基于云服务的棚室蔬菜智能终端系统设计与实现以黑龙江省为研究案例.pdf

Vol 1 No 3 智 慧 农 业 S m a r t A g r i c u l t u r e 2019 年 7 月 第 1 卷 第 3 期 Jul 2019 Vol 1 No 3 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 设 计 与 实 现 要 要 要 以 黑 龙 江 省 为 研 究 案 例 张 海 峰 袁 李 杨 袁 张 宇 袁 宋 丽 娟 袁 唐 立 新 袁 毕 洪 文 渊 黑 龙 江 省 农 业 科 学 院 农 业 遥 感 与 信 息 研 究 所 袁 黑 龙 江 哈 尔 滨 1 5 0 0 8 6 冤 摘 要 院 棚 室 蔬 菜 产 业 在 黑 龙 江 省 农 业 转 方 式 尧 调 结 构 和 供 给 侧 改 革 中 占 有 重 要 的 战 略 地 位 遥 黑 龙 江 省 棚 室 蔬 菜 生 产 规 模 近 年 来 发 展 较 快 袁 技 术 支 撑 需 求 也 与 日 俱 增 遥 本 研 究 针 对 黑 龙 江 省 棚 室 蔬 菜 发 展 规 模 与 技 术 服 务 支 撑 能 力 不 匹 配 的 现 状 袁 提 出 了 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 及 关 键 技 术 的 实 现 方 法 遥 本 研 究 以 专 家 服 务 为 主 尧 数 据 挖 掘 技 术 为 辅 袁 以 物 联 网 设 备 为 感 知 手 段 尧 以 智 能 手 机 为 用 户 终 端 袁 利 用 云 服 务 对 知 识 尧 资 源 尧 物 联 网 数 据 的 整 合 配 置 能 力 袁 提 供 蔬 菜 专 家 及 棚 室 蔬 菜 用 户 对 信 息 获 取 尧 存 储 尧 分 析 和 决 策 的 高 效 解 决 方 案 遥 本 研 究 的 部 分 内 容 已 在 黑 龙 江 省 农 业 科 研 部 门 尧 企 业 尧 蔬 菜 合 作 社 尧 农 户 等 不 同 用 户 群 体 中 实 验 应 用 袁 能 够 为 专 家 提 供 棚 室 蔬 菜 生 产 环 境 的 远 程 问 诊 手 段 袁 适 用 于 各 类 棚 室 蔬 菜 应 用 场 景 遥 本 研 究 还 提 出 了 对 大 规 模 应 用 场 景 下 的 技 术 解 决 方 案 建 议 袁 可 在 全 国 的 棚 室 蔬 菜 生 产 中 推 广 应 用 袁 实 现 更 广 泛 高 效 的 专 家 技 术 服 务 支 撑 遥 关 键 词 院 棚 室 蔬 菜 曰 云 服 务 曰 资 源 池 曰 物 联 网 曰 智 能 终 端 曰 A r d u i n o 中 图 分 类 号 院 S 2 4 文 献 标 志 码 院 A 文 章 编 号 院 2 0 1 9 0 6 S A 0 0 2 张 海 峰 李 杨 张 宇 宋 丽 娟 唐 立 新 毕 洪 文 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 设 计 与 实 现 要 要 要 以 黑 龙 江 省 为 研 究 案 例 J 智 慧 农 业 2019 1 3 87 99 Zhang H Li Y Zhang Y Song L Tang L Bi H Design and implementation of intelligent terminal service system for greenhouse vegetables based on cloud service A case study of Heilongjiang province J Smart Agriculture 2019 1 3 87 99 in Chinese with English abstract 收 稿 日 期 院 2019 05 24 修 订 日 期 院 2019 07 21 基 金 项 目 院 黑 龙 江 省 自 然 科 学 基 金 面 上 资 助 项 目 渊F2016037 冤 作 者 简 介 院 张 海 峰 渊1980 冤 袁 男 袁 副 研 究 员 袁 研 究 方 向 院 农 业 信 息 平 台 尧 农 业 物 联 网 技 术 袁 Email 院 joker zhf 遥 通 讯 作 者 院 毕 洪 文 渊1964 冤 袁 女 袁 研 究 员 袁 研 究 方 向 院 农 业 信 息 化 技 术 尧 农 业 产 