基于大数据的智慧香菇平台开发与设计_吴爽.pdf

2024年12期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧三农 基于大数据的智慧香菇平台开发与设计 吴 爽 冯诗瑶 南阳职业学院 河南 南阳 473000 香菇作为一种重要的食用菌 具有丰富的营养价值 和广泛的市场需求 然而 传统的香菇种植方式存在着 生产周期长 产量不稳定 病虫害防治困难等问题 近些 年 频发的极端天气 如夏季气温偏高 冬季出菇时气温 偏低或出现连阴天气等 均会对菌棒的生长管理 香菇 的品相产生致命影响 小则收益缩水 严重则颗粒无收 严重影响菇农的种植效益 同时又严重制约香菇的高质 量发展 而采用物联网 云计算 大数据等现代信息化技 术 开发智慧香菇平台 为香菇种植 生产 加工等环节 提供了全新的解决方案 1 本文旨在探讨采用大数据 物联网 云计算等现代 信息化技术 开发智慧香菇平台 对香菇的种植环节进 行有效跟踪 实现对香菇种植的精细化管理 为香菇种 植提供科学 高效的解决方案 推动智慧农业的发展 促 进农业的可持续发展 1 智慧香菇平台的概述 1 1 大数据在农业领域的应用 1 1 1 大数据对农业生产的影响 随着信息技术的快速发展 大数据在农业领域的应 用日益广泛 大数据的引入为农业生产带来了巨大的变 革 大数据可以通过对农田土壤 气象 水质等多种数据 的采集和分析 为农民提供准确的农业生产指导 帮助 他们更好地管理农田和农作物 大数据可以通过对农产 品市场需求 价格波动等数据的分析 为农民提供科学 的决策依据 帮助他们合理安排生产和销售 2 大数据还 可以通过对农业生产过程中的病虫害 气候变化等因素 的监测和预警 提前发现问题并采取相应措施 从而降 低农业生产风险 1 1 2 大数据在香菇种植中的潜力 香菇作为一种重要的食用菌 具有丰富的营养价值 基金项目 河南省高等学校重点科研项目计划支持 24B520028 第一作者简介 吴爽 1987 女 硕士 讲师 研究方向为数据挖掘 生物信息计算 摘 要 该文旨在探讨基于大数据的智慧香菇平台的开发与设计 介绍大数据在农业领域的应用 重点分析大数据在香菇种植中 的应用潜力 详细介绍智慧香菇平台的架构设计 采用大数据 物联网 云计算等现代信息化技术 开发智慧香菇平台 实现对香菇种 植的精细化管理 为助力智慧农业发展提供技术支持 通过该文的研究 可以实现对香菇种植环节的精细化管理 增产增效 缩减成 本 为菇农安全 高效生产保驾护航 既增加菇农收益 缩减开支 同时也助力香菇种植突破产业瓶颈 实现跨越式 高质量发展 助力 乡村振兴 关键词 大数据 智慧香菇平台 智慧农业 物联网 精细化管理 中图分类号 F323 文献标志码 A 文章编号 2096 9902 2024 12 0007 05 Abstract This article aims to explore the development and design of a smart mushroom platform based on big data Introduced the application of big data in the agricultural field with a focus on analyzing the potential application of big data in mushroom cultivation This article provides a detailed introduction to the architecture design of the Smart Mushroom Platform which adopts modern information technologies such as big data Internet of Things and cloud computing to develop the Smart Mushroom Platform and achieve fine management of mushroom cultivation providing technical support for the development of smart agriculture Through the research in this article it is possible to achieve refined management of the mushroom cultivation process increase production and efficiency reduce costs and safeguard the safe and efficient production of mushroom farmers This not only increases the income of mushroom farmers reduces expenses