基于Java Web的智慧农业信息采集系统的
设计与实现
杜朋轩1，2陈芳1，2曹梦川1，2
(1.宁夏职业技术学院；2.宁夏职业技术学院软件技术教学创新团队
宁夏银川  750021)
补锌和硒摘要：中国作为农业大国，其生产环境具备物品多样化、分布范围广泛化等特点，并且农业种植地点位于农村，交通不便利，网络技术不发达，因此在信息采集方面会比较困难。正是因为信息采集得不够精准、快速，使得很多农作物的生长状况无法第一时间反馈给农户，让其根据农作物的实际情况去做一些调整，以此保证农作物的生产质量和产量。而随着我国信息技术的发展，智慧农业的应运而生，一种基于Java Web的智慧农业信息采集系统逐渐被设计出来，并实践到智慧农业中，帮助农户对农作物进行监护，有效地保证了农作物的生产质量和产量。基于Java Web，对智慧农业信息采集系统进行设计和研究。
基于javaweb的美食食谱网站关键词：Java Web 农业信息 采集系统的设计 智慧农业
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1672-3791(2023)23-0162-04 Design and Implementation of a Smart Agriculture Information Collection System Based on Java Web
DU Pengxuan1,2CHEN Fang1,2CAO Mengchuan1,2
(1.Ningxia Polytechnic; 2.Software Technology Teaching Innovation Team of Ningxia Polytechnic, Yinchuan,
Ningxia Hui Autonomous Region, 750021 China)
Abstract:As a major agricultural country, China's production environment is characterized by diversified items and wide distribution, and agricultural planting sites are located in rural areas with inconvenient transportation and un‐developed network technology, so it is difficult to collect information. It is precisely because information collection is not precise and fast enough that the growth status of many crops cannot be reported to farmers in a timely man‐ner, so that they can make some adjustments based on the actual situation of crops to ensure the production quality and yield of crops. With the development of information technology in China, smart agriculture has emerged. A smart agriculture information collection system based on Java Web has been gradually designed and applied to smart agriculture to help farmers monitor crops, which effectively ensures the production qu
ality and yield of crops. Based
on this, this article studies the design of the smart agriculture information collection system based on Java Web.
Key Words: Java Web; Agricultural information; Design of the collection system; Smart agriculture
近几年，我国农业部门一直在致力于智慧农业的发展，以期在农业生产过程中节省人力，降低农业生产
成本，使滞后的传统农业得到进一步的发展，让现代农业变得更加精准和高效。而发展智慧农业离不开信息
DOI：10.16661/jki.1672-3791.2307-5042-8177
基金项目：第一批校级教师教学创新团队立项建设（宁职院发〔2022〕16号）。作者简介： 杜朋轩（1991—），男，硕士，讲师，研究方向为软件技术。
陈芳（1975—），女，硕士，副教授，研究方向为软件开发。
曹梦川（1990—），男，硕士，助教，研究方向为人工智能。