业 技 术 经 济 袁 电 话 院 13603609906 袁 Email 院 bhw01 遥 doi 10 12133 j smartag 2019 1 3 201906 SA002 1 引 言 黑 龙 江 地 处 中 国 东 北 北 部 袁 冬 季 漫 长 袁 无 霜 期 短 袁 特 殊 的 气 候 条 件 使 得 实 现 蔬 菜 全 年 生 产 和 供 应 袁 必 须 依 靠 棚 室 设 施 遥 近 年 来 袁 黑 龙 江 省 蔬 菜 产 业 得 到 长 足 发 展 遥 2018 年 袁 全 省 蔬 菜 播 种 面 积 呈 稳 步 增 长 趋 势 袁 春 夏 播 种 面 积 24 1 万 公 顷 袁 其 中 设 施 蔬 菜 播 种 面 积 达 6 万 公 顷 袁 同 比 增 长 12 7 1 遥 随 着 全 省 农 作 物 种 植 结 构 的 调 整 袁 蔬 菜 面 积 还 在 呈 现 一 定 程 度 的 增 长 态 势 遥 但 是 袁 黑 龙 江 省 棚 室 蔬 菜 产 业 存 在 着 生 产 水 平 不 高 尧 管 理 粗 放 尧 生 产 效 率 低 尧 技 术 服 务 不 到 位 等 问 题 袁 其 中 信 息 技 术 服 务 不 足 是 影 响 黑 龙 江 省 棚 室 蔬 菜 产 业 健 康 发 展 的 重 要 因 素 之 一 2 遥 从 服 务 对 象 规 模 来 看 袁 黑 龙 江 省 2018 年 棚 室 蔬 菜 种 植 面 积 达 6 万 公 顷 袁 实 现 监 管 和 技 术 支智 慧 农 业 S m a r t A g r i c u l t u r e Vol 1 No 3 撑 需 要 大 量 的 计 算 存 储 资 源 袁 传 统 的 服 务 器 计 算 架 构 无 法 满 足 该 计 算 及 负 载 均 衡 需 求 曰 从 技 术 应 用 层 面 来 看 袁 物 联 网 系 统 尧 生 产 者 尧 专 家 产 生 了 大 量 环 境 感 知 数 据 尧 技 术 数 据 尧 产 销 数 据 尧 答 疑 数 据 袁 这 些 数 据 蕴 含 着 大 量 的 知 识 袁 这 些 知 识 的 挖 掘 利 用 情 况 还 处 于 初 级 阶 段 袁 还 没 有 形 成 对 生 产 的 高 效 推 动 曰 从 技 术 应 用 成 本 来 看 袁 以 物 联 网 为 代 表 的 信 息 技 术 建 设 及 应 用 成 本 较 高 袁 而 棚 室 蔬 菜 的 利 润 往 往 不 足 以 支 撑 其 运 维 费 用 袁 致 使 农 民 的 安 装 意 愿 不 强 3 7 遥 针 对 上 述 问 题 袁 按 照 野 平 台 上 移 袁 服 务 下 延 冶 的 农 业 信 息 技 术 服 务 方 针 袁 应 用 野 平 台 即 服 务 渊PAAS 冤 冶 的 云 设 计 理 念 袁 结 合 自 主 研 发 的 低 成 本 物 联 网 技 术 袁 开 展 了 云 服 务 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 服 务 系 统 构 建 研 究 袁 以 期 为 黑 龙 江 省 农 业 信 息 服 务 由 知 识 生 产 型 向 知 识 服 务 型 转 变 袁 实 现 云 服 务 信 息 化 增 效 和 知 识 服 务 效 率 拓 展 袁 以 及 专 家 资 源 和 知 识 服 务 能 力 的 共 享 和 协 作 提 供 技 术 支 撑 袁 为 全 国 棚 室 蔬 菜 信 息 化 发 展 提 供 解 决 方 案 典 型 案 例 遥 2 系 统 架 构 设 计 及 实 现 2 1 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 服 务 系 统 科 技 信 息 服 务 资 源 的 开 发 与 利 用 涉 及 到 不 同 专 业 的 专 家 尧 数 据 库 尧 在 线 知 识 资 源 尧 棚 室 蔬 菜 生 产 者 尧 物 联 网 系 统 袁 专 家 与 生 产 者 之 间 需 要 大 量 非 实 时 和 少 量 实 时 的 数 据 交 换 袁 他 们 的 知 识 结 构 相 差 较 大 袁 无 法 使 用 简 单 统 一 的 标 准 来 实 现 互 联 袁 因 此 设 计 一 种 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 服 务 系 统 袁 可 有 效 解 决 数 据 的 融 