基于移動終端的數(shù)字果園管理系統(tǒng)

白云鵬，張玉新，趙 洋，苑侗侗，魏倩文

（河北農業(yè)大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071001）

基于移動終端的數(shù)字果園管理系統(tǒng)

白云鵬，張玉新，趙 洋，苑侗侗，魏倩文

（河北農業(yè)大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071001）

數(shù)字果園管理系統(tǒng)是一款面向果園管理的數(shù)字化精準果樹管理系統(tǒng)。以單株果樹為最小管理單元，創(chuàng)新性地引用現(xiàn)代移動設備，錄入對象編號即可獲取相關信息，從而決定采取何種管理措施。系統(tǒng)配備了遠程監(jiān)控組件，可隨時觀察果園動態(tài)，通過Socket網(wǎng)絡編程技術，還可以實現(xiàn)果樹管理人員之間的內部通信。系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境為Netbeans 8.1，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選擇SQL Server 2014，媒體處理系統(tǒng)使用JMF 2.11e，界面管理采用Swing，實現(xiàn)了用戶管理、果園管理、果樹管理、果樹日志管理4個模塊的數(shù)據(jù)管理。使用本系統(tǒng)進行專家模式精準管理，能夠快捷、簡單、準確地記錄和查詢有關果樹的一切信息，適合非信息技術專業(yè)人員使用，可以耗費最少的人力實現(xiàn)果園的智能化管理。

移動終端；數(shù)字果園；Java技術

種植業(yè)歷來是我國農業(yè)的基礎產業(yè)，根據(jù)業(yè)界分析，20世紀80—90年代果品總產量正增長達到10%和13%，21世紀初仍舊保持著5%以上的增長。果品種植在農業(yè)中已經成為僅次于糧食、蔬菜的第三大種植產業(yè)。隨著第三次信息革命的快速發(fā)展，傳統(tǒng)果樹管理的方式逐漸顯示出管理效率低下的弊端，越來越難以適應市場化經濟時代的迅速發(fā)展，如表1所示。

表1　果園和果樹屬性表

近幾年，許多高校對于數(shù)字果園技術領域進行了較為系統(tǒng)的研究，比如，太原理工大學借助分布式GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，提高了柑橘種植管理效率。中國農業(yè)科學院基于傳感器技術、嵌入式技術和無線通信技術等，設計了基于3G網(wǎng)絡的蘋果園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。所以，在DT發(fā)展的現(xiàn)實趨勢下，數(shù)字果園技術將會使果園的管理更加數(shù)字化、系統(tǒng)化，進而改善和提高果園的整體效益。

1　數(shù)據(jù)庫設計

鑒于本系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)存儲容量暫時達不到大型企業(yè)級的容量需求，而且本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使用又不像一般小公司那樣簡單，所以采用維護簡單、性價比高、容易操作的中型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2014 Enterprise。SQL Server數(shù)據(jù)庫將勞動者（管理員），固定資產（果園），生產資料（果樹）有機地結合在了一起，充分發(fā)揮了關系型數(shù)據(jù)庫處理快速、高效、敏捷的優(yōu)勢，同時融合了3大信息系統(tǒng)：事務處理系統(tǒng)（TPS）、信息管理系統(tǒng)（MIS）、決策支持系統(tǒng)（GSS）的精華部分。采用搭載有JVM環(huán)境的平板進行日常維護果樹的信息錄入，充分發(fā)揮了TPS便捷的優(yōu)勢，同時對數(shù)據(jù)的綜合查詢體現(xiàn)了MIS信息管理有效的優(yōu)勢，能夠幫助管理人員根據(jù)數(shù)據(jù)分析出下一步將需要進行什么樣的維護操作，極大限度發(fā)揮出了GSS綜合分析的優(yōu)勢。

1.1 概念數(shù)據(jù)模型設計

E/R關系模型應用在程序設計中的變量表示為9個數(shù)據(jù)表格，以果樹（fruiter）為中心聯(lián)系到果園（orchartist）、果農（orchard）、果實（fruit）、農藥（pesticide）、澆水（water）、施肥（fertilizer）、蟲害（pest）、品種（species）這幾個實體集。如圖1所示，此種結構清晰明了、穩(wěn)定、無冗余，符合魯棒性原則。

