芻議Java Web在智慧農業物聯網中的應用

杜朋軒　曹夢川　伍丹　張婷　石志剛

關鍵詞： 智慧農業 物聯網 Java Web 信息技術

中圖分類號： TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0148-04

農業是我國的立國之本，隨著物聯網的應用，智慧農業逐漸成為我國農業未來的發展趨勢。隨著信息技術的發展，物聯網技術也在不斷地進行改革和創新，其強大的動態數據信息分析能力、數據處理能力以及可視化等功能為智慧農業的發展提供了信息化的支持。在智慧農業發展過程中，通過將物聯網技術跟農業生產聯系在一起，為農業構建了一個多維度的信息環境，有效地提高了農業的生產效率，真正實現了農業的智慧化、智能化。物聯網技術有很多種，本文主要是以Java Web 為基礎來探討其在智慧農業中的應用。

1 物聯網的基本概述

物聯網主要是指“物物相連”的互聯網，它是以信息技術為基礎而延伸出的網絡體系，不僅可以人機交互，而且還能將虛擬的世界跟現實世界有效聯系在一起。物聯網的基礎就是互聯網，而物體可以指任何物品，其包含的技術包括傳感技術和射頻識別技術。傳感技術負責物體信息直接的傳輸或者物聯網覆蓋區域信息的傳輸，而射頻識別技術主要用來識別和追蹤物品［1］。

本文研究的Java Web 主要指用Java 技術來解決相關Web 互聯網領域的技術總和。Web 包括Web 服務器和Web 客戶端兩部分，其核心技術包括HTML/CSS 高級技巧、JavaScript 高級、Ajax、jQuery 高級應用和DWR。基于Java Web 的物聯網的系統架構包含3 個層次，即可靠傳遞層、全面感知層及智能處理層。可靠傳遞層主要利用互聯網技術、移動電信網絡技術以及無線傳感網絡技術對信息進行處理，并將處理后的信息進行傳遞。全面感知層主要是用來采集和處理物體的實時信息，在采集和處理時會通過二維碼技術、傳感器和RFID 技術等來進行簡單、便利的操作。而智能處理層主要通過智能化實現人機交互，以此滿足用戶的需求。將Java Web 應用在智慧農業中，可以實現快速、多維、多尺度的信息實時監測，提高農業的智能監控，實現農業的精細化管理。因此，本文以Java Web 技術為基礎來探討物聯網在智慧農業中的應用［2］。

2 智慧農業的基本概述

智慧農業主要指利用信息技術對傳統的農業進行智能化控制，其包含了傳統農業的所有環節，如生產、服務、交易以及管理。通過信息技術將農業生產過程中所有環節產生的數據進行傳播和共享，以此實現農業生產的精準化、高效化管理，同時也能促進農業的降本增效。智慧農業的特點在于智能化，這不僅提高了農業生產的自動化水平，還促進了農業的轉型和升級，并且依托物聯網技術為農業的發展打造了一個多維度的信息環境［3］。

3 基于Java Web 的物聯網在智慧農業中的應用

3.1 智慧農業的功能需求

智慧農業系統包括生產環節、消費者、加工配送環節、零售環節等信息（如表1 所示）。其中生產環節需要有生產履歷編號、田間生產檔案、無公害蔬菜生產標準等；加工配送環節包括農藥殘留檢測、篩選、加工、包裝及條形碼等；消費者包括查詢產品追溯碼、生產履歷信息等；零售環節主要指有出生證的蔬菜。

智慧農業平臺功能結構圖包括3 個層次，即用戶層、業務應用層及數據管理層。其中用戶層包括3 個模塊，即用戶登錄注冊、管理員信息管理和App 掃碼；業務應用層包含3 個模塊，即企業信息子系統、農產品追溯子系統、物聯網監測子系統；數據管理層包括6 個模塊，即用戶信息、企業信息、農產品信息、溯源信息、傳感器信息以及日志分析。具體如圖1 所示。