合 再 利 用 与 服 务 有 效 供 给 问 题 遥 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 服 务 系 统 是 以 云 服 务 为 载 体 袁 为 适 应 农 业 信 息 技 术 服 务 智 能 化 尧 泛 在 化 尧 扁 平 化 尧 绿 色 环 保 的 发 展 趋 势 而 衍 生 的 以 专 家 智 慧 为 主 要 服 务 内 容 尧 以 物 联 网 为 感 知 节 点 尧 以 移 动 智 能 设 备 为 终 端 袁 通 过 网 络 为 棚 室 蔬 菜 产 业 提 供 按 需 使 用 尧 随 时 获 取 尧 基 于 专 家 群 的 知 识 服 务 遥 它 是 一 种 解 决 蔬 菜 专 家 技 术 服 务 覆 盖 范 围 和 手 段 的 信 息 服 务 新 模 式 袁 能 有 效 提 升 知 识 尧 资 源 尧 物 联 网 数 据 的 整 合 配 置 能 力 袁 为 棚 室 蔬 菜 技 术 服 务 提 供 高 效 解 决 方 案 遥 2 2 云 服 务 架 构 设 计 该 智 能 终 端 服 务 系 统 架 构 包 括 感 知 层 尧 基 础 设 施 层 尧 数 据 层 尧 应 用 层 尧 终 端 展 示 层 渊 图 1 冤 遥 基 础 设 施 层 包 括 具 有 分 布 式 计 算 能 力 以 及 可 在 线 扩 充 的 服 务 器 系 统 和 数 据 库 系 统 袁 主 要 作 用 是 实 现 大 规 模 数 据 计 算 和 持 久 化 存 储 曰 物 联 网 感 知 层 包 括 单 片 机 尧 传 感 器 和 无 线 网 桥 等 设 备 袁 作 用 是 实 现 棚 室 蔬 菜 生 产 环 境 和 蔬 菜 本 体 影 像 感 知 曰 数 据 层 包 括 棚 室 蔬 菜 数 据 库 和 知 识 系 统 袁 涵 盖 品 种 信 息 尧 病 害 知 识 尧 栽 培 技 术 尧 专 家 信 息 等 数 据 袁 作 用 是 初 步 数 据 处 理 和 虚 拟 专 家 构 建 袁 应 用 Ten sorFlow 渊 一 个 基 于 数 据 流 编 程 dataflow program ming 的 符 号 数 学 系 统 冤 实 现 数 据 训 练 和 模 型 构 建 等 内 容 曰 应 用 层 构 建 知 识 关 联 搜 索 引 擎 袁 为 专 家 和 用 户 提 供 内 容 服 务 和 解 决 方 案 曰 终 端 展 示 层 主 要 是 通 过 开 发 符 合 HTML5 标 准 的 Web 页 面 袁 实 现 不 同 平 台 的 自 适 应 袁 即 可 满 足 Android 智 能 手 机 尧 IOS 设 备 和 PC 端 的 应 用 袁 作 用 是 构 建 服 务 与 用 户 的 人 机 接 口 袁 实 现 用 户 对 云 服 务 的 调 用 遥 2 3 系 统 实 现 关 键 技 术 2 3 1 基 础 设 施 层 关 键 技 术 在 系 统 大 规 模 应 用 的 场 景 下 袁 黑 龙 江 省 每 个 棚 室 蔬 菜 作 为 一 个 技 术 支 持 单 元 渊 面 积 约 为 1 15 公 顷 冤 袁 按 照 20 的 服 务 安 装 覆 盖 率 袁 大 约 需 要 18 万 个 计 算 节 点 遥 棚 室 物 联 网 产 生 海 量 实 时 的 流 式 视 频 文 件 和 传 感 器 数 据 袁 可 能 存 在 大 量 在 线 机 器 学 习 和 实 时 判 断 的 应 用 场 景 袁 仅 靠 传 统 关 系 型 数 据 库 难 以 处 理 8 9 遥 大 规 模 的 视 频 流 监 测 分 析 和 海 量 物 联 网 数 据 实 时 处 理 需 要 大 数 据 技 术 作 为 支 8 8Vol 1 No 3 图 1 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 总 体 架 构 Fig 1 Architecture of vegetable intelligent terminal system 撑 袁 在 对 Hadoop 尧 Spark 和 Storm 等 分 布 式 处 理 架 构 进 行 比 较 分 析 后 袁 发 现 Storm 的 高 效 实 时 计 算 能 力 符 合 海 量 实 时 数 据 计 算 的 应 用 场 景 要 求 袁 Storm 的 水 平 扩 展 和 自 动 容 错 能 力 为 服 务 的 