芻議Java Web在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

杜朋軒　曹夢川　伍丹　張婷　石志剛

關(guān)鍵詞： 智慧農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng) Java Web 信息技術(shù)

中圖分類號： TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0148-04

農(nóng)業(yè)是我國的立國之本，隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，智慧農(nóng)業(yè)逐漸成為我國農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷地進行改革和創(chuàng)新，其強大的動態(tài)數(shù)據(jù)信息分析能力、數(shù)據(jù)處理能力以及可視化等功能為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了信息化的支持。在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系在一起，為農(nóng)業(yè)構(gòu)建了一個多維度的信息環(huán)境，有效地提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，真正實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的智慧化、智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有很多種，本文主要是以Java Web 為基礎(chǔ)來探討其在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概述

物聯(lián)網(wǎng)主要是指“物物相連”的互聯(lián)網(wǎng)，它是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)而延伸出的網(wǎng)絡(luò)體系，不僅可以人機交互，而且還能將虛擬的世界跟現(xiàn)實世界有效聯(lián)系在一起。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)就是互聯(lián)網(wǎng)，而物體可以指任何物品，其包含的技術(shù)包括傳感技術(shù)和射頻識別技術(shù)。傳感技術(shù)負責物體信息直接的傳輸或者物聯(lián)網(wǎng)覆蓋區(qū)域信息的傳輸，而射頻識別技術(shù)主要用來識別和追蹤物品［1］。

本文研究的Java Web 主要指用Java 技術(shù)來解決相關(guān)Web 互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)總和。Web 包括Web 服務(wù)器和Web 客戶端兩部分，其核心技術(shù)包括HTML/CSS 高級技巧、JavaScript 高級、Ajax、jQuery 高級應(yīng)用和DWR?；贘ava Web 的物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)包含3 個層次，即可靠傳遞層、全面感知層及智能處理層。可靠傳遞層主要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對信息進行處理，并將處理后的信息進行傳遞。全面感知層主要是用來采集和處理物體的實時信息，在采集和處理時會通過二維碼技術(shù)、傳感器和RFID 技術(shù)等來進行簡單、便利的操作。而智能處理層主要通過智能化實現(xiàn)人機交互，以此滿足用戶的需求。將Java Web 應(yīng)用在智慧農(nóng)業(yè)中，可以實現(xiàn)快速、多維、多尺度的信息實時監(jiān)測，提高農(nóng)業(yè)的智能監(jiān)控，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的精細化管理。因此，本文以Java Web 技術(shù)為基礎(chǔ)來探討物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［2］。

2 智慧農(nóng)業(yè)的基本概述

智慧農(nóng)業(yè)主要指利用信息技術(shù)對傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)進行智能化控制，其包含了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的所有環(huán)節(jié)，如生產(chǎn)、服務(wù)、交易以及管理。通過信息技術(shù)將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所有環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行傳播和共享，以此實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準化、高效化管理，同時也能促進農(nóng)業(yè)的降本增效。智慧農(nóng)業(yè)的特點在于智能化，這不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化水平，還促進了農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級，并且依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為農(nóng)業(yè)的發(fā)展打造了一個多維度的信息環(huán)境［3］。

3 基于Java Web 的物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3.1 智慧農(nóng)業(yè)的功能需求

智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)、消費者、加工配送環(huán)節(jié)、零售環(huán)節(jié)等信息（如表1 所示）。其中生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要有生產(chǎn)履歷編號、田間生產(chǎn)檔案、無公害蔬菜生產(chǎn)標準等；加工配送環(huán)節(jié)包括農(nóng)藥殘留檢測、篩選、加工、包裝及條形碼等；消費者包括查詢產(chǎn)品追溯碼、生產(chǎn)履歷信息等；零售環(huán)節(jié)主要指有出生證的蔬菜。

智慧農(nóng)業(yè)平臺功能結(jié)構(gòu)圖包括3 個層次，即用戶層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層及數(shù)據(jù)管理層。其中用戶層包括3 個模塊，即用戶登錄注冊、管理員信息管理和App 掃碼；業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含3 個模塊，即企業(yè)信息子系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品追溯子系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)管理層包括6 個模塊，即用戶信息、企業(yè)信息、農(nóng)產(chǎn)品信息、溯源信息、傳感器信息以及日志分析。具體如圖1 所示。

