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摘要 农业信息化是农业现代化的主要内容之一，我国的农业信息化起步较晚，在国家的大力支持下，虽已取得了较大的成就，但目前的农业信息系统与农民的实际需求还存在着一定的差距。根据农业生产的需要和农民的实际情况，基于物联网技术实现基础数据的采集，通过云计算技术实现分布式存储处理和系统功能，农民通过安卓手机等智能终端访问系统功能，数据的传输通过无线传感器网络、电信提供商网络实现。系统数据采集完整准确，确保时效性；系统运行稳定，负载均衡；系统功能符合农民需求，易于使用。该系统已经在河南省农业高新科技园智能温室控制中得到应用，后续将进一步向周边农户推广。
关键词 云计算；农业信息系统；物联网
中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10371-02
基金项目河南省职业教育教学改革研究项目（ZJC14001）。
作者简介吴强（1979- ），男，陕西乾县人，讲师，硕士，从事农业专家系统和农业信息化研究。
我国是农业大国，农业现代化是农业发展的必然趋势。农业信息化是农业现代化的主要内容之一，加强农业信息系统建设是推进农业信息化的基础工作。农业信息系统是用现代数学工具、信息手段和计算机技术，辅助管理者实现管理功能的一种工具[1]。在农业信息化过程中，农民文化水平低、农业生产的地域分散、农业生产的基础数据量大等是阻碍农业信息化的主要瓶颈[2]。为此，笔者基于云计算、互联网、物联网等技术，设计建设一个集农业信息服务、农业生产控制、专家系统为一体的农业信息系统。
1农业信息系统发展概况
国外的农业信息化发展较早，如美国、日本和德国等都将农业信息技术应用到了农业生产的各个环节[3]。我国农业信息化建设起步较晚，但在国家的大力支持下，已取得了很大的成就，建成了一批农业信息系统平台[4]。但是，这些农业信息系统在推广中却遇到了很多问题，究其原因，主要有以下几个方面：①农民普遍知识水平低，农业信息系统操作复杂，农民很难掌握使用方法；②需要电脑登陆，给农民造成了额外的经济负担；③农业信息系统的信息量大，与农民的实际农业生产结合不紧密[5]。
基于以上的问题，笔者在系统设计开发中充分考虑了农民和农业生产的实际，系统中农业数据的采集采用物联网技术，实时采集[6]；数据的存储和处理采用云计算技术，降低开发成本，提高数据稳定性和安全性，降低单个服务器的负载，提高系统运行的效率，便于后期的扩展[7-8]；由于安卓（Android）手机的普及率较高，成本也较低，系统的客户端基于安卓手机平台开发，农民可以通过智能手机登陆系统，降低了农民的使用成本，操作也简单方便[9-10]。
2开发技术概述
2.1云计算中国云计算专家咨询委员会副主任、秘书长刘鹏教授认为：“云计算是通过网络提供可伸缩的廉价的分布式计算能力”[7]。通过云计算可以把农业信息系统中的农业数据和管理控制功能分散到多个位于互联网上的服务器上，一方面降低了建设成本，另一方面提高了系统运行的稳定性和安全性[11]。
2.2物联网物联网其英文名称是：“The Internet of things”，其实质是基于互联网通过各种定位和感知设备实现物物相联[12]。在该系统的开发中主要通过物联网技术实现农业生产数据的采集和提交。
3农业信息系统设计
河南省农业高新科技园是河南农业职业学院的教学实习基地，占地面积37.6 hm2，2009年被国家农业部评为现代农业技术培训基地。园区从西班牙引进3 hm2全自动智能温室，用于设施农业的科研、教学和生产。该系统基于该智能温室已有软硬件设施，应用云计算、物联网等技术开发农业信息系统，并最终推广到普通农户。