规 模 扩 展 和 稳 定 运 行 提 供 了 保 障 遥 基 础 设 施 层 围 绕 Storm 框 架 构 建 袁 主 要 由 数 据 接 入 模 块 尧 数 据 缓 存 模 块 和 Storm 集 群 组 成 遥 数 据 接 入 模 块 负 责 快 速 获 取 物 联 网 数 据 并 接 入 到 数 据 处 理 集 群 袁 本 系 统 采 用 开 源 的 分 布 式 海 量 日 志 采 集 聚 合 传 输 系 统 Apache Flume 实 现 各 种 实 时 感 知 数 据 的 快 速 接 入 遥 在 视 频 数 据 处 理 方 面 袁 由 于 棚 室 监 测 的 大 部 分 时 间 图 像 都 不 会 发 生 显 著 变 化 袁 全 程 存 储 将 造 成 大 量 空 间 浪 费 袁 因 此 通 过 视 频 处 理 库 把 摄 像 头 的 视 频 流 转 换 为 帧 进 行 抽 样 存 储 袁 将 帧 数 据 以 JSON 的 格 式 传 递 给 Kafka Broker 渊 一 种 高 吞 吐 量 分 布 式 发 布 订 阅 消 息 系 统 冤 袁 供 流 数 据 缓 冲 组 件 和 存 储 使 用 遥 数 据 缓 存 主 要 是 提 高 海 量 数 据 的 负 载 能 力 袁 避 免 因 大 量 数 据 引 起 宕 机 袁 系 统 采 用 Kafka 数 据 缓 存 模 块 保 证 消 息 的 持 久 性 和 稳 定 性 袁 每 秒 可 处 理 数 百 万 条 数 据 遥 Storm 集 群 负 责 实 时 海 量 数 据 处 理 袁 由 1 个 Nimbus 渊 主 节 点 冤 和 若 干 个 Supervisor 渊 计 算 节 点 冤 组 成 袁 应 用 Storm Kafka 插 件 可 以 持 续 不 断 地 从 缓 存 模 块 中 读 取 数 据 袁 实 时 运 算 后 分 类 存 储 遥 物 联 网 数 据 进 入 MySQL 数 据 库 袁 视 频 数 据 经 过 截 取 处 理 后 进 入 分 布 式 数 据 库 Hbase 袁 如 图 2 所 示 遥 服 务 系 统 充 分 利 用 Storm 集 群 进 行 高 速 运 算 及 存 储 袁 对 外 通 过 Apache Tomcat 服 务 器 提 供 统 一 标 准 的 计 算 及 存 储 服 务 袁 后 台 的 Storm 可 以 全 自 动 按 需 弹 性 提 供 服 务 资 源 袁 按 照 系 统 的 推 广 建 设 进 度 动 态 扩 充 袁 实 现 资 源 的 集 约 化 应 用 和 服 务 效 益 最 大 化 遥 2 3 2 物 联 网 感 知 层 关 键 技 术 本 研 究 以 开 源 硬 件 Arduino 单 片 机 为 核 心 搭 建 物 联 网 感 知 终 端 袁 主 板 型 号 为 Wemos D1 袁 传 感 器 连 接 如 图 3 所 示 遥 该 单 片 机 有 11 个 数 字 IO 引 脚 袁 1 个 模 拟 引 张 海 峰 等 院 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 设 计 与 实 现 要 要 要 以 黑 龙 江 省 为 研 究 案 例 8 9智 慧 农 业 S m a r t A g r i c u l t u r e Vol 1 No 3 图 3 W e m o s D 1 开 发 板 及 传 感 器 连 接 示 意 图 Fig 3 Wemos D1 development board and sensor connection diagram 摄像头数据 物联网数据 物联网数据 Client agent 代理客户端 Flume 日志采集 Collector agent 收集代理 Kafka 流处理 St orm Nimbus 主节点 Storm 分布计算 Supervisor 监督作业 Hbase MySQL 数据库 Apache Tomcat 前端展示 监测 预警 分析 互动 脚 渊 最 大 支 持 3 3V 电 压 输 入 冤 袁 采 用 2 4G WiFi 无 线 数 据 传 输 方 式 袁 具 有 大 量 的 代 码 库 袁 技 术 资 源 支 持 丰 富 10 遥 通 过 WeMos D1 Arduino 开 发 板 尧 选 型 应 用 空 气 温 湿 度 传 感 器 DHT22 尧 光 照 强 度 传 感 器 BH1750FVI 尧 二 氧 化 碳 传 