but also helps mushroom cultivation break through industry bottlenecks achieve leapfrog and high quality development and assist in rural revitalization Keywords big data smart mushroom platform smart agriculture Internet of Things fine management DOI 10 20028 j zhnydk 2024 12 002 7 2024年12期智慧三农 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 和广泛的市场需求 然而 传统的香菇种植方式存在着 生产周期长 产量不稳定 病虫害防治困难等问题 大数 据技术的引入为香菇种植带来了新的机遇和挑战 通过 对香菇种植过程中的温湿度 CO 2 浓度 光照强度等关键 指标的实时监测和分析 可以帮助农民精确控制环境条 件 提高香菇的产量和质量 大数据还可以通过对香菇 种植过程中的病虫害 疾病传播等因素的监测和预警 帮助农民及时采取防治措施 减少损失 1 2 智慧农业与智慧香菇平台的关系 1 2 1 智慧农业的概念与特点 智慧农业是指运用先进的信息技术和大数据分析 方法 实现农业生产的智能化 自动化和精细化管理 智 慧农业的特点主要体现在以下几个方面 数据化 智慧 农业以数据为核心 通过传感器 监测设备等采集农业 生产数据 对农作物生长 土壤状况 气象变化等进行实 时监测和分析 为农业生产提供精准的数据支持 精准 化 利用大数据 云计算等技术手段对农业生产过程进 行精准管理 实现精准施肥 精准灌溉 精准防病等操 作 提高农业生产效率和质量 自动化 智慧农业将自动 化技术应用于农业生产过程 实现农业机械化 智能化 和自动化 减轻农民的劳动负担 提高生产效率 生态 化 智慧农业注重生态环境保护 通过优化种植结构 合 理施肥 科学管理等手段 实现农业可持续发展 保护土 壤 水资源等生态环境 智能化 利用人工智能 机器学 习等技术手段 对农业生产过程进行智能化管理和决 策 提高农业生产效率和管理水平 通过运用大数据技 术 智慧农业可以实现对农田土壤 气象 水质等多种数 据的实时采集和分析 为农民提供准确的农业生产指 导 智慧农业还可以通过对农产品市场需求 价格波动 等数据的分析 为农民提供科学的决策依据 1 2 2 智慧香菇平台的定义与功能 智慧香菇平台是基于大数据技术开发的一种专门 用于香菇种植管理的平台 该平台通过对香菇种植过程 中的温湿度 CO 2 浓度 光照强度等关键指标的实时监测 和分析 帮助农民精确控制环境条件 提高香菇的产量 和质量 智慧香菇平台核心功能目标是实现实时监测 自动 化及科学管理 大数据收集 分析 决策 远程智能控制 使 得香菇种植管理方便快捷 核心目标如图1所示 该平台的功能描述如下 实时监测 能够对香菇种 植过程实现24小时监测环境信息 包括温湿度 CO 2 浓 度 光照强度 培养质情况等 监测信息同步呈现到控制 平台上 以数字 曲线图形式反馈 用户登录控制平台 即 可直观反映食用菌的生长环境和动态 自动预警 支持 用户设置监测阈值 预警方式 包括短信 邮件 微信 自 动电话等方式预警 设置后系统以设置的方式向用户发 送预警信息 或自动语音通话 能对香菇种植基地的空气 温湿度 CO 2 浓度 光照强度等环境参数超限 控制设备异 常等情况 进行预警通知 还可以对香菇种植过程中的病 虫害 疾病传播等因素进行监测和预警 帮助农民及时采 取防治措施 减少损失 远程控制 香菇种植基地的风 机 喷雾 灯光等装置均已接入智慧香菇平台 平台支持 预先设定管理准则 设备启动阈值 以及各项控制参数 平台根据设定的阈值参数及与现场监测参数的偏差以及 环境实时变化进行计算 实现自动控制设备的开关条件 实现自动通风 补 遮光 加湿 以保证香菇生长所需的适 宜环境 同时也支持手机 电脑 平板等终端设备的智慧香 菇平台的人工手动控制 参数及权限设置 参数设置 环 境监测参数 设置温度 湿度 光照 CO 2 浓度等环境因子的 阈值范围 香菇生长参数 根据香菇品种和生长阶段 设置 不同阶段的生长周期 条件 管理规则 报警参数 设置监测 数据超出阈值时的预警方式和预警频率等 权限设置 用户 角色 定义不同的用户角色 如管理员 工人 农业专家等 并分配相应的权限 数据访问权限 设置角色对平台数据的 访问权限 设备控制权限 分配角色对监测设备的不同控制 权限 如启动 停止 校准等 系统操作权限 平台配置 参数 设置等高级功能设置 数据信息分析 管理 包括 各项监 测数据的分析 香菇种植趋势分析等各种分析 数据存储 查询 下载 打印等 此外 智慧香菇平台还具有智能决策 优化 以及拓展功能 可以根据智能决策建议 为菇民提供 种植计划和香菇销售策略 以及具备功能拓展 不断改进升 级系统 提高经济效益和社会效益 