3.2 基于Java Web 物聯網在智慧農業中的實踐

3.2.1 系統的整體架構設計

根據智慧農業的功能需求，在應用Java Web 物聯網技術中需要將平臺分為3 個子系統，共8 個功能模塊。其中3 個子系統包括企業信息系統、農產品追溯系統及物聯網監測系統。（1）企業信息系統包括用戶信息管理和企業信息管理兩個模塊。用戶信息管理模塊包括用戶信息添加和用戶信息編輯兩個模塊，企業信息管理又包括企業信息添加和企業信息編輯兩個模塊。（2）農產品追溯系統可細分為農產品信息管理和溯源信息管理兩個模塊。農產品信息管理包含農產品信息添加、農產品信息編輯和查看相關溯源信息3 個模塊，溯源信息管理包括溯源信息添加和溯源信息編輯兩個模塊。（3）物聯網監測系統細分為4 個模塊，即實時數據模塊、歷史數據模塊、設備信息管理模塊及智能決策模塊。這4 個模塊又細分成8 個模塊，其中的實時數據模塊包含實時數據顯示和實時數據更新；歷史數據模塊包含歷史數據顯示和歷史數據更新；設備信息管理模塊包含設備信息添加和設備信息編輯；智能決策模塊包括數據分析和智能決策［4-5］。

系統結構分為六層，即用戶層、View 層、業務層、數據操作層、數據層、系統支持層。用戶層包括游客、管理員以及App 掃碼3 個模塊，可以通過這3 個模塊進行訪問。View 層包括JSP 頁面、CSS 問卷、JS 問卷及圖片等，當訪問用戶層時就會接觸到View 層。業務層，就是上文提到的該系統的8 個模塊，View 層的信息會將業務層的信息進行分發和處理，最終的處理結果也會最終反饋到View 層。數據操作層連接數據層和業務層，其包括ORM 映射、增刪改查、存儲過程和事務模塊，可以對數據層進行操作和管理。數據層主要是數據庫。系統支持層包括3 個模塊，即集成開發環境、版本控制及操作系統，這是該系統的底層［6］。

3.2.2 系統Web 的配置

在應用過程中采用重寫的方式對Web 進行配置，具體情況如表2所示。在配置過程中，如果是getServletMappings（），那么就需要將一個或者多個路徑映射到DispatchServlet 上，實現路徑“/”；如果是getServletConfigClasses（），配置內容用上下文中的bean 來定義DispatchServlet；如果是getServletConfigFilters（），配置內容則為設置編碼過濾器來實現CharacterEncodingFilter。

3.2.3 基于Java Web 物聯網技術在智慧農業監管領域中的應用

應用Jave Web 物聯網技術在智慧農業中主要是使用Java Web 與物聯網技術進行數據采集和設備控制，通過應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）或軟件開發工具包（Software DevelopmentKit，SDK）與傳感器設備進行通信，并且基于收集到的數據，使用JavaWeb 的數據分析和機器學習庫進行農作物生長預測，提供智能化的農作物管理建議。如對生態環境的監測和管理，可以實時監測場所中的溫度、二氧化碳總量（CO2）等數值是否超標，監測噪聲是否過大、土壤的養分是否達標、大氣環境和水環境等是否達標、產量如何、品質如何及植保情況等，并且通過LED顯示屏將監測到的這些數據實時進行反饋，以便相關人員對農田的生態環境進行評估。這樣相關人員才能及時發現影響因素、有害物質，并提前做好防護和改善措施，以保證農產品的高效、安全生產［7-8］。如果一些微生物、重金屬離子等對農產品的生長帶來危害，那么通過物聯網技術的應用可以有效對農作物的生產進行管理。設置安防監控子系統可對農作物的倉儲進行監測，監測是否有火焰、煙霧、紅外對射裝置等，當出現以上情況時報警燈就會亮起，并且實時反饋到監測平臺上。