感 器 T6603 5 尧 雷 神 FDR 型 土 壤 水 分 传 感 器 和 地 温 渊 水 温 冤 传 感 器 DS18B20 袁 实 现 棚 室 内 空 气 温 湿 度 尧 光 照 强 度 尧 二 氧 化 碳 浓 度 尧 土 壤 水 分 尧 地 温 等 数 据 的 实 时 可 视 化 监 测 和 云 端 存 储 袁 为 云 端 智 能 监 控 系 统 和 专 家 对 棚 室 蔬 菜 生 产 的 远 程 指 导 提 供 判 断 依 据 袁 设 备 选 型 如 表 1 所 示 遥 物 联 网 系 统 可 根 据 生 产 需 要 定 制 硬 件 系 统 袁 而 手 机 作 为 数 据 监 测 设 备 可 以 实 时 监 控 棚 室 内 的 生 产 情 况 袁 降 低 了 硬 件 投 入 成 本 袁 满 足 集 约 化 生 产 的 要 求 遥 2 3 3 数 据 层 关 键 技 术 渊1 冤 知 识 图 谱 的 构 建 遥 知 识 图 谱 旨 在 通 过 建 立 棚 室 蔬 菜 生 产 要 素 之 间 的 关 联 链 接 袁 将 碎 片 化 的 数 据 有 机 地 组 织 起 来 袁 为 系 统 搜 索 尧 挖 掘 尧 分 析 等 提 供 高 阶 数 据 支 撑 遥 知 识 图 谱 为 系 统 的 自 动 应 答 尧 知 识 抽 取 尧 数 据 挖 掘 尧 常 识 推 理 等 功 能 提 供 支 持 遥 知 识 图 谱 的 构 建 需 要 多 种 技 术 支 持 袁 从 数 据 中 提 取 出 实 体 尧 属 性 尧 关 系 等 知 识 要 素 遥 根 据 棚 室 蔬 菜 生 产 的 必 要 因 素 袁 按 照 筛 选 法 提 取 名 图 2 基 础 设 施 层 数 据 处 理 示 意 图 Fig 2 Data processing diagram in infrastructure layer DS18b20 土壤温度 T6603 5 二氧化碳 BH1750FV I 光照强度 DHT22 空气温湿 度 雷神 FDR 土壤水分 设备名称 用途 测量范围 精度 空气温度 40 125 0 5 DHT22 空气湿度 0 100 2 BH1750FVI 光照强度 1 65535lx 20 T6603 5 二氧化碳浓度 400 2000ppm 75ppm 雷神 FDR 型土 壤水分传感器 土壤含水量 0 100 5 DS18B20 地温 50 150 0 5 表 1 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 物 联 网 传 感 器 设 备 选 型 Table 1 Sensors for vegetable intelligent terminal in greenhouse 9 0Vol 1 No 3 词 遥 将 名 词 做 交 集 袁 生 成 棚 室 蔬 菜 生 产 词 典 遥 将 词 典 中 的 名 词 在 数 据 库 中 进 行 映 射 关 联 袁 存 储 到 知 识 库 中 遥 根 据 专 家 知 识 内 容 袁 提 取 每 一 个 名 词 的 特 征 袁 构 造 比 较 方 法 袁 使 用 KNN 渊K Nearest Neighbor 冤 近 邻 算 法 进 行 分 类 袁 最 后 获 取 每 个 名 词 的 所 属 类 别 袁 同 时 剔 除 无 关 名 词 映 射 遥 由 于 领 域 知 识 图 谱 构 建 难 度 很 大 袁 目 前 自 动 化 方 法 还 处 于 探 索 阶 段 袁 多 采 用 人 工 标 注 与 自 动 化 处 理 相 结 合 的 手 段 袁 本 系 统 主 要 针 对 相 对 简 单 的 结 构 化 数 据 领 域 遥 渊2 冤 病 害 预 警 及 识 别 技 术 遥 针 对 蔬 菜 病 害 预 警 难 度 大 的 问 题 袁 系 统 根 据 病 害 发 生 环 境 条 件 设 立 预 警 阈 值 袁 环 境 条 件 达 到 阈 值 时 进 行 报 警 遥 数 据 层 在 病 害 预 警 方 面 存 储 各 种 病 害 的 发 病 条 件 阈 值 及 发 病 图 片 特 征 袁 以 黄 瓜 为 例 见 表 2 和 表 3 遥 当 物 联 网 获 取 的 传 感 器 数 据 接 近 阈 值 时 触 发 警 报 推 送 袁 达 到 阈 值 时 连 续 警 报 推 送 遥 在 病 害 识 别 方 面 设 计 采 用 卷 积 神 经 网 络 进 行 模 型 训 练 袁 首 先 