3.2 基于Java Web 物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的實踐

3.2.1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)的功能需求，在應(yīng)用Java Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中需要將平臺分為3 個子系統(tǒng)，共8 個功能模塊。其中3 個子系統(tǒng)包括企業(yè)信息系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。（1）企業(yè)信息系統(tǒng)包括用戶信息管理和企業(yè)信息管理兩個模塊。用戶信息管理模塊包括用戶信息添加和用戶信息編輯兩個模塊，企業(yè)信息管理又包括企業(yè)信息添加和企業(yè)信息編輯兩個模塊。（2）農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)可細分為農(nóng)產(chǎn)品信息管理和溯源信息管理兩個模塊。農(nóng)產(chǎn)品信息管理包含農(nóng)產(chǎn)品信息添加、農(nóng)產(chǎn)品信息編輯和查看相關(guān)溯源信息3 個模塊，溯源信息管理包括溯源信息添加和溯源信息編輯兩個模塊。（3）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)細分為4 個模塊，即實時數(shù)據(jù)模塊、歷史數(shù)據(jù)模塊、設(shè)備信息管理模塊及智能決策模塊。這4 個模塊又細分成8 個模塊，其中的實時數(shù)據(jù)模塊包含實時數(shù)據(jù)顯示和實時數(shù)據(jù)更新；歷史數(shù)據(jù)模塊包含歷史數(shù)據(jù)顯示和歷史數(shù)據(jù)更新；設(shè)備信息管理模塊包含設(shè)備信息添加和設(shè)備信息編輯；智能決策模塊包括數(shù)據(jù)分析和智能決策［4-5］。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為六層，即用戶層、View 層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)操作層、數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)支持層。用戶層包括游客、管理員以及App 掃碼3 個模塊，可以通過這3 個模塊進行訪問。View 層包括JSP 頁面、CSS 問卷、JS 問卷及圖片等，當訪問用戶層時就會接觸到View 層。業(yè)務(wù)層，就是上文提到的該系統(tǒng)的8 個模塊，View 層的信息會將業(yè)務(wù)層的信息進行分發(fā)和處理，最終的處理結(jié)果也會最終反饋到View 層。數(shù)據(jù)操作層連接數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層，其包括ORM 映射、增刪改查、存儲過程和事務(wù)模塊，可以對數(shù)據(jù)層進行操作和管理。數(shù)據(jù)層主要是數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)支持層包括3 個模塊，即集成開發(fā)環(huán)境、版本控制及操作系統(tǒng)，這是該系統(tǒng)的底層［6］。

3.2.2 系統(tǒng)Web 的配置

在應(yīng)用過程中采用重寫的方式對Web 進行配置，具體情況如表2所示。在配置過程中，如果是getServletMappings（），那么就需要將一個或者多個路徑映射到DispatchServlet 上，實現(xiàn)路徑“/”；如果是getServletConfigClasses（），配置內(nèi)容用上下文中的bean 來定義DispatchServlet；如果是getServletConfigFilters（），配置內(nèi)容則為設(shè)置編碼過濾器來實現(xiàn)CharacterEncodingFilter。

3.2.3 基于Java Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域中的應(yīng)用

應(yīng)用Jave Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中主要是使用Java Web 與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，通過應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）或軟件開發(fā)工具包（Software DevelopmentKit，SDK）與傳感器設(shè)備進行通信，并且基于收集到的數(shù)據(jù)，使用JavaWeb 的數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)庫進行農(nóng)作物生長預(yù)測，提供智能化的農(nóng)作物管理建議。如對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測和管理，可以實時監(jiān)測場所中的溫度、二氧化碳總量（CO2）等數(shù)值是否超標，監(jiān)測噪聲是否過大、土壤的養(yǎng)分是否達標、大氣環(huán)境和水環(huán)境等是否達標、產(chǎn)量如何、品質(zhì)如何及植保情況等，并且通過LED顯示屏將監(jiān)測到的這些數(shù)據(jù)實時進行反饋，以便相關(guān)人員對農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境進行評估。這樣相關(guān)人員才能及時發(fā)現(xiàn)影響因素、有害物質(zhì)，并提前做好防護和改善措施，以保證農(nóng)產(chǎn)品的高效、安全生產(chǎn)［7-8］。如果一些微生物、重金屬離子等對農(nóng)產(chǎn)品的生長帶來危害，那么通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效對農(nóng)作物的生產(chǎn)進行管理。設(shè)置安防監(jiān)控子系統(tǒng)可對農(nóng)作物的倉儲進行監(jiān)測，監(jiān)測是否有火焰、煙霧、紅外對射裝置等，當出現(xiàn)以上情況時報警燈就會亮起，并且實時反饋到監(jiān)測平臺上。

