基于物聯網技術的農業氣象觀測系統的研究與設計

胡躍鑫+王長濤

摘要：文章首先分析了基于物聯網開展農業氣象觀測系統設計的整體結構構建，結合使用功能來進行。在此基礎上重點探討設計的流程以及軟件使用功能，從數據信息傳輸穩定性提升以及增強探測器精準度兩方面內容開展，為農業生產提供穩定的氣象數據，降低氣象問題造成的農業損失。

關鍵詞：物聯網技術；農業氣象觀測；軟件設計

一、基于物聯網的農業氣象觀測系統的總體設計

應用互聯網技術進行農氣象觀測軟件設計，首先需要定一個設計框架結構，在框架結構基礎上進行后續的填充設計，實現對氣象數據的全面檢測。其中計算機設備能夠對系統運行過程中搜集到的信息進行保存，并錄入到數據庫中，作為歷史數據來為農業氣象觀測提供參照依據。不同監測區域內會使用探測器對實時動態信息進行監測，設計期間會針對信息傳輸更新時間做出計算，這樣在最終的控制效果上也會更理想。整體框架結構分別負責不同的功能層，根據所得到的數據信息來進行內部控制檢測，傳輸管理指令。由于氣象環境是不斷變化的，因此觀測系統要確保探測器的靈敏程度，確保信息傳輸能夠達到實時更新，這樣系統功能投入使用后在功能上才能夠滿足農業發展需求。系統的終端是由農戶手機構成的，在總控制中心會針對探測設備得到的信息進行傳輸，進入到計算機設備的分析系統中，將其匯編成為一種手機軟件可以顯示的信息，通過信息傳輸信息將其傳輸到用戶的手機中，實時反映農業生產區域的氣象變化，便于農民根據氣象反饋對所種植的農作物品種進行選擇，并合理的預防氣象災害。

二、氣象觀測無線傳感器網絡設計與實現

1、氣象觀測無線傳感器系統設計

軟件控制系統部分具有靈活性，可以根據使用需求進行設計調整，軟件控制是對硬件進行指令傳輸的，能夠幫助氣象監測系統適應不同區域的環境特征，并將氣候所帶來的干擾影響降至最低。在傳輸信道的設計中，要確保信號傳輸是獨立進行的，彼此之間不存在干擾，這樣在信息傳輸過程中也能提升最大控制能力，使氣象觀測系統能夠獨立運行，并達到最理想的控制效果，當前一些比較常見的設計問題，在系統控制中也均能夠得到更新。控制系統設計屬于軟件設計，需要建立一個基礎的信息傳輸框架，這樣才能夠幫助提升傳輸效果，提升數據信息的處理能力，達到一個更理想的管理效果。綜合氣象監測過程中所遇到的變化，作為數據庫建立的參照依據，更快速的完成設計任務。

2、氣象觀測無線傳感器的網絡設計

網絡設計是其中比較重要的內容，也是信息傳輸的基本框架，在對其進行設計時，首先需要根據所需要傳輸的信息需求量來建立接入點，為后續所開展的信息傳輸建立一個穩定的基礎環境，并觀察是否能夠幫助提升信息的傳輸效率，發現問題后及時的調整，幫助提升系統運行以及最終的控制質量，對農業生產種植區域內的氣象變化進行全面監管控制。對于設計方案中需要優化的部分，充分采取這種方法，也能幫助更好的解決，實現管理控制效果的提升，對于氣象觀測中的傳輸網絡設計，更要體現出信息傳輸的高效，在軟件中對網絡信息進行防護處理，將網絡病毒的影響降至最低，避免網絡病毒對數據庫攻擊影響到信息的安全使用。網絡設計是與軟件結合進行的，對于設計過程中的多個項目探討，應該充分采取這種預防方法，提升網絡信息傳輸的高效性，同時更應該確保其中的質量安全，發現問題后及時的采取解決方案，避免類似問題再次出現。

