季華瑛

【摘 要】論文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)對(duì)果園的一系列環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，并開發(fā)收集程序?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集到數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)通過B/S架構(gòu)模式，基于PHP開發(fā)語言對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化監(jiān)測，結(jié)合目前主流的前端開源框架，將果園的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成在B/S模式的系統(tǒng)內(nèi)，通過這個(gè)系統(tǒng)能夠讓果園管理者實(shí)時(shí)查看果園的數(shù)據(jù)信息，并且利用可視化平臺(tái)，將果園信息體現(xiàn)在系統(tǒng)中。

【Abstract】Combined with the internet of things， a series of environmental parameters of orchard are collected， and a collection program is developed to collect the monitoring data of the internet of things into the database in real time. And meanwhile， through the B/S architecture mode， and on the basis of the PHP development language， the data monitoring is visualized. Combined with the current mainstream open source front-end framework， the orchard real-time data is integrated into the B/S mode system. The system allows managers to obtain orchard information in real time， and reflect the information in the system through visualization platform.

【關(guān)鍵詞】B/S；數(shù)據(jù)庫；果園；可視化監(jiān)測

【Keywords】B/S； database； orchard； visualized monitoring

【中圖分類號(hào)】S126 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）04-0072-03

1 引言

數(shù)據(jù)的積累和科技的創(chuàng)新日新月異，智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然階段，它引領(lǐng)社會(huì)改革，成為和人們生活密不可分的一部分。果園本來就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，相較于棚內(nèi)種植的果園，種植環(huán)境、氣象因素、病蟲害等都會(huì)對(duì)其造成不小的影響，這使得果園種植的難度變大。運(yùn)用果園可視化監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測這些影響因素。本系統(tǒng)運(yùn)用傳感設(shè)備將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、穩(wěn)定接收，然后將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行處理，通過開源框架搭建的Web端進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化以及面向農(nóng)戶的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。果農(nóng)可觀測果園中農(nóng)作物的所有數(shù)據(jù)，通過可視化的數(shù)據(jù)分析對(duì)果園進(jìn)行精準(zhǔn)化管理，把外部的影響因子控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，這對(duì)發(fā)展科技農(nóng)業(yè)有著重要意義。

2系統(tǒng)可視化監(jiān)測設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)分析

設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，主要通過對(duì)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)如何采集、采集的數(shù)據(jù)通過什么進(jìn)行傳輸、傳輸后如何進(jìn)行操作、同時(shí)我們?nèi)绾螌?shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示給果園管理者等這幾個(gè)問題貫穿整體設(shè)計(jì)。在物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)接收方面，采用氣象站采集果園數(shù)據(jù)。氣象站的485串口通信將采集的土壤溫濕度，空氣二氧化碳等數(shù)據(jù)傳給中央控制器STM32芯片，之后通過TCP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。硬件工作完成后，主要對(duì)處理數(shù)據(jù)接收和可視化監(jiān)測進(jìn)行設(shè)計(jì)，在可視化監(jiān)測設(shè)計(jì)中采用B/S架構(gòu)進(jìn)行可視化開發(fā)設(shè)計(jì)，并且采用多個(gè)先進(jìn)的開源框，降低開發(fā)PC端程序的成本，并且極大簡化操作使用。

2.1.1 設(shè)計(jì)先進(jìn)性

設(shè)計(jì)B/S架構(gòu)模式必不可少的是服務(wù)端，本系統(tǒng)采用TP5框架進(jìn)行搭建，使用PHP作為基礎(chǔ)開發(fā)語言。通過簡潔的代碼風(fēng)格，能夠以最少的片段完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)邏輯操作。相對(duì)于Java語言，其不需要安裝Jdk包，只需要在可視化設(shè)計(jì)中搭建PHP運(yùn)行環(huán)境即可，不需要復(fù)雜的包依賴。同時(shí)PHP語言在B/S模式下有許多優(yōu)秀的開源框架，降低了很多設(shè)計(jì)難度。再結(jié)合前端頁面，將果園數(shù)據(jù)以圖表的形式在網(wǎng)頁中顯示，做到果園的可視化監(jiān)測。

