基于移動終端的數字果園管理系統

白云鵬，張玉新，趙 洋，苑侗侗，魏倩文

（河北農業大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071001）

基于移動終端的數字果園管理系統

白云鵬，張玉新，趙 洋，苑侗侗，魏倩文

（河北農業大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071001）

數字果園管理系統是一款面向果園管理的數字化精準果樹管理系統。以單株果樹為最小管理單元，創新性地引用現代移動設備，錄入對象編號即可獲取相關信息，從而決定采取何種管理措施。系統配備了遠程監控組件，可隨時觀察果園動態，通過Socket網絡編程技術，還可以實現果樹管理人員之間的內部通信。系統軟件開發環境為Netbeans 8.1，數據庫管理系統選擇SQL Server 2014，媒體處理系統使用JMF 2.11e，界面管理采用Swing，實現了用戶管理、果園管理、果樹管理、果樹日志管理4個模塊的數據管理。使用本系統進行專家模式精準管理，能夠快捷、簡單、準確地記錄和查詢有關果樹的一切信息，適合非信息技術專業人員使用，可以耗費最少的人力實現果園的智能化管理。

移動終端；數字果園；Java技術

種植業歷來是我國農業的基礎產業，根據業界分析，20世紀80—90年代果品總產量正增長達到10%和13%，21世紀初仍舊保持著5%以上的增長。果品種植在農業中已經成為僅次于糧食、蔬菜的第三大種植產業。隨著第三次信息革命的快速發展，傳統果樹管理的方式逐漸顯示出管理效率低下的弊端，越來越難以適應市場化經濟時代的迅速發展，如表1所示。

表1　果園和果樹屬性表

近幾年，許多高校對于數字果園技術領域進行了較為系統的研究，比如，太原理工大學借助分布式GPS數據采集系統等，提高了柑橘種植管理效率。中國農業科學院基于傳感器技術、嵌入式技術和無線通信技術等，設計了基于3G網絡的蘋果園環境監測系統。所以，在DT發展的現實趨勢下，數字果園技術將會使果園的管理更加數字化、系統化，進而改善和提高果園的整體效益。

1　數據庫設計

鑒于本系統所需要的數據存儲容量暫時達不到大型企業級的容量需求，而且本系統的數據使用又不像一般小公司那樣簡單，所以采用維護簡單、性價比高、容易操作的中型數據庫管理系統SQL Server 2014 Enterprise。SQL Server數據庫將勞動者（管理員），固定資產（果園），生產資料（果樹）有機地結合在了一起，充分發揮了關系型數據庫處理快速、高效、敏捷的優勢，同時融合了3大信息系統：事務處理系統（TPS）、信息管理系統（MIS）、決策支持系統（GSS）的精華部分。采用搭載有JVM環境的平板進行日常維護果樹的信息錄入，充分發揮了TPS便捷的優勢，同時對數據的綜合查詢體現了MIS信息管理有效的優勢，能夠幫助管理人員根據數據分析出下一步將需要進行什么樣的維護操作，極大限度發揮出了GSS綜合分析的優勢。

1.1 概念數據模型設計

E/R關系模型應用在程序設計中的變量表示為9個數據表格，以果樹（fruiter）為中心聯系到果園（orchartist）、果農（orchard）、果實（fruit）、農藥（pesticide）、澆水（water）、施肥（fertilizer）、蟲害（pest）、品種（species）這幾個實體集。如圖1所示，此種結構清晰明了、穩定、無冗余，符合魯棒性原則。

1.2 對象關系模型設計

本文列舉其中兩個較為重要的屬性表：果樹（orchardist）、果實（fruit）。果樹是最為核心的數據表，其它任意實體都可以通過果樹關聯到其它實體，果實又是反映產量和管理效果的關鍵，通過果園劃分出了不同區域不同品種的對比。

2　主要功能設計

圖1　概念數據模型結構

本文依據跨平臺的Java技術，參考MVC（模型-視圖-控制）開發模式，并結合Socket，JFM，Swing，JDBC等開發工具，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時狀況問題，設計了綜合性的果園信息管理和交流平臺，具有便捷的員工內部通信功能、實用的Remote-control功能。這樣，即使果農不在果園中，也能掌握最新的果園動態并便利地與其他管理人員進行溝通，在節省管理時間的同時，提高了管理的效率。同時，處在DT時代，根據大數據的5V特點：Volume（大量），Velocity（高速），Variety（多樣），Value（價值），Veracity（真實性），設計了安全、可靠且高效的DBMS，將果園管理數字化、客觀化，不僅彌補了傳統人工記錄信息既低效又粗糙的缺點，同時，通過大數據技術，又可以為果農提供最精確、客觀、真實、有力的數據參考，使農民的效益最大化。