3.2.4 基于Java Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們可以利用無線傳感技術(shù)對農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)進行監(jiān)測和管理。無線傳感技術(shù)會結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的施肥、灌溉及松土等實際情況給出相應(yīng)方案，為智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參考。如應(yīng)用JaveWeb 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行智能灌溉和施肥控制，會基于農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和農(nóng)作物需求，對農(nóng)作物生長的濕度、光照等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，實現(xiàn)智能化的灌溉和施肥控制系統(tǒng)。使用JavaWeb 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與灌溉設(shè)備和施肥設(shè)備進行通信，控制水源和肥料的供應(yīng)。如應(yīng)用JaveWeb 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智慧農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括兩個模塊，即用戶模塊和管理員模塊。其中用戶模塊又細分為注冊、登錄、個人中心、訂單信息管理4 個模塊，而管理員模塊又細分為個人中心、用戶管理、農(nóng)產(chǎn)品類型管理、農(nóng)產(chǎn)品管理、訂單信息管理及系統(tǒng)管理6 個模塊。在農(nóng)產(chǎn)品管理模塊中可以看到農(nóng)產(chǎn)品的編號、產(chǎn)品名稱、溯源編號、圖片、出產(chǎn)地、數(shù)量和價格等信息，管理員登錄后可以對這些信息進行修改、添加及刪除等操作。在訂單信息管理中，管理員可以看到訂單編號、訂單產(chǎn)品名稱、訂單產(chǎn)品類型、總金額、用戶名、姓名、手機號、購買時間及是否支付等內(nèi)容［9］。

3.2.5 基于Java Web物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)病蟲害防治中的應(yīng)用

在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中，病蟲害防治工作是非常重要的一項工作，是農(nóng)民增收、農(nóng)產(chǎn)品增量的保障?；贘avaWeb 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以對其進行定位，建立一個定位系統(tǒng)，應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)對農(nóng)作物進行精準監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時分析和解決。當監(jiān)測到有病蟲害時，定位系統(tǒng)可以自動且精準地噴灑農(nóng)藥，這既提高了農(nóng)藥的利用率，也降低了病蟲害的防治成本，進而實現(xiàn)了智能化的病蟲害防治目的。例如：應(yīng)用Jave Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將害蟲和病害預(yù)警與防控結(jié)合，通過圖像識別和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)害蟲和病害的自動識別和預(yù)警功能。另外，開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)，通過推送或短信方式提醒農(nóng)民進行防治［10］。

3.2.6 基于Java Web物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)產(chǎn)品銷售中的應(yīng)用

基于Java Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以為農(nóng)產(chǎn)品的銷售打造一個網(wǎng)絡(luò)銷售渠道，該渠道可以提供產(chǎn)、供、銷統(tǒng)一的服務(wù)。這不僅可以增強消費者對農(nóng)產(chǎn)品的信任，還能為品牌樹立良好形象。同時農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)，提供了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、運輸、倉儲及銷售等各種服務(wù)，保障了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全，也增強了消費者的購買欲望。例如，應(yīng)用Jave Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)銷售平臺，該平臺可以分為3 個模塊，即農(nóng)戶模塊、用戶模塊及管理員模塊。農(nóng)戶模塊包含主頁、個人中心、訂單管理及產(chǎn)品信息管理；用戶模塊包含首頁、產(chǎn)品信息、產(chǎn)品咨詢、用戶反饋、個人中心、后臺管理、購物車、在線客服；管理員模塊包含主頁、個人中心、用戶管理、農(nóng)戶管理、產(chǎn)品信息管理、產(chǎn)品類型管理、用戶反饋、系統(tǒng)管理、訂單管理［11］。

4 結(jié)語

綜上所述，智慧農(nóng)業(yè)主要是利用信息技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、服務(wù)、交易和管理等進行智能化控制，以此實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的高產(chǎn)增效。基于Java Web 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，通過“物物相連”的方式，將智慧農(nóng)業(yè)打造成一個網(wǎng)絡(luò)體系。該體系不僅可以人機交互，而且還能將虛擬的世界跟現(xiàn)實世界有效聯(lián)系在一起。例如：可以在智慧農(nóng)業(yè)的監(jiān)管領(lǐng)域?qū)r(nóng)田環(huán)境指標進行實時監(jiān)測、采集、分析及控制；可以在病蟲害預(yù)警中，通過數(shù)據(jù)和圖像相結(jié)合的方式自動識別病蟲害，并觸發(fā)預(yù)警系統(tǒng)提醒農(nóng)民進行病蟲害的防治；還可以應(yīng)用在智能灌溉和施肥控制中，通過對農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測，結(jié)合農(nóng)作物生長的需求對其進行智能化的灌溉和施肥控制。