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技术的支持，将信息技术应用到农业生产中不仅可以提高农业的生产效率，还能改善农业信息化发展水平。信息技术包括各种物联网技术、智能传感器、光感扫描、3S 技术智能装备、遥感设备等，将其跟农产品结合在一起，可以对农产品进行跟踪、定位、识别以及信息交换等。随着我国信息技术的发展，智慧农业的信息采集方式变得更简单、易于编辑、自动化、智慧化。信息采集主要是采集农作物的背景环境、生产活动、生长状态、投入品、设备设施、农产品加工、保存、检验检疫、农业土壤环境、水文环境等，然后对这些信息进行统
计、分析，并将分析后的结果传输到智慧农业系统中，以便参考［1-2］
。信息采集的方式有很多种，如手工录入、手机App、RFID 扫描、GPS 以及遥感解析等方式，每一种方式都有自己的独特的优势和特点，而本文研究的是基于Java Web 的智慧农业信息采集系统的设计与实现，以此来为智慧农业系统提供参考。
1  智慧农业信息采集系统的基本概述
智慧农业信息采集系统主要是采集农作物的相关信息，如农作物的生长环境，空气的湿度、光照度、二氧化碳的含量、水流量、水的pH 值、土壤的湿度和pH 值、含氮量、温度、粒径、厚度等，因此，该系统需要具备随身、音像、扫描、廉价、GPS、App 等各种特点功能。例如：随身，即其需要随时随地地监测农间地头的实际情况；音像，即需要通过录音、照片或者视频的方式来进行原始数据的记录；扫描，即快速地识别、读取数据信息；廉价，即要性价比高的信息采集；App，即需要通过手机App 即可以实现在线监测的功能；GPS，即需要有
定位、自动记录位置或者路线的功能［2］
。
2  Java Web 基本概述
Java 是一门编程语言，其属于一种跨平台，并且适用于分布式计算环境的面向对象的编程语言。Web 则是跨平台的分布式图形信息系统，其建立在Internet 上的一种网络服务，为浏览者提供图形化的服务。而基于Java Web 为基础的智慧农业信息采集系统则是一种基于超文本和HTTP 的、全球性的、动态交互的智慧农业系统，具备简单性、安全性、动态性、高性能以及多线程性等特点。用Java Web 编写的程序可以不用做任何修改便可以在不同的平台投入使用。
3  基于Java Web 智慧农业信息采集系统的设计
3.1  总体方案因为智慧农业对于信息采集的要求比较高，既要求信息采集效率，又要求信息采集质量。因此在设计过程中，智慧农业信息采集系统需要具备几种功能：（1）基础功能，即智慧农业信息采集系统需要具备获取农作物生产时的温度、空气湿度、土壤的湿度、雨水传感器、人体红外传感器、异常状态报警器等这些基础的功能；（2）远程控制，即该系统需要获取传感器数据，并可以远程对这些进行控制；
（3）报警，即该系统需要实时地发布室内的异常状态，并且通过控制信号灯的方式来实现报警；（4）该系统要有App，方便相关人员通过手机就可以获取历史数据和农作物的实时数据，并
实现远程控制［3］
。
3.2  系统框架
该系统结构主要分为
4个模块，
即客户端、服务器、网关与节点、传感器，详见图1。其中客户端即为Java Web 应用；服务器由Java Web 将采集到的信息通
图1  智慧农业信息采集系统整体结构
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过TCP 传输到智云数据中心，或者从智云数据中心通过TCP 来获取相应的信息，又或者通过TCP 向网关传输和获取相应的信息；网关包括网关智云服务和无线汇集节点。由网关将信息传输或者获取到无线终端的节点，再由无线终端节点来获取和传递农作物生长环境信息，如气象站的雨水、风速、风向、空气湿度以及土壤温度、水分、pH 值等。九年级上册数学补充习题答案
通过图1可以看出，基于Java Web 智慧农业信息采集系统应用传感器底层驱动包括两个部门，即气象站和土壤。在信息传输过程中，由无线节点通过读取传感器数据的方式，将信息汇集成一个组网通信，然后再将组网通信里的数据通过智慧云服务推送到远程智云数据中心，或者推动到局域网，再由智云数据中心将接收的信息通过智云服务程序上传至无线节点后，将采集的数据存入数据库，等其跟客户端进行连接时就可以实时地对这些数据进行查询和控制［4］
。
3.3  系统的具体设计——以智慧农业大棚系统为例
3.3.1 设计原理
设计原理需要分为两个层面，即应用层和服务层，具体如表1所示。其中应用层需要有环境监测、设备控制、统计分析、自动报警和图标显示；服务层包括统一门户、统一门户管理、数据分析挖掘、环境信息接入、数据网关接入、系统应用管理、环境信息比对、任务管理、系统终端管理。
3.3.2 设计模块
在设计智慧农业大棚系统时，需要设置4个模块，即环境监测、监控系统、智慧云平台、智能联动，具体如图2所示。其中环境监测又需要细分为7个模块，即空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳、土壤温度、土壤湿度、土壤EC；监控系统又可以细分为视频监控、字符叠加器、图片采集3个模块；智能云平台又细分为自动上传、历史记录、数据分析、智能预警4个模块；智能联动又细分为补光系统、遮光系统、通风系统、卷帘系统、