收 集 整 理 特 定 蔬 菜 病 害 图 片 袁 使 用 基 于 BSD 许 可 渊 开 源 冤 发 行 的 跨 平 台 计 算 机 视 觉 库 OpenCv 统 一 加 工 为 128 伊128 大 小 的 图 像 袁 由 蔬 菜 病 害 专 家 进 行 鉴 别 并 设 定 标 识 后 存 入 病 害 图 片 库 袁 建 立 棚 室 蔬 菜 的 文 字 与 图 像 的 对 应 描 述 关 系 袁 以 供 病 虫 害 诊 断 尧 栽 培 技 术 指 导 和 Ten sorFlow 构 建 快 速 卷 积 神 经 网 络 图 像 推 理 模 块 使 用 遥 在 Python 集 成 开 发 环 境 中 导 入 病 害 图 片 库 和 TensorFlow 袁 应 用 卷 积 神 经 网 络 进 行 训 练 袁 见 图 4 遥 系 统 在 病 害 识 别 方 面 应 用 训 练 好 的 模 型 袁 将 病 害 图 片 输 入 到 卷 积 神 经 网 络 中 渊 如 图 5 所 示 冤 袁 经 过 若 干 卷 积 和 池 化 层 对 图 像 进 行 特 征 提 取 袁 通 过 选 择 性 搜 索 算 法 得 到 图 像 的 感 兴 趣 区 域 RoI 渊Region of Interest 冤 袁 在 RoI 池 化 层 中 将 特 征 框 池 化 到 特 定 大 小 袁 将 感 兴 趣 区 域 的 特 征 向 量 与 全 连 接 层 相 连 袁 并 定 义 多 任 务 损 失 函 数 袁 分 别 与 Soft max 分 类 器 和 Boxbounding 回 归 器 相 连 袁 分 别 得 到 当 前 感 兴 趣 区 域 的 类 别 及 坐 标 包 围 框 11 12 遥 对 所 得 到 的 包 围 框 进 行 非 极 大 值 抑 制 袁 得 到 最 终 判 断 结 果 遥 渊3 冤 虚 拟 专 家 技 术 的 实 现 遥 针 对 人 工 专 家 资 蔬菜代码 特征代码 特征描述 图像集 Cucumber N11 植株上部叶片上卷 颜色呈褐色 Tf chr grahp11 Cucumber N12 叶片局部黄花 焦枯 穿孔或脱落 Tf chr grahp12 Cucumber N13 黄瓜降落伞形叶 Tf chr grahp13 表 2 黄 瓜 病 害 特 征 Table 2 Characteristics of cucumber diseases 病害名称 代码 发病空气 温度 发病湿度 图像集 黄瓜霜霉病 T21 16 24 85 Tf disease grahp21 细菌性角斑病 T22 18 25 75 Tf disease grahp22 黄瓜灰霉病 T23 18 23 94 Tf disease grahp23 黄瓜炭疽病 T24 20 27 95 Tf disease grahp24 表 3 黄 瓜 病 害 发 生 条 件 Table 3 Occurrence conditions of cucumber diseases 图 4 病 害 识 别 模 型 训 练 流 程 图 Fig 4 Flow chart of training disease identification model 张 海 峰 等 院 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 设 计 与 实 现 要 要 要 以 黑 龙 江 省 为 研 究 案 例 9 1智 慧 农 业 S m a r t A g r i c u l t u r e Vol 1 No 3 图 5 卷 积 神 经 网 络 图 像 识 别 Fig 5 Image recognition based on convolutional neural network 源 相 对 稀 缺 且 存 在 空 耗 和 综 合 能 力 服 务 不 足 的 问 题 袁 系 统 采 用 了 虚 拟 专 家 和 资 源 池 解 决 方 案 遥 虚 拟 专 家 是 由 不 同 专 业 领 域 尧 拥 有 不 同 空 闲 时 间 的 专 家 团 队 和 知 识 数 据 库 组 成 袁 专 家 团 队 的 人 员 配 置 覆 盖 棚 室 蔬 菜 生 产 者 的 问 题 领 域 和 服 务 请 求 时 间 袁 专 家 知 识 库 则 是 基 于 深 度 学 习 的 数 据 库 应 用 系 统 袁 通 过 人 工 录 入 和 专 家 问 题 答 疑 不 断 扩 充 知 识 数 据 