基于大數(shù)據(jù)的桑樹新品種選育技術(shù)研究

王楊 蔣巍 王莉莉

摘? ?要：提出了在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下桑樹新品種選育技術(shù)集成模型，開發(fā)Hadoop廉價PC機集群下的智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)云倉庫，通過各類感知設(shè)備收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行及時、有效、可靠的存儲、訪問及分析。應(yīng)用云存儲、數(shù)據(jù)的管理機制、推理機制、解釋機制、人工智能等技術(shù)開發(fā)總結(jié)一整套桑樹新品種選育流程，形成農(nóng)業(yè)新品種選育技術(shù)集成模型，滿足農(nóng)業(yè)研究應(yīng)用的需求。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);人工智能;桑樹新品種

文章編號： 1005-2690（2020）16-0016-02? ? ? ?中圖分類號： S888.3? ? ? ?文獻標志碼： B

黑龍江省是我國的農(nóng)業(yè)大省，地處高寒地區(qū)，生長期短、四季溫度差異大，對作物的抗寒性要求較高，因此需要選育適合的品種種植，品種的選育技術(shù)至關(guān)重要。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，基于大數(shù)據(jù)的桑樹新品種選育技術(shù)模型研究，符合國務(wù)院和黑龍江省人民政府“兩江”平原產(chǎn)業(yè)政策鼓勵優(yōu)先發(fā)展項目建設(shè)大農(nóng)業(yè)的要求，還可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、退耕還林、綠化造林、旅游采摘、防風固沙、小流域溝壑治理、輕鹽堿地治理等領(lǐng)域。

1? ?新品種選育模型概述

1.1? ?系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。感知層用于信息的獲取和控制，網(wǎng)絡(luò)層用于信息的傳輸，業(yè)務(wù)層用于對所獲取信息的智能處理和綜合應(yīng)用。傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負責農(nóng)作物大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)采集，環(huán)境控制作用是接收指令，控制通風、降溫、加溫、補光、遮陽等功能。ZigBee無線傳感網(wǎng)將傳感器數(shù)據(jù)傳送給終端節(jié)點，與協(xié)調(diào)節(jié)點組成星型無線局域網(wǎng)，遠程網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)平臺進行遠程數(shù)據(jù)傳輸?；谥袊苿泳W(wǎng)絡(luò)將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程云服務(wù)平臺，云服務(wù)平臺將采集指令發(fā)給現(xiàn)場中央采集單元處理器，采集單元處理器接收指令后指揮現(xiàn)場傳感器開展數(shù)據(jù)采集。

1.2? ?感知層

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，以傳感器、RFID、一維/二維碼、多媒體采集等接入設(shè)備為主。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)主要采集5種數(shù)據(jù)，傳感器采集信號0～3.3 V、 4～20 mA，包括CO2濃度、土壤濕度、土壤pH傳感數(shù)據(jù)、照度、大氣環(huán)境溫濕度。

為了實現(xiàn)環(huán)境控制，根據(jù)農(nóng)作物生長條件，云服務(wù)平臺可通過Web瀏覽器或手機APP軟件遠程控制風機、水簾、補光燈、加熱裝置、CO2發(fā)生器、灌溉裝置等。

1.3? ?網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是把信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酱鎯υ品?wù)器平臺端，運用了遠距離與近距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同信息處理技術(shù)等[1]。通過互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、承接網(wǎng)作為傳輸媒介構(gòu)成信息傳輸通道。

1.4? ?業(yè)務(wù)層

由圖2可以看到，云平臺的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成包括網(wǎng)絡(luò)負載均衡器、防火墻、三層交換機。采用單獨的備份服務(wù)器搭配備份軟件，將數(shù)據(jù)庫文件備份至專門的備份存儲設(shè)備中，提升冗余性，預防單點故障。

感知網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)要保留多年，數(shù)據(jù)量將達到PB級。為了滿足系統(tǒng)對處理數(shù)據(jù)的要求，選用開放式Hadoop作為系統(tǒng)大數(shù)據(jù)處理的平臺，對Hadoop的性能進行參數(shù)優(yōu)化，建立了可視化監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[2]。建立推理機系統(tǒng)，采用了似然推理、演譯推理和近似推理等方法，推理策略采用正向和反向雙向兩種。推理方式采用閾值理論和模糊推理模式。遺傳過程的具體解釋，求解時給出一般的解法，從問題的領(lǐng)域目標和領(lǐng)域問題規(guī)則的層次得出結(jié)果[3]。

2? ?應(yīng)用實例

目前本系統(tǒng)已經(jīng)成功在某市農(nóng)科院所得到應(yīng)用測試，應(yīng)用于桑樹新品種選育，所選育的優(yōu)良的果桑新品系，抗寒性、產(chǎn)果量、果質(zhì)都有明顯的改善和提高，適宜高寒地區(qū)栽種，從2014年起系統(tǒng)進入全省適應(yīng)區(qū)域試驗育種程序。

新品種嫁接體愈合的環(huán)境直接影響嫁接成活率。必須保證育種環(huán)境的共性。棚室調(diào)控：蓋膜前應(yīng)提早澆1次透地水，保證根部正常的水分供應(yīng)及棚體內(nèi)空氣濕度的補充，果桑發(fā)芽前棚內(nèi)相對濕度應(yīng)保持在85%以上，開花期則要控制棚內(nèi)相對濕度，一般掌握在50%左右，坐果后棚內(nèi)濕度提高到70%左右。開始升溫時白天一般掌握在15～18 ℃，最高不超過25 ℃。開始顯露果穗時白天控制溫度在27 ℃左右，最高不超過32 ℃，夜間溫度調(diào)整到15～18 ℃[4]。

采集30個野生桑樹類型，包括依蘭縣野生系列、寧安縣野生系列、扎賚特旗系列、雙城縣野生系列、鏡泊湖野生系列。經(jīng)嫁接成無性系后建立田間比較園，每一類型20株，重復3次。各類型相互比較，從葉質(zhì)、產(chǎn)果量、果質(zhì)、抗寒性、抗病性多方面進行分析。

經(jīng)過連續(xù)3年的培育和數(shù)據(jù)收集，依蘭16號在高寒地區(qū)栽培具有相當大的實用價值，如表1所示。

3? 結(jié)論

桑樹新品種選育是相當復雜的過程，數(shù)據(jù)龐大、成功率低，優(yōu)良品種的選育相當困難，成功地選育優(yōu)良品種將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出巨大貢獻[5]。基于物聯(lián)網(wǎng)的品種選育技術(shù)集成系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，旨在提高選育精度、縮短培育周期、簡化作業(yè)流程、提高作物產(chǎn)量，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展助力。

參考文獻：

[ 1 ] 莫榮利，李勇，于翠，等.桑樹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究進展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2016（13）.

[ 2 ] 王鈺婷，李瑞雪，夏家鳳，等.桑樹的經(jīng)濟價值及其在生態(tài)保護中的應(yīng)用[J].中國市場，2017（11）.

[ 3 ] 杜偉，陳松，劉永輝，等.13個桑樹品種的農(nóng)藝性狀及抗逆性比較[J].南方農(nóng)業(yè)學報，2016（12）.

[ 4 ] 賴宗玉.桑樹冬季管理技術(shù)要點[J].四川蠶業(yè)，2013（4）.

[ 5 ] 蔣巍，王楊.針對黑客滲透思維制定Web服務(wù)器安全防護策略[J].網(wǎng)絡(luò)空間安全，2018（Z5）.