图1 智慧香菇平台的目标 2 智慧香菇平台的架构设计 2 1 物联网智能控制系统 系统分为4层架构 如图2所示 分别是感知层 传 输层 平台层和应用层 其中感知层主要是依托于各类 传感器对香菇生长的各项环境指标进行监测以及通过 实时监测 科学管理 自动化管理 大数据收集 远程控制 方便快捷 8 2024年12期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧三农 继电器对大棚内的各类设备进行控制 比如 温湿度传 感器 光照传感器 气体传感器等 传输层是依托Wi Fi 4G 5G NB Iot 无线网络通信协议 Zigbee 无线网络通 信协议 等技术将传感器数据传给平台层 并能传输平 台层下发的各项控制指令 平台层是物联网云平台 主 要用来管理各类传感器和设备数据 以便应用层可以对 数据进行整理 存储及分析 应用层是依托平台层设计 的物联网控制软件 面向的对象是香菇生产企业 合作 社以及菇农 可以通过控制软件实现香菇生产的精细化 管理 节能增效增产 图2 智慧香菇平台架构 2 2 数据采集与传输模块 2 2 1 传感器技术在香菇种植中的应用 为了实现对香菇种植环境的实时监测 智慧香菇平 台需要采集多种关键指标的数据 3 其中 温度 湿度 CO 2 浓度和光照强度是影响香菇生长的重要因素 为了准确 地获取这些数据 可以使用各种传感器技术 例如 温度 和湿度可以使用温湿度传感器进行监测 CO 2 浓度可以 使用CO 2 传感器进行监测 光照强度可以使用光照传感 器进行监测 这些传感器可以将采集到的数据转化为电 信号 并通过无线或有线方式传输给智慧香菇平台 2 2 2 数据传输与存储方案的选择 为了保证数据的及时性和准确性 智慧香菇平台 需要选择合适的数据传输与存储方案 对于数据传输 可以选择无线传输技术 如Wi Fi 蓝牙或LoRaWAN LoRa Wide Area Network 是基于LoRa射频技术构 建的一种低功耗 广域通信协议 用于连接和管理广域 范围内的LoRaWAN设备 等 以实现数据的实时传输 对于数据存储 可以选择云存储技术 将采集到的数据 上传至云服务器进行存储和管理 云存储具有容量大 可扩展性强 数据安全性高等优点 可以满足智慧香菇 平台对大量数据的存储和处理需求 2 3 数据处理与分析模块 2 3 1 大数据处理技术的选择 智慧香菇平台需要处理大量的数据 因此需要选择 合适的大数据处理技术 4 常用的大数据处理技术包括 分布式存储系统和分布式计算框架 分布式存储系统可 以将数据分散存储在多个节点上 提高数据的存储和访 问效率 分布式存储系统还具有数据冗余和容错机制 以确保数据的高可用性和可靠性 常见的分布式存储系 统包括HDFS GFS Ceph和GlusterFS 分布式计算框架 可以将数据分布式地进行计算和分析 通过提供编程模 型和API 应用程序编程接口 提高数据处理的速度和 效率 常用的分布式计算框架包括Hadoop 基于内存的 分布式计算框架Spark 基于流处理和批处理的分布式 计算框架Flink和批处理和流处理数据Beam等 分布 式存储系统与分布式计算框架通常结合以构建一个完 整的大数据处理和分析平台 例如 HDFS 与 Hadoop MapReduce或Spark结合使用 以存储和处理大规模数 据集 Ceph或GlusterFS与其他分布式计算框架结合使 用 以满足特定的数据处理需求 2 3 2 数据分析算法的设计与优化 为了从采集到的数据中提取有价值的信息 智慧香 菇平台需要设计和优化数据分析算法 5 可以使用统计 分析方法对数据进行描述性统计和趋势分析 了解香菇 生长环境的变化规律 可以使用机器学习算法对数据进 行建模和预测 选择合适的机器学习或深度学习模型进 行训练 例如 可以使用回归模型来预测香菇生长周期 产量等连续变量 使用分类模型来识别病虫害发生的风 险 或者使用聚类模型来分析不同生长条件下的香菇品 质差异 在模型训练过程中 需要采用合适的优化算法 和损失函数 以确保模型的准确性和泛化能力 通过交 叉验证 绘制学习曲线和混淆矩阵等方法来评估模型的 性能 根据评估结果 对模型进行调参和优化 以提高预 测精度和鲁棒性 此外 还可以使用集成学习方法 如随 机森林 梯度提升树等 来结合多个模型的优点 进一步 提高性能 还可以使用数据挖掘算法发现隐藏在数据中 的规律和关联性 为决策提供支持 3 智慧香菇平台的功能实现 智慧香菇平台的功能模块设计如图3所示 3 1 实时监测与预警功能 3 1 1 温湿度监测与控制 智慧香菇平台通过温湿度传感器实时监测香菇种 应用层 平台层 传输层 感知层 传感器 网络 处理单元 应用 9 2024年12期智慧三农 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 植环境的温度和湿度 通过采集到的数据 可以分析香 菇生长所需的最适宜温湿度范围 并与实际环境数据进 行对比 如果温湿度超出了合理范围 智慧香菇平台会 