袁 分 担 人 工 专 家 的 业 务 压 力 遥 资 源 池 分 配 算 法 是 云 服 务 下 完 成 需 求 和 对 接 的 主 要 途 径 之 一 袁 在 传 统 云 服 务 平 台 的 资 源 调 度 过 程 中 袁 需 要 根 据 资 源 池 所 承 载 的 业 务 负 荷 情 况 及 时 调 整 平 台 分 配 的 资 源 遥 本 系 统 由 于 融 合 了 专 家 资 源 袁 并 将 专 家 加 入 到 资 源 池 中 供 系 统 分 配 袁 因 此 只 要 在 算 法 上 实 现 专 家 服 务 状 态 的 判 断 袁 确 定 专 家 是 否 可 在 某 一 时 刻 被 调 用 袁 以 及 某 一 时 刻 的 虚 拟 专 家 所 能 提 供 的 知 识 服 务 范 围 袁 即 可 将 虚 拟 专 家 资 源 融 入 到 资 源 池 调 配 方 案 中 遥 在 专 家 数 量 相 对 充 足 的 时 候 袁 还 要 考 虑 专 家 服 务 频 次 袁 使 相 对 空 闲 的 专 家 被 优 先 调 用 遥 最 后 袁 由 权 威 专 家 进 入 QoS 渊Quality of Service 袁 服 务 质 量 冤 系 统 对 专 家 的 答 复 进 行 评 判 袁 淘 汰 掉 错 误 答 复 和 无 效 回 答 数 据 袁 系 统 进 行 数 据 整 理 和 存 储 遥 针 对 海 量 多 源 异 构 的 物 联 网 数 据 尧 蔬 菜 数 据 尧 病 害 数 据 尧 农 药 化 肥 数 据 尧 专 家 数 据 难 以 直 接 利 用 的 问 题 袁 系 统 通 过 自 动 化 提 取 与 归 纳 关 键 信 息 实 现 数 据 的 应 用 价 值 遥 专 家 知 识 通 过 文 本 数 据 预 处 理 和 关 键 词 特 征 提 取 后 袁 形 成 推 理 机 袁 由 系 统 对 问 题 文 本 进 行 相 似 语 义 处 理 袁 即 由 原 问 题 演 绎 出 同 等 语 义 的 若 干 问 题 袁 形 成 多 对 一 的 问 题 和 答 案 关 联 键 值 对 袁 作 为 知 识 数 据 存 储 到 云 数 据 中 心 袁 当 有 相 同 语 义 问 题 的 时 候 自 动 调 用 答 案 进 行 解 答 袁 用 户 问 题 搜 索 次 数 越 多 袁 范 围 越 广 袁 专 家 解 答 过 的 问 题 越 多 袁 资 源 池 数 据 库 对 问 题 的 命 中 率 就 越 高 袁 如 图 6 所 示 遥 资 源 池 数 据 库 答 疑 数 图 6 虚 拟 专 家 问 题 解 答 流 程 图 Fig 6 Flow chart of virtual expert problem solving 9 2Vol 1 No 3 图 7 专 家 主 动 服 务 模 式 视 频 并 发 技 术 路 线 图 Fig 7 Expert active service mode video concurrency technology roadmap 据 采 用 循 环 神 经 络 算 法 和 文 本 处 理 技 术 袁 有 效 降 低 用 户 转 接 人 工 专 家 的 概 率 遥 2 3 4 应 用 层 关 键 技 术 应 用 层 主 要 负 责 实 现 用 户 需 求 的 各 项 功 能 袁 以 及 提 供 调 用 接 口 遥 渊1 冤 专 家 主 动 服 务 模 式 遥 应 用 物 联 网 集 成 技 术 和 HTML5 技 术 袁 专 家 登 录 服 务 系 统 对 蔬 菜 棚 室 的 物 联 网 系 统 进 行 远 程 监 管 袁 实 现 对 各 个 节 点 的 巡 视 袁 实 时 查 看 各 蔬 菜 大 棚 监 测 点 的 环 境 数 据 和 图 像 信 息 袁 专 家 可 通 过 系 统 对 棚 室 内 的 摄 像 机 进 行 旋 转 和 变 焦 操 作 来 发 现 蔬 菜 生 产 中 的 问 题 袁 也 能 在 系 统 中 进 行 实 时 语 音 或 非 实 时 留 言 提 示 来 提 供 技 术 解 决 方 案 遥 该 技 术 的 视 频 监 管 部 分 主 要 利 用 萤 石 云 的 开 发 者 平 台 和 推 流 技 术 渊 见 图 7 冤 袁 摄 像 头 通 过 在 萤 石 云 注 册 后 袁 系 统 会 自 动 生 成 不 同 格 式 的 在 线 视 频 流 地 址 袁 主 要 包 括 HLS 播 放 地 址 和 RTMP 播 放 