1.2 對象關系模型設計

本文列舉其中兩個較為重要的屬性表：果樹（orchardist）、果實（fruit）。果樹是最為核心的數(shù)據(jù)表，其它任意實體都可以通過果樹關聯(lián)到其它實體，果實又是反映產量和管理效果的關鍵，通過果園劃分出了不同區(qū)域不同品種的對比。

2　主要功能設計

圖1　概念數(shù)據(jù)模型結構

本文依據(jù)跨平臺的Java技術，參考MVC（模型-視圖-控制）開發(fā)模式，并結合Socket，JFM，Swing，JDBC等開發(fā)工具，針對果樹管理人員看管果園極不靈活以及不能及時地勘察果園實時狀況問題，設計了綜合性的果園信息管理和交流平臺，具有便捷的員工內部通信功能、實用的Remote-control功能。這樣，即使果農不在果園中，也能掌握最新的果園動態(tài)并便利地與其他管理人員進行溝通，在節(jié)省管理時間的同時，提高了管理的效率。同時，處在DT時代，根據(jù)大數(shù)據(jù)的5V特點：Volume（大量），Velocity（高速），Variety（多樣），Value（價值），Veracity（真實性），設計了安全、可靠且高效的DBMS，將果園管理數(shù)字化、客觀化，不僅彌補了傳統(tǒng)人工記錄信息既低效又粗糙的缺點，同時，通過大數(shù)據(jù)技術，又可以為果農提供最精確、客觀、真實、有力的數(shù)據(jù)參考，使農民的效益最大化。

2.1 企業(yè)內部通信系統(tǒng)

此企業(yè)內部通信系統(tǒng)是專門為果園管理者進行內部通信使用的，普通用戶和外部人員暫時無法使用，針對不同果園之間的交流特地開發(fā)一套安全、便捷、可供通信的程序。當果農登錄此果園管理系統(tǒng)時，便可點擊其功能模塊，享受便捷的溝通。

本系統(tǒng)基于傳統(tǒng)Java平臺，應用SQL Server 2014作為后臺數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，應用網(wǎng)絡Socket編程技術，將整個軟件設計成C/S結構的客戶端與服務器端軟件，客戶端界面友好，適合日常使用。當兩方要進行通信時，首先都與服務器進行TCP鏈接，確定在線狀態(tài)，一旦獲取在線名單，便可選擇相應人員進行UDP通信，通信全過程，服務器端不干涉，使信息快速接收和發(fā)送，本軟件由于尚處于內部使用階段，所以還未加入普通用戶管理功能。

2.2 實時監(jiān)控系統(tǒng)

實時監(jiān)控系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中一個重要的功能模塊，主要是使果農對大果園的管理更加容易，不必花費大量的人力去現(xiàn)場查看果樹的生長情況，使得管理的效率大大提升，同時也提升了現(xiàn)代化管理水平。

本軟件采用JMF多媒體編程技術與Java平臺完美契合，使得攝像監(jiān)控工作從驅動到采集都展現(xiàn)出出色的品質，不僅能提供實時監(jiān)控的功能，而且能夠將捕捉到的畫面壓縮編碼成圖片和視頻，保存以供日后調查。程序將視頻的實時捕捉和采集分成了兩類，分別承擔不同的任務，當在基本種植淡季無需進行視頻捕捉時，可利用輕量級的視頻監(jiān)控進行果園的實時監(jiān)控，節(jié)省硬件資源發(fā)揮更高的效力。監(jiān)控界面配合使用SWING設計技術把圖像完美嵌入到使用者的眼前。

3　項目可行性分析

3.1 現(xiàn)階段的數(shù)字果園

與果農手動人為的管理方式相比較，現(xiàn)階段的數(shù)字果園系統(tǒng)地實現(xiàn)了對果園的科學化管理。通過果樹日志管理將樹種施肥（后臺數(shù)據(jù)庫）、空間信息（GIS系統(tǒng)）等，進行專家式精準管理。對所有果樹的種植生長信息進行全面地記錄，對每一個果農以及管理人員進行工作信息的記錄，這些數(shù)據(jù)都將為未來的數(shù)字果園大數(shù)據(jù)平臺提供可能，為云計算農業(yè)鋪平道路。

3.2 未來研發(fā)方向

在果園中配備裝載有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的計算機，該計算機將為實現(xiàn)遠程配置、遠程診斷、遠程管理等數(shù)字果園管理任務提供最堅實的基礎。這里將包含常見的遠程操作特性，如遠程修改設備參數(shù)、遠程查看運行信息等。