发出警报并自动调整环境条件 例如启动降温设备或增 加湿度控制装置 以保持温湿度在合适的范围内 促进 香菇的正常生长 平台的整体功能如图3所示 图3 智慧香菇平台功能模块图 3 1 2 病虫害预警与防治 智慧香菇平台通过病虫害监测传感器实时监测香 菇种植环境中的病虫害情况 通过采集到的数据 可以 分析病虫害的发生规律和传播趋势 当病虫害的发生概 率超过预设阈值时 智慧香菇平台会发出预警 并提供 相应的防治建议 例如 可以根据病虫害类型和严重程 度 推荐使用合适的农药或生物防治方法 以减少病虫 害对香菇产量和质量的影响 3 2 智能决策与优化功能 3 2 1 生产计划与调度优化 智慧香菇平台通过对大量的数据进行分析和建模 可以为农民提供科学的生产计划和调度优化建议 根据 历史数据和当前环境数据 智慧香菇平台可以预测香菇 的生长速度和产量 并根据市场需求和价格波动情况 推荐合理的生产计划 智慧香菇平台还可以根据香菇生 长的特点和需求 优化生产调度 例如合理安排温湿度 控制 光照强度调节等操作 以提高香菇的产量和质量 3 2 2 营销策略与市场预测 智慧香菇平台通过对市场需求 价格波动等数据的 分析 可以为农民提供科学的营销策略和市场预测 根 据历史数据和当前市场情况 智慧香菇平台可以预测香 菇的市场需求和价格趋势 并根据农民的生产能力和资 源情况 推荐合理的销售策略 例如 在市场需求旺盛时 增加产量 以获取更高的利润 在市场需求低迷时减少 产量 以避免库存积压和损失 4 智慧香菇平台的应用案例 4 1 智慧香菇种植示范基地 4 1 1 平台在种植过程中的应用效果 为了评估智慧香菇平台在实际种植过程中的应用 效果 选择了一家香菇种植示范基地进行案例分析 该 基地使用智慧香菇平台进行香菇种植管理 通过温湿度 传感器 CO 2 传感器和光照传感器实时监测香菇种植环 境的温湿度 CO 2 浓度和光照强度 通过对采集到的数据 进行处理和分析 智慧香菇平台可以提供精确的环境控 制建议 帮助农民调整温湿度 CO 2 浓度和光照强度 以 促进香菇的正常生长 示范基地如图4所示 经过一段时间的实际应用 智慧香菇平台在香菇种 植示范基地取得了显著的效果 平台实时监测和控制温 湿度 CO 2 浓度和光照强度 使得香菇的生长环境始终保 持在最适宜的范围内 促进了香菇的快速生长和高产 量 平台通过病虫害监测传感器实时监测病虫害的发生 情况 并提供相应的防治建议 有效降低了病虫害对香 菇产量和质量的影响 平台还通过智能决策与优化功 能 为农民提供科学的生产计划和调度优化建议 提高 了经济效益和社会效益 图4 香菇种植基地 4 1 2 经济效益与社会效益的评估 为了评估智慧香菇平台在经济效益和社会效益方 面的影响 进行了经济效益和社会效益的评估 在经济 效益方面 通过智慧香菇平台的应用 香菇种植示范基 地的产量显著增加 销售收入大幅提升 由于病虫害的 有效防治 减少了农药的使用量 降低了生产成本 在社 会效益方面 智慧香菇平台的应用提高了农民的生产技 术水平和管理能力 促进了农业现代化的发展 智慧香 菇平台的应用还减少了对环境的污染 提高了农业的可 持续发展水平 4 2 智慧香菇产业链的优化 4 2 1 平台在供应链管理中的应用效果 除了在香菇种植示范基地的应用 智慧香菇平台还 可以在整个香菇产业链中发挥重要作用 通过与供应 商 加工厂和销售商的信息共享和协同 智慧香菇平台 可以实现供应链的优化 例如 平台可以根据市场需求 实 时 监 测 智慧香菇平台 自 动 预 警 远 程 控 制 权 限 管 理 数 据 存 储 智 能 分 析 设 备 接 入 智 能 扩 展 参 数 设 置 下转15页 10 2024年12期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧三农 和价格波动情况 预测香菇的供应量和价格趋势 帮助 供应商合理安排生产和采购计划 平台还可以实时监测 香菇的质量和运输状况 提供质量追溯和物流管理服 务 保证香菇的品质和安全 4 2 2 产业链协同与创新的推动 智慧香菇平台的应用不仅可以优化香菇产业链的 运作 还可以推动产业链的协同和创新 通过平台的信 息共享和协同 不同环节的参与者可以更好地协调合 作 提高整个产业链的效率和竞争力 平台还可以通过 数据分析和挖掘 发现潜在的创新机会和市场需求 促 进产业链的创新发展 5 结束语 通过本文的研究 可以得出以下结论 智慧香菇平台的应用可以显著提高香菇的产量和 质量 通过实时监测和控制温湿度 CO 2 浓度和光照强 度 提供精确的环境控制建议 通过病虫害的实时监测 和预警 帮助农民及时采取防治措施 减少病虫害对香 菇产量和质量的影响 智慧香菇平台的应用可以优化香菇产业链的运作 通过与供应商 加工厂和销售商的信息共享和协同 实 现供应链的优化 提高整个产业链的效率和竞争力 通 过数据分析和挖掘 发现潜在的创新机会和市场需求 促进产业链的创新发展 智慧香菇平台的应用对农业的可持续发展具有重 要意义 通过减少农药的使用量 