三、氣象觀測數據服務中心軟件架構及關鍵程序設計與實現

1、軟件架構設計與實現

軟件設計是針對程序框圖部分的完善來進行的，觀察程序框圖中是否存在可以優化的部分，充分采取優化方案。確定程序框圖后，對各個框圖的功能進行填充，并嚴格按照所填充的內容進行具體的構建，使用匯編語言來編寫相關的功能，為氣象觀測信息傳輸建立一個穩定的軟件環境。在此基礎上觀察是否存在需要繼續強化解決的內容。軟件程序框圖構建后，具體的實現仍然需要參照實際觀測環境，將氣象變化特征體現在其中，并通過這種方法來繼續深入解決當前常見的問題，為管理計劃開展創造穩定的條件。軟件程序可以對硬件部分進行控制，根據現場觀測得到的信息傳輸需求來進行，避免在軟件功能與硬件對接過程中出現銜接問題。軟件設計可以借助網絡平臺來下載一些資源，進而達到更理想的設計效果，系統正式使用后也需要借助網絡平臺來對信息進行傳輸共享。將信息的傳輸速度與網絡調節融合在一起，共同進行軟件方面的設計，最終的設計效果也會有明顯提升。對于農業氣象觀測系統，構建過程中一項重要的任務是對使用終端進行完善，體現在結構設計中。氣象數據糾正及融合處理程序主要根據ZigBee 網絡獲取的數據和市級氣象服務器上獲取的區域天氣數據進行數據融合對觀測到的氣象數據進行修正處理，然后存入到MySQL數據庫中。

2、關鍵程序模塊的設計

關鍵程序模塊的設計，包括氣象變化探測系統，對這一部分的控制軟件的設計，需要進行一個控制參數之間的聯系體系建立，并對所設計的控制軟件進行試驗檢測，技術人員模擬出網絡環境中存在的攻擊，并通過這種方法來幫助完善當前的設計方案，發現數據庫受到破壞的現象，及時建立起聯系，繼而實現整體管理效果的提升，模塊設計可以從關聯性建立層面來進行，構建各個功能層之間的軟件聯系，這樣在運行使用中能夠將信息共同傳輸到總控制中心中，避免受到參數誤差的影響，導致氣象觀測結果不理想，影響到農業生產。設計過程中主要完成的軟件模塊包括 Zigbee 網絡數據交換、氣象數據糾正和融合處理、市級氣象服務器數據交換和 web發布及應用服務器 4個部分的設計。

3、氣象數據糾正及融合處理程序設計實現

氣象數據由于環境問題或者是受到參數分析的影響，對于氣象的預測結果很容易產生誤差，這種誤差會隨著時間發展而減小，在系統設計中需要將這種誤差縮減體現在其中，也就是自動化參數誤差調節。其處理程序功能的實現，是根據所更新得到的數據進行重復計算，綜合計算結果，并選擇其中的平均值，這樣更接近真實情況，對氣象變化的描述也更符合實際變化。技術人員要定期對探測裝置進行模擬檢驗，觀察所傳輸到總控制中心的數據是否與實際情況是一致的，并通過程序匯編來對控制功能做出調整，提升最終控制功能的穩定性。

4、web發布及應用服務程序設計實現

這一功能實現需要與網絡相互結合，實現通過網絡來對觀測得到的數據信息快速傳輸，可以不受時間以及距離的影響，提升最終的傳輸速度。設計環節中主要是對網絡系統的一個綜合構建，充分利用網絡平臺來進行數據資源開發利用，農民需要對氣象信息進行連接時，通過網絡環境也能更高效的實現，信息獲取渠道增多后，對提升信息結構的準確程度也有很大幫助。當前的設計方法是通過結構框架來帶動程序功能實現的。

結語：農業氣象應用系統的智能化精準化還處于起步階段，仍有很大的發展空間，很多地方還有待完善。對于操作界面來說，可以融入心理學方面的知識來制作更符合人們心里需求的、更為美觀方便的操作界面；對于前端采集系統來說，可以增加更多的采集要素，并加強精度，從廣度和深度上使采集的數據更為準確全面；對于后端管理軟件來說，可以將氣象大數據融入進來，使其提供更深層的氣象服務功能。

參考文獻：

[1] 江武志. 基于物聯網技術的農業信息智能監測系統研究與設計[J]. 工業設計， 2016（9）：174-176.

[2] 吳衛祖， 劉利群， 徐兵，等. 基于物聯網的水產養殖氣象災害監測與預警模型研究[J]. 電子技術與軟件工程， 2017（5）.