2.1.2 設(shè)計(jì)穩(wěn)定性

當(dāng)果農(nóng)在訪問可視化監(jiān)測網(wǎng)頁時(shí)，這些邏輯處理的事件必須有專門的服務(wù)端進(jìn)行處理。所以在Linux操作系統(tǒng)上搭建Nginx服務(wù)器作為Web服務(wù)端，并且使用Mysql數(shù)據(jù)庫。相對(duì)于其他Web服務(wù)器來說，PHP+nginx+mysql搭建的Web服務(wù)器比較穩(wěn)定，可以防止在前后臺(tái)的數(shù)據(jù)交互時(shí)發(fā)生服務(wù)器崩潰，保證可視化平臺(tái)的穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)計(jì)

可視化監(jiān)測設(shè)計(jì)是基于B/S模式下開發(fā)的，就是設(shè)計(jì)一個(gè)可視化監(jiān)測的網(wǎng)頁?？梢暬O(jiān)測設(shè)計(jì)包含果園數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理邏輯的服務(wù)端以及可視化界面模塊。

2.2.1 數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收模塊就是接收果園氣象站發(fā)送的數(shù)據(jù)。在氣象站中采用TCP通訊發(fā)送數(shù)據(jù)，接收模塊也需要TCP通訊協(xié)議進(jìn)行接收。在接收模塊中開通Socket通道，監(jiān)聽服務(wù)端指定端口，判斷在指定端口下連接信息，然后建立通道與氣象站進(jìn)行通訊。通過正則表達(dá)式的形式對(duì)接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行判斷，即用特定字符組成一個(gè)規(guī)則字符串，通過這個(gè)規(guī)則字符串來表達(dá)對(duì)字符串的一種過濾邏輯。判斷數(shù)據(jù)流的頭格式對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行正則截取，將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

2.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

通過上述接收模塊，將硬件傳過來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，需要快速查找所需數(shù)據(jù)的可視化界面。所以數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)如表1所示。

在存儲(chǔ)果園數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)表中建立四個(gè)字段，考慮到將來會(huì)有千萬條數(shù)據(jù)，必須對(duì)數(shù)據(jù)查找進(jìn)行優(yōu)化，防止在select時(shí)完全遍歷千萬條數(shù)據(jù)，所以在建表時(shí)引用了索引，在device_pid，timestamp字段中加入了索引，防止查詢時(shí)間過長，另外，引用索引也會(huì)提高數(shù)據(jù)庫運(yùn)行效率。同時(shí)也建立了硬件設(shè)備的名稱數(shù)據(jù)表，如表2所示。

Wisdom_meta.sql表中主要存儲(chǔ)硬件設(shè)備的地址，氣象站傳感器具體信息，在這個(gè)表中的更新時(shí)段為每十分鐘更新一次。

2.2.3 服務(wù)端模塊

因?yàn)榭梢暬O(jiān)測設(shè)計(jì)采用B/S架構(gòu)，所以必須有服務(wù)端模塊。在開發(fā)過程中采用比較適合服務(wù)端的后臺(tái)語言PHP，通過Nginx開通一個(gè)專門的端口訪問服務(wù)端信息，在Nginx中配置PHP運(yùn)行環(huán)境。在服務(wù)端處理邏輯模塊中采用TP5開源框架，充分利用框架的MVC（模式、視圖、控制器）三層架構(gòu)的方式。如在數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測頁面，建立一個(gè)新的模塊LEbig模塊，在這個(gè)模塊下把用戶的請(qǐng)求信息發(fā)送給后臺(tái)控制器進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，結(jié)合TP5框架，將業(yè)務(wù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把處理結(jié)果通過Json數(shù)據(jù)返回給控制器，同時(shí)將處理的數(shù)據(jù)傳給視圖層進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