优化生产计划和调度 降低农业对环境的污染 提高农业的可持续性 还可以 提高农民的生产技术水平和管理能力 促进农业现代化 的发展 智慧香菇平台的开发与设计为香菇种植提供了科 学 高效的解决方案 推动了智慧农业的发展 促进了农 业的可持续发展 然而 智慧香菇平台的应用仍面临一 些挑战 例如数据安全性和隐私保护等问题 因此 未来 的研究还需要进一步探索和解决这些问题 以推动智慧 香菇平台的广泛应用和发展 参考文献 1 杨春朝 陈莹 高国兴 等 大数据在农业生产中的应用研究综述 与展望 J 科技创新与应用 2024 14 2 6 10 2 朱海洋 基于数据要素流通视角的数据交易平台发展现状与对 策 J 中国流通经济 2024 38 2 24 33 3 孙晓 张颖熙 数实融合背景下平台经济优化乡村产业链的机制 J 中国流通经济 2024 38 2 13 23 4 缑少龙 基于大数据技术的农产品物流管理探析 J 中国航务周 刊 2024 2 72 74 5 翟祥栩 陈谦民 陈宗玉 基于SpringBoot的农业大数据一站式 分析预测平台的设计与实现 J 现代信息科技 2023 7 24 6 10 15 estimation A brief review J International Journal of Ap plied Earth Observations and Geoinformation 2021 102 102389 14 ODEBIRI O MUTANGA O ODINDI J Deep learning based national scale organic carbon mapping with Sentinel 3 data J Geoderma 2022 411 115695 15 PADARIAN J MINASNY B McBRATNEY A B et al Additional soil organic carbon storage potential in global croplands J Soil 2021 16 YANG L CAI Y Y ZHANG L et al A deep learning method to predict soil organic carbon content at a regional scale using satellite based phenology variables J Internation al Journal of Applied Earth Observations and Geoinforma tion 2021 102 102428 17 WADOUX A M J C PADARIAN J MINASNY B Multi source data integration for soil mapping using deep learning J Soil 2019 5 107 109 18 PADARIAN J McBRATNEY A B MINASNYB Game the ory interpretation of digital soil mapping convolutional neu ral networks J Soil 2020 6 389 397 19 ZHANG L CAI Y Y HUANG H et al A CNN LSTM model for soil organic carbon content prediction with long term series of MODIS based phenological variables J Re mote Sensing 2022 14 4441 20 ZENG P SONG X YANG H et al Digital soil mapping of soil organic matter with deep learning algorithms J ISPRS International Journal of Geo Information 2022 11 299 21 WADOUX A M J C Using deep learning for multivariate mapping of soil with quantified uncertainty J Geoderma 2019 351 59 70 22 刘瑜 郭浩 李海峰 等 从地理规律到地理空间人工智能 J 测绘学报 2022 51 6 1062 1068 23 REICHSTEIN M GAMPS VALLS G STEVENS B et al Deep learning and process understanding for data driven earth system science J Nature 2019 566 195 204 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 上接10页 15