2.1 企業內部通信系統

此企業內部通信系統是專門為果園管理者進行內部通信使用的，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一套安全、便捷、可供通信的程序。當果農登錄此果園管理系統時，便可點擊其功能模塊，享受便捷的溝通。

本系統基于傳統Java平臺，應用SQL Server 2014作為后臺數據庫處理系統，應用網絡Socket編程技術，將整個軟件設計成C/S結構的客戶端與服務器端軟件，客戶端界面友好，適合日常使用。當兩方要進行通信時，首先都與服務器進行TCP鏈接，確定在線狀態，一旦獲取在線名單，便可選擇相應人員進行UDP通信，通信全過程，服務器端不干涉，使信息快速接收和發送，本軟件由于尚處于內部使用階段，所以還未加入普通用戶管理功能。

2.2 實時監控系統

實時監控系統是整個系統中一個重要的功能模塊，主要是使果農對大果園的管理更加容易，不必花費大量的人力去現場查看果樹的生長情況，使得管理的效率大大提升，同時也提升了現代化管理水平。

本軟件采用JMF多媒體編程技術與Java平臺完美契合，使得攝像監控工作從驅動到采集都展現出出色的品質，不僅能提供實時監控的功能，而且能夠將捕捉到的畫面壓縮編碼成圖片和視頻，保存以供日后調查。程序將視頻的實時捕捉和采集分成了兩類，分別承擔不同的任務，當在基本種植淡季無需進行視頻捕捉時，可利用輕量級的視頻監控進行果園的實時監控，節省硬件資源發揮更高的效力。監控界面配合使用SWING設計技術把圖像完美嵌入到使用者的眼前。

3　項目可行性分析

3.1 現階段的數字果園

與果農手動人為的管理方式相比較，現階段的數字果園系統地實現了對果園的科學化管理。通過果樹日志管理將樹種施肥（后臺數據庫）、空間信息（GIS系統）等，進行專家式精準管理。對所有果樹的種植生長信息進行全面地記錄，對每一個果農以及管理人員進行工作信息的記錄，這些數據都將為未來的數字果園大數據平臺提供可能，為云計算農業鋪平道路。

3.2 未來研發方向

在果園中配備裝載有物聯網操作系統的計算機，該計算機將為實現遠程配置、遠程診斷、遠程管理等數字果園管理任務提供最堅實的基礎。這里將包含常見的遠程操作特性，如遠程修改設備參數、遠程查看運行信息等。

在果園中搭建完善的網絡功能，果園的專屬網絡將支持完善的TCP/IP協議棧，包括對IPv4和IPv6的同時支持。它的協議棧要具備靈活的伸縮性，以適應裁剪需要。同時也支持豐富的IP協議族，比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等協議，以適應智能終端和安全可靠性要求高的遠程管理。

參考物聯網工程，整個果園將實現無線網絡內置功能。終端將支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共網絡的無線通信功能，更將支持ZigBee/NFC/RFID等近場通信功能，實現果樹與終端機的交互功能。

支持WLAN/Ethernet等桌面網絡接口。而且這些協議能夠互相轉換，能夠從一種協議獲取的數據報文，轉換成另外一種協議的數據報文并發送出去。這樣將實現語音通信和視頻通信，將果園的信息實時地傳輸到果樹管理控制中心。

3.3 數字果園的總體研發階段分析預測

第一階段，基于人工的傳統管理方式。

第二階段，基于移動終端的數字化人工管理階段。

第三階段，基于物聯網的人工控制管理方式。

第四階段，基于大數據平臺與人工智能的自動化管理階段。

4　結語

農業信息化絕對是科技發展大背景下的趨勢，數字果園的發展也將會一步一步前進。人們總是在思索中探尋未來的道路，本系統是承前啟后的信息科技產物，必將在其功能的不斷完善和結構的不斷更迭中發展。其提供的數據入口，也將帶動其他學科不斷前進與發展。

［1］尉哲明，冀素琴.基于Java的綜合課程設計［M］.北京：清華大學出版社，2014.

［2］孫晨霞.Java程序設計［M］.北京：北京郵電大學出版社，2006.

［3］王睛，王建華.新編關系數據庫與SQL Server 2008［M］.北京：清華大學出版社，2013.

［4］孫晨霞，數據庫應用技術［M］.北京：北京郵電大學出版社，2010.

［5］劉燕德，周衍華.數字化果園信息采集方法的研究進展［J］.中國農機化學報.2014（2）：70-71.

［6］張會霞，陳宇暉.“數字果園”GPS數據采集系統的設計與實現［D］.廣州：廣東農業科學.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項目開發全景實錄［M］.北京：清華大學出版社，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：計算機應用技術研究。

大學生創新創業訓練計劃項目；項目編號：2015052。河北農業大學中青年骨干教師境外研修項目；項目編號：2015。