，39（1）：134-137.220