地 址 袁 其 中 HLS 格 式 播 放 地 址 可 以 直 接 在 支 持 HTML5 的 网 上 终 端 直 接 调 用 遥 Android 和 苹 果 手 机 客 户 端 均 可 直 接 使 用 袁 缺 点 是 延 时 较 高 袁 RTMP 格 式 延 时 较 小 袁 但 是 一 般 需 要 带 客 户 端 使 用 遥 萤 石 云 服 务 平 台 在 免 费 使 用 的 情 况 下 只 能 并 发 3 路 袁 无 法 满 足 云 服 务 的 高 并 发 需 求 遥 因 此 袁 系 统 通 过 FFmpeg 渊 一 套 可 以 用 来 记 录 尧 转 换 数 字 音 频 尧 视 频 袁 并 能 将 其 转 化 为 流 的 开 源 计 算 机 程 序 冤 将 视 频 流 推 送 至 Nginx 服 务 器 实 现 用 户 高 并 发 访 问 袁 即 可 突 破 并 发 限 制 袁 实 现 专 家 主 动 服 务 模 式 的 高 并 发 访 问 遥 渊2 冤 用 户 人 机 模 式 遥 用 户 通 过 智 能 手 机 端 或 PC 端 直 接 对 系 统 进 行 查 询 袁 可 以 通 过 文 字 或 上 传 图 片 的 形 式 进 行 服 务 请 求 遥 系 统 接 收 来 自 用 户 物 联 网 系 统 的 反 馈 数 据 和 用 户 人 工 输 入 的 问 题 数 据 并 进 行 处 理 袁 反 馈 给 用 户 信 息 遥 该 模 式 与 常 规 的 技 术 服 务 类 系 统 平 台 的 技 术 路 线 相 似 袁 数 据 处 理 流 程 主 要 由 Hibernate 框 架 实 现 袁 利 用 其 对 象 映 射 能 力 降 低 系 统 的 开 发 难 度 和 模 块 耦 合 度 遥 图 像 上 传 比 对 主 要 是 调 用 数 据 层 的 神 经 网 络 模 型 进 行 匹 配 袁 如 置 信 率 低 于 80 则 转 入 人 工 专 家 处 理 袁 高 于 或 等 于 80 则 直 接 输 出 判 断 结 果 到 用 户 终 端 遥 渊3 冤 野 人 人 互 动 冶 模 式 遥 主 要 通 过 服 务 系 统 建 立 专 家 与 用 户 的 对 话 平 台 袁 专 家 可 通 过 智 能 手 机 端 与 用 户 进 行 实 时 对 话 遥 本 系 统 为 实 现 轻 量 级 的 客 户 端 应 用 袁 采 用 HTML5 定 义 的 WebSocket 协 议 实 现 实 时 通 讯 遥 WebSocket 是 一 种 在 单 个 TCP 连 接 上 进 行 全 双 工 通 信 的 协 议 袁 允 许 服 务 器 端 主 动 向 客 户 端 浏 览 器 推 送 数 据 袁 避 免 了 传 统 推 送 技 术 依 靠 轮 询 带 来 的 服 务 器 资 源 消 耗 遥 WebSocket 通 信 协 议 于 2011 年 被 IETF 定 为 标 准 RFC6455 袁 并 由 RFC7936 补 充 规 范 遥 WebSocket API 也 被 万 维 网 联 盟 定 为 标 准 遥 WebSocket 能 更 好 的 节 约 云 端 服 务 器 资 源 和 网 络 带 宽 袁 并 且 能 够 提 供 较 好 的 实 时 性 互 动 遥 依 靠 WebSocket 协 议 袁 棚 室 蔬 菜 用 户 和 专 家 只 需 通 过 手 机 浏 览 器 与 服 务 器 分 别 完 成 一 次 握 手 袁 就 能 创 建 持 久 性 连 接 和 通 讯 遥 张 海 峰 等 院 基 于 云 服 务 的 棚 室 蔬 菜 智 能 终 端 系 统 设 计 与 实 现 要 要 要 以 黑 龙 江 省 为 研 究 案 例 9 3智 慧 农 业 S m a r t A g r i c u l t u r e Vol 1 No 3 渊4 冤 知 识 关 联 搜 索 引 擎 遥 专 家 知 识 与 棚 室 蔬 菜 生 产 者 的 知 识 供 需 匹 配 需 要 通 过 知 识 关 联 搜 索 引 擎 对 知 识 内 容 进 行 汇 聚 尧 选 择 与 评 价 袁 调 用 数 据 层 的 知 识 图 谱 模 块 袁 使 相 类 似 的 知 识 或 者 问 题 汇 聚 在 一 起 13 18 遥 选 择 主 要 目 的 是 搜 索 与 用 户 服 务 请 求 吻 合 度 最 高 的 服 务 数 据 集 袁 通 过 模 型 对 问 题 的 本 质 特 征 进 行 描 述 袁