在果園中搭建完善的網(wǎng)絡功能，果園的專屬網(wǎng)絡將支持完善的TCP/IP協(xié)議棧，包括對IPv4和IPv6的同時支持。它的協(xié)議棧要具備靈活的伸縮性，以適應裁剪需要。同時也支持豐富的IP協(xié)議族，比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等協(xié)議，以適應智能終端和安全可靠性要求高的遠程管理。

參考物聯(lián)網(wǎng)工程，整個果園將實現(xiàn)無線網(wǎng)絡內置功能。終端將支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共網(wǎng)絡的無線通信功能，更將支持ZigBee/NFC/RFID等近場通信功能，實現(xiàn)果樹與終端機的交互功能。

支持WLAN/Ethernet等桌面網(wǎng)絡接口。而且這些協(xié)議能夠互相轉換，能夠從一種協(xié)議獲取的數(shù)據(jù)報文，轉換成另外一種協(xié)議的數(shù)據(jù)報文并發(fā)送出去。這樣將實現(xiàn)語音通信和視頻通信，將果園的信息實時地傳輸?shù)焦麡涔芾砜刂浦行摹?/p>

3.3 數(shù)字果園的總體研發(fā)階段分析預測

第一階段，基于人工的傳統(tǒng)管理方式。

第二階段，基于移動終端的數(shù)字化人工管理階段。

第三階段，基于物聯(lián)網(wǎng)的人工控制管理方式。

第四階段，基于大數(shù)據(jù)平臺與人工智能的自動化管理階段。

4　結語

農業(yè)信息化絕對是科技發(fā)展大背景下的趨勢，數(shù)字果園的發(fā)展也將會一步一步前進。人們總是在思索中探尋未來的道路，本系統(tǒng)是承前啟后的信息科技產物，必將在其功能的不斷完善和結構的不斷更迭中發(fā)展。其提供的數(shù)據(jù)入口，也將帶動其他學科不斷前進與發(fā)展。

［1］尉哲明，冀素琴.基于Java的綜合課程設計［M］.北京：清華大學出版社，2014.

［2］孫晨霞.Java程序設計［M］.北京：北京郵電大學出版社，2006.

［3］王睛，王建華.新編關系數(shù)據(jù)庫與SQL Server 2008［M］.北京：清華大學出版社，2013.

［4］孫晨霞，數(shù)據(jù)庫應用技術［M］.北京：北京郵電大學出版社，2010.

［5］劉燕德，周衍華.數(shù)字化果園信息采集方法的研究進展［J］.中國農機化學報.2014（2）：70-71.

［6］張會霞，陳宇暉.“數(shù)字果園”GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］.廣州：廣東農業(yè)科學.2014.

［7］JENSEN C，SCACCHI W.Process modeling across the Web information in infrastructure［J］.Software process improvement and practice，2005（3）：255-272.

［8］齊治昌，譚慶平，寧洪.軟件工程［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［9］王國輝，宋禹蒙.Java項目開發(fā)全景實錄［M］.北京：清華大學出版社，2013.

Digital Orchard Management System Based on Mobile Terminal

Bai Yunpeng， Zhang Yuxin， Zhao Yang， Yuan Tongtong， Wei Qianwen
（College of Information Science&Technology， Hebei Agricultural University， Baoding 071000， China）

Digital orchard management is a kind of accurate digital management system for precision fruit trees for orchard management. Plant trees， for minimum management unit， as an innovate reference for modern mobile devices， object number can get related information of the input so that decide which management measure to adopt. And the system is equipped with remote monitoring components， we can observe the orchard dynamic， through the socket network programming technology， we can realize the intercommunication between fruit managerial staff. Development environment for system software is Netbeans 8.1， management system is SQL Server 2014 database and the media processing system adopts JMF 2.11e， interface management using Swing， which realizes the user management， orchard management， fruit tree management， fruit tree log management four modules of data management. Using this system to carry on the expert pattern precision management can quickly， simply， accurately record and inquire about all the information about the fruit tree， which is fit for non information technology professionals to use and take the least amount of manpower to implement the intelligent of the orchard management.

mobile terminal； digital orchard； Java technology

白云鵬（1993— ），男，河北唐山，本科；研究方向：計算機應用技術研究。

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目；項目編號：2015052。河北農業(yè)大學中青年骨干教師境外研修項目；項目編號：2015。