2.2.4 可視化界面模塊

在可視化界面中，采用JavaScript包和Echarts圖表的形式組成可視化前端界面，Echarts底層依賴輕量級(jí)的矢量圖形庫 ZRender，提供直觀，交互豐富，可高度個(gè)性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表。在這個(gè)模塊大量使用H5和JS的基礎(chǔ)邏輯，在與服務(wù)端進(jìn)行交互時(shí)采用Query.js中的Ajax方法進(jìn)行異步獲取服務(wù)端數(shù)據(jù)。通過Ajax函數(shù)調(diào)用URL，將HTML中的請(qǐng)求傳遞給控制器，經(jīng)過一系列處理后將以Json的數(shù)據(jù)形式傳遞給Ajax，當(dāng)Ajax獲取到數(shù)據(jù)后，再通過多個(gè)JavaScript進(jìn)行操作，來完成數(shù)據(jù)可視化界面的展示。采用圖表的形式進(jìn)行展示，便于果農(nóng)對(duì)數(shù)據(jù)的查看與分析，在網(wǎng)頁端用的圖表是Echarts組件，通過圖表將數(shù)據(jù)更清晰地展示在果農(nóng)眼前，而且在設(shè)計(jì)中所有的圖表都是動(dòng)態(tài)異步可以進(jìn)行交互的。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及特點(diǎn)

3.1 主要功能

果園用戶需要使用瀏覽器進(jìn)行訪問可視化模塊，這一模塊能把果園的所有信息實(shí)時(shí)展示出來。可視化設(shè)計(jì)中整合數(shù)據(jù)收集以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測界面，通過數(shù)據(jù)可視化界面將數(shù)據(jù)展示到網(wǎng)頁中，讓果農(nóng)能夠更加直接清楚地看到信息化數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)可視化界面的中間為視頻界面，因?yàn)橐曨l模塊沒有接入，所以在頁面顯示中沒有視頻。可視化模塊如圖1 所示。

上圖中包含有數(shù)據(jù)條數(shù)，山東省地圖，設(shè)備分布地圖，視頻，當(dāng)天平度地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，當(dāng)天威海地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，平度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，威海實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)照監(jiān)測數(shù)據(jù)九個(gè)模塊，點(diǎn)擊每個(gè)模塊都可以進(jìn)行入大圖查看模式。

3.2 主要特點(diǎn)

第一，采用B/S架構(gòu)模式，將果園數(shù)據(jù)以圖表的形式展示在網(wǎng)頁中，使用簡單，不需要安裝復(fù)雜的軟件程序，同時(shí)在訪問時(shí)不限制地點(diǎn)，任何地點(diǎn)只要有網(wǎng)絡(luò)就可以訪問。

第二，可視化監(jiān)測模塊展示出當(dāng)天的數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)也有多天，即三天，七天，一個(gè)月，三個(gè)月的數(shù)據(jù)展示，同時(shí)在每個(gè)監(jiān)測模塊中都能夠在圖標(biāo)中通過按鈕查看一個(gè)環(huán)境因素。

第三，在可視化界面中，果園用戶可以直接將圖表下載下來，對(duì)數(shù)據(jù)以折線圖或柱狀圖的形式查看，如圖2所示。

4 結(jié)論

在平臺(tái)設(shè)計(jì)中，主要分為四個(gè)模塊，來自硬件檢測數(shù)據(jù)的接收模塊，能夠保證數(shù)據(jù)不斷存儲(chǔ)，這為我們以后的大數(shù)據(jù)開發(fā)提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邏輯模塊，通過對(duì)存儲(chǔ)邏輯的設(shè)計(jì)提高數(shù)據(jù)讀取速度；基于B/S架構(gòu)的Server端；最后是可視化模塊。在開發(fā)過程中采用多項(xiàng)最新技術(shù)，如大數(shù)據(jù)UI前端設(shè)計(jì)、Ajax跨模塊的異步處理、采用的開源框架。系統(tǒng)的完成，為農(nóng)業(yè)果園數(shù)據(jù)信息注入新的活力，通過可視化監(jiān)測可以讓果園管理者實(shí)時(shí)掌握果樹的生長環(huán)境，這對(duì)以后果園的數(shù)字化管理具有深遠(yuǎn)意義。