3.2.4 基于Java Web 物聯網技術在智慧農業生產中的應用

在智慧農業生產中，人們可以利用無線傳感技術對農業的生產進行監測和管理。無線傳感技術會結合農業生產中的施肥、灌溉及松土等實際情況給出相應方案，為智慧農業的生產提供數據參考。如應用JaveWeb 物聯網技術進行智能灌溉和施肥控制，會基于農田環境監測數據和農作物需求，對農作物生長的濕度、光照等數據進行監測，實現智能化的灌溉和施肥控制系統。使用JavaWeb 物聯網技術與灌溉設備和施肥設備進行通信，控制水源和肥料的供應。如應用JaveWeb 物聯網技術建立智慧農產品溯源系統，該系統可以包括兩個模塊，即用戶模塊和管理員模塊。其中用戶模塊又細分為注冊、登錄、個人中心、訂單信息管理4 個模塊，而管理員模塊又細分為個人中心、用戶管理、農產品類型管理、農產品管理、訂單信息管理及系統管理6 個模塊。在農產品管理模塊中可以看到農產品的編號、產品名稱、溯源編號、圖片、出產地、數量和價格等信息，管理員登錄后可以對這些信息進行修改、添加及刪除等操作。在訂單信息管理中，管理員可以看到訂單編號、訂單產品名稱、訂單產品類型、總金額、用戶名、姓名、手機號、購買時間及是否支付等內容［9］。

3.2.5 基于Java Web物聯網技術在智慧農業病蟲害防治中的應用

在智慧農業發展中，病蟲害防治工作是非常重要的一項工作，是農民增收、農產品增量的保障。基于JavaWeb 物聯網技術的應用可以對其進行定位，建立一個定位系統，應用衛星遙感技術對農作物進行精準監測，發現問題及時分析和解決。當監測到有病蟲害時，定位系統可以自動且精準地噴灑農藥，這既提高了農藥的利用率，也降低了病蟲害的防治成本，進而實現了智能化的病蟲害防治目的。例如：應用Jave Web 物聯網技術將害蟲和病害預警與防控結合，通過圖像識別和數據分析技術，實現害蟲和病害的自動識別和預警功能。另外，開發預警系統，通過推送或短信方式提醒農民進行防治［10］。

3.2.6 基于Java Web物聯網技術在智慧農產品銷售中的應用

基于Java Web 物聯網技術可以為農產品的銷售打造一個網絡銷售渠道，該渠道可以提供產、供、銷統一的服務。這不僅可以增強消費者對農產品的信任，還能為品牌樹立良好形象。同時農產品安全溯源系統，提供了農產品的生產、加工、運輸、倉儲及銷售等各種服務，保障了農產品的質量與安全，也增強了消費者的購買欲望。例如，應用Jave Web 物聯網技術建設智慧農業銷售平臺，該平臺可以分為3 個模塊，即農戶模塊、用戶模塊及管理員模塊。農戶模塊包含主頁、個人中心、訂單管理及產品信息管理；用戶模塊包含首頁、產品信息、產品咨詢、用戶反饋、個人中心、后臺管理、購物車、在線客服；管理員模塊包含主頁、個人中心、用戶管理、農戶管理、產品信息管理、產品類型管理、用戶反饋、系統管理、訂單管理［11］。

4 結語

綜上所述，智慧農業主要是利用信息技術對農產品的生產、服務、交易和管理等進行智能化控制，以此實現農產品的高產增效。基于Java Web 物聯網技術的應用，通過“物物相連”的方式，將智慧農業打造成一個網絡體系。該體系不僅可以人機交互，而且還能將虛擬的世界跟現實世界有效聯系在一起。例如：可以在智慧農業的監管領域對農田環境指標進行實時監測、采集、分析及控制；可以在病蟲害預警中，通過數據和圖像相結合的方式自動識別病蟲害，并觸發預警系統提醒農民進行病蟲害的防治；還可以應用在智能灌溉和施肥控制中，通過對農田環境數據的監測，結合農作物生長的需求對其進行智能化的灌溉和施肥控制。