白云鵬，張玉新，趙 洋，苑侗侗，魏倩文

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(zhǔn)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(shè)備，錄入對象編號即可獲取相關(guān)信息，從而決定采取何種管理措施。系統(tǒng)配備了遠(yuǎn)程監(jiān)控組件，可隨時觀察果園動態(tài)，通過Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)果樹管理人員之間的內(nèi)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(shí)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(jìn)行專家模式精準(zhǔn)管理，能夠快捷、簡單、準(zhǔn)確地記錄和查詢有關(guān)果樹的一切信息，適合非信息技術(shù)專業(yè)人員使用，可以耗費(fèi)最少的人力實(shí)現(xiàn)果園的智能化管理。

移動終端；數(shù)字果園；Java技術(shù)

種植業(yè)歷來是我國農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，根據(jù)業(yè)界分析，20世紀(jì)80—90年代果品總產(chǎn)量正增長達(dá)到10%和13%，21世紀(jì)初仍舊保持著5%以上的增長。果品種植在農(nóng)業(yè)中已經(jīng)成為僅次于糧食、蔬菜的第三大種植產(chǎn)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(yīng)市場化經(jīng)濟(jì)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(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，比如，太原理工大學(xué)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(nóng)業(yè)科學(xué)院基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)等，設(shè)計(jì)了基于3G網(wǎng)絡(luò)的蘋果園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。所以，在DT發(fā)展的現(xiàn)實(shí)趨勢下，數(shù)字果園技術(shù)將會使果園的管理更加數(shù)字化、系統(tǒng)化，進(jìn)而改善和提高果園的整體效益。

1　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

鑒于本系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)存儲容量暫時達(dá)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(hù)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(chǎn)（果園），生產(chǎn)資料（果樹）有機(jī)地結(jié)合在了一起，充分發(fā)揮了關(guān)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(wù)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(jìn)行日常維護(hù)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(jìn)行什么樣的維護(hù)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(shè)計(jì)

E/R關(guān)系模型應(yīng)用在程序設(shè)計(jì)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(nóng)（orchard）、果實(shí)（fruit）、農(nóng)藥（pesticide）、澆水（water）、施肥（fertilizer）、蟲害（pest）、品種（species）這幾個實(shí)體集。如圖1所示，此種結(jié)構(gòu)清晰明了、穩(wěn)定、無冗余，符合魯棒性原則。

1.2 對象關(guān)系模型設(shè)計(jì)

本文列舉其中兩個較為重要的屬性表：果樹（orchardist）、果實(shí)（fruit）。果樹是最為核心的數(shù)據(jù)表，其它任意實(shí)體都可以通過果樹關(guān)聯(lián)到其它實(shí)體，果實(shí)又是反映產(chǎn)量和管理效果的關(guān)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(shè)計(jì)

圖1　概念數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)

本文依據(jù)跨平臺的Java技術(shù)，參考MVC（模型-視圖-控制）開發(fā)模式，并結(jié)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(shí)時狀況問題，設(shè)計(jì)了綜合性的果園信息管理和交流平臺，具有便捷的員工內(nèi)部通信功能、實(shí)用的Remote-control功能。這樣，即使果農(nóng)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(jìn)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(diǎn)：Volume（大量），Velocity（高速），Variety（多樣），Value（價值），Veracity（真實(shí)性），設(shè)計(jì)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(bǔ)了傳統(tǒng)人工記錄信息既低效又粗糙的缺點(diǎn)，同時，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，又可以為果農(nóng)提供最精確、客觀、真實(shí)、有力的數(shù)據(jù)參考，使農(nóng)民的效益最大化。

2.1 企業(yè)內(nèi)部通信系統(tǒng)

此企業(yè)內(nèi)部通信系統(tǒng)是專門為果園管理者進(jìn)行內(nèi)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(dāng)果農(nóng)登錄此果園管理系統(tǒng)時，便可點(diǎn)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(yīng)用SQL Server 2014作為后臺數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)Socket編程技術(shù)，將整個軟件設(shè)計(jì)成C/S結(jié)構(gòu)的客戶端與服務(wù)器端軟件，客戶端界面友好，適合日常使用。當(dāng)兩方要進(jìn)行通信時，首先都與服務(wù)器進(jìn)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(yīng)人員進(jìn)行UDP通信，通信全過程，服務(wù)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(nèi)部使用階段，所以還未加入普通用戶管理功能。

2.2 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)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(nóng)對大果園的管理更加容易，不必花費(fèi)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(shù)與Java平臺完美契合，使得攝像監(jiān)控工作從驅(qū)動到采集都展現(xiàn)出出色的品質(zhì)，不僅能提供實(shí)時監(jiān)控的功能，而且能夠?qū)⒉蹲降降漠嬅鎵嚎s編碼成圖片和視頻，保存以供日后調(diào)查。程序?qū)⒁曨l的實(shí)時捕捉和采集分成了兩類，分別承擔(dān)不同的任務(wù)，當(dāng)在基本種植淡季無需進(jìn)行視頻捕捉時，可利用輕量級的視頻監(jiān)控進(jìn)行果園的實(shí)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(shè)計(jì)技術(shù)把圖像完美嵌入到使用者的眼前。

3　項(xiàng)目可行性分析

3.1 現(xiàn)階段的數(shù)字果園

與果農(nóng)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(shí)現(xiàn)了對果園的科學(xué)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(jìn)行專家式精準(zhǔn)管理。對所有果樹的種植生長信息進(jìn)行全面地記錄，對每一個果農(nóng)以及管理人員進(jìn)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(jì)算農(nóng)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(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)將為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程管理等數(shù)字果園管理任務(wù)提供最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這里將包含常見的遠(yuǎn)程操作特性，如遠(yuǎn)程修改設(shè)備參數(shù)、遠(yuǎn)程查看運(yùn)行信息等。

在果園中搭建完善的網(wǎng)絡(luò)功能，果園的專屬網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)智能終端和安全可靠性要求高的遠(yuǎn)程管理。

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

支持WLAN/Ethernet等桌面網(wǎng)絡(luò)接口。而且這些協(xié)議能夠互相轉(zhuǎn)換，能夠從一種協(xié)議獲取的數(shù)據(jù)報(bào)文，轉(zhuǎn)換成另外一種協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文并發(fā)送出去。這樣將實(shí)現(xiàn)語音通信和視頻通信，將果園的信息實(shí)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(yù)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(jié)語

農(nóng)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(jìn)。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(chǎn)物，必將在其功能的不斷完善和結(jié)構(gòu)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(xué)科不斷前進(jìn)與發(fā)展。

［1］尉哲明，冀素琴.基于Java的綜合課程設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［2］孫晨霞.Java程序設(shè)計(jì)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.

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

［4］孫晨霞，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)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(jìn)展［J］.中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào).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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.廣州：廣東農(nóng)業(yè)科學(xué).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(xiàng)目開發(fā)全景實(shí)錄［M］.北京：清華大學(xué)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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究。

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目編號：2015052。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中青年骨干教師境外研修項(xiàng)目；項(xiàng)目編號：2015。