灌溉系统5个模块［5］。该大棚系统的设计随时监控并
调节大棚内的环境指数，提供给大棚内植物精准培育环境，有效提高生长速度和生长质量，增加产值。同时可以实时进行监测和远程联动，还能利用云计算、数据挖掘等技术来进行多层次分析，有效地提高
了农业生产对自然环境风险的应对能力。
3.3.3 系统实现的功能
（1）环境数据采集。智慧大棚监测系统利用无线技术实现智能硬件智能联动、自动组网，并对环境数据实时远程监控。用户通过电脑或者手机远程查看温室的实时环境数据，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、氧气浓度等，远程实时查看温室监控视频，并可以保存录像文件，防止农作
物被盗等状况出现［6］。某智慧大棚的实时监测的某一
刻数据详见表2。对辖区内的环境进行24小时不间断的监测和搜集数据，系统也会设置一个数据标准，当出现与标准有差异时，报警系统就会响应。
（2）智能控制。当传感器采集的环境数据超出设定值时，控制器制动（或远程手动）启动相关硬件设备对作物生长环境加热、施肥浇水、通风、卷帘加减光照辐射，实现作物生长过程智能化精确控制。
（3）灌溉及喷药施肥控制。该系统下会形成一个水肥一体化灌溉系统，其包括4个模块，即首部枢纽、施肥系统、灌水器、管网系统。其中：施肥系统又细分为灌溉系统和肥料混合系统，而灌溉系统又细分为灌
溉泵、控制器、灌溉管网、稳压器、过滤器、电磁阀6个
表1    智慧农业大棚设计原理
应用层环境监测设备控制统计分析自动报警
图标显示服务层
统一门户
环境信息接入环境信息比对
统一门户管理数据网关接入任务管理
数据分析挖掘
系统应用管理
系统终端管理
图2  智慧农业大棚系统设计模块
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模块；肥料混合系统又细分为肥料灌、电磁阀、混合灌、施肥器、传感器、混合泵、控制器7个模块；管网系统又细分为干管、支管和毛管。水肥一体灌溉系统会根据植物生长模式，通过自动或手动方式进
行操作。汇集传感器和气象站所收集的数据，可图形化地直观展示，而用户可自定义超限阈值，为优化灌溉提供数据支撑。用户可根据自动分析传感器和气象站所收集的数据，进行智能合理化浇灌［7］。
（4）远程自动控制。智慧大棚监测系统通过先进的远程工业自动化控制技术，让用户足不出户远程控制温室设备。自定义规则，让整个温室设备随环境参数变化自动控制，如当土壤湿度过低时，温室灌溉系统自动开始浇水。通过手机客户端，客户可以在任意地点远程控制温室的所有设备。
（5）无线视频监控管理。大棚监控室通过无线视频监控管理云平台实现远程监控、视频采集、录像回放和智能运维，并为智能硬件数据传输提供服务。
（6）可视化平台应用。系统界面可视化，直观显示各类设备的工作状态，也可直接到相应设备进行操作，实现可视化/便捷化管理。通过可视化平台用户既能全面获取大棚监测的各项数据，也能清晰地查看环境场景，大大提高了管理控制的灵活性［8］。
3.3.4 基于Java Web智慧农业信息采集系统的硬件保障
以土壤信息采集为例，硬件需要有土壤参数速测仪、土壤综合传感器、智壤仪、土壤氮磷钾传感器，可以对土壤的水分、温度、EC、氮磷钾、pH值、电导率等进行快速监测和响应，并且支持远程查看数据。智慧大鹏需要智慧气象站系统、水肥一体机、执行设备、采集设备、小型气象站、百叶箱、太阳总
辐射测试仪、风机、卷帘、水阀、增温等先进的自动化设备。智慧灌溉需要主阀、压力变送器、水表、阀门控制、电磁阀、手机App，可以实时进行数据的采集、监测以及控制等操作。另外，借助气象温度湿度传感器、环保类设备、气象类传感器等，以此辅助Java Web智慧农业信息采集软件系统更好地服务于农作物生长过程中数据的采集和监测工作［9-10］。
4 结语
综上所述，基于Java Web智慧农业信息采集系统的设计与实现可以对设备的自动化控制以及对农田的实时监测，进而提高农作物的生产质量和产量。在环境感知方面，智慧农业信息采集系统可以搜集农作物土壤环境的温度、湿度、pH值、NPK等，并且还会对其进行长期的、连续的监测；在气象信息方面，智慧农业信息采集系统可以搜集和监测风速、风向、雨量、蒸发量等，并且对这些参数进行自由的定制；在作物长势方面，智慧农业信息采集系统可以对各个阶段生长发育的农作物的情况，如生理指标、长势、长相等进行动态监测、趋势分析，以及信息采集；在虫情监测方面，采集系统还可以利用现代光电、数控技术、无线传输技术、互联网技术，对数据信息进行统计和分析构建出一套病虫害的预警系统；在智能灌溉系统方面，该系统可以通过数据采集、自动化分析等方式来对灌溉设备进行自动化控制，如定时灌溉、定量灌溉、定量排水等。
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表2  环境监测数值
参数温度PM
2.5噪声风向紫外线
数值
30 ℃
80
500 dB
东南
1级
参数
湿度
PM
10
空气质量
风速
氮气值
数值
56%
120
优
1.5 m/s
56%
165