3.1农业信息系统需求分析该院位于中原经济区的核心地带——郑州，中原经济区的战略定位为：国家重要的粮食生产和现代农业基地，全国工业化、城镇化、信息化和农业现代化协调发展示范区，全国重要的经济增长板块，全国区域协调发展的战略支点和重要的现代综合交通枢纽，华夏历史文明传承创新区[13]。信息化和农业现代化是中原经济区建设的核心内容之一[14]，该系统基于现有温室开发农业信息系统，起到示范作用，并逐步推广到周边农户，主要功能有以下4个方面。
（1）实时监测温室状态。系统通过温度、湿度、土壤养分、光照强度等传感器采集生产数据，通信设备负责将数据上传到服务器，服务器对数据进行分析处理并以农户需要的形式呈现给农户，农户就可以通过智能手机等设备查看最终的监测信息了。
（2）智能信息推送。系统的智能信息推送分为两个部分，一般的作物管理、生产规程、农产品销售等信息通过网站以每日提醒的方式呈现给农户；对于检测中出现的异常情况或者需要立即处理的事务，系统会通过电信运营商提供的短信功能进行及时的短信警告，以便农户能够及时进行处理，减少不必要的损失。
（3）自动控制。对自动化智能温室还可启动自动控制模式，由系统完成相关管理工作，如自动通风、打开或关闭遮光板、喷洒水分等。
（4）农事指导。通过专家系统和在线专家对农户进行农事指导。
3.2农业信息系统架构设计根据系统的需求，确定了“以互联网为信息传输基础，基于物联网技术进行农业数据采集、基于云计算进行数据存储处理、农户通过智能手机终端使用系统功能”的“物联网传感器+互联网+云计算中心+客户端”的系统架构[15]，具体如下。
（1）物联网传感器。主要由传感器模块和通信模块组成。其中传感器模块由温度、湿度、光照强度、空气质量、土壤养分等传感器组成，主要负责相关农业生产数据的采集；传感器模块采集到的数据通过通信模块汇总后，借助电信运营商的网络传送到服务器端[16]。
（2）互联网。数据到服务器的传送主要通过无线传感器网络、ADSL等实现，客户端的连接主要是基于GSM等无线网络[17]。 （3）云计算中心。系统目前使用园区的服务器组建，完成系统所需的数据存储、数据处理分析、农业控制、信息服务等功能[18]。
（4）客户端。用户可以通过智能手机等智能设备登陆到该系统使用相关功能[19]。
3.3农业信息系统客户端设计农业信息系统客户端主要的使用群体是农户，为了减轻农户的设备投资，系统选择以安卓智能手机等设备作为客户端平台，采用B/S结构进行开发。安卓操作系统在智能手机市场的占有率已经超过了80%，同时它的开发环境的开放性也是选择的主要原因[20]。采用B/S结构主要是为了减轻客户端的配置更新压力。安卓客户端的开发系统选择Android SDK+Eclipse进行设计。
客户端在易用性的要求下，尽量减少文字输入，更多采用触摸选择的方式，主要实现了实时监控、自动控制、农事指导、智能信息推送、系统设置等功能模块[21]。
3.4农业信息系统云计算中心的搭建与设计为了减少硬件投资、提高系统的稳定性，系统的数据存储和处理采用了云计算的方式。系统采用Hadoop平台搭建云计算中心，实现分布式计算和分布式处理。Hadoop是一个分布式系统基础架构，由Apache基金会开发，是一个能够让用户轻松架构和使用的分布式计算平台，它的开源性使用户可以轻松地在Hadoop上开发和运行处理海量数据的应用程序。该研究在园区的多台Linux服务器上搭建Hadoop分布式平台，采用Java作为主要的开发语言。Hadoop平台具有资源监控和资源调度的功能，该平台会监控云中服务器的CPU、内存和硬盘资源的使用情况，并根据处理任务进行负载分配，提高资源利用率和系统性能[22-23]。
系统中数据的存储采用MySQL数据库服务器，服务页面的设计主要通过PHP完成[24]。
4小结
该研究介绍的农业信息系统是在河南省农业高新科技园智能温室的智能控制系统之上进行的升级改造，在农业数据的采集中主要采用了物联网技术，数据的存储和处理是在基于Hadoop平台开发的云计算平台上进行，客户端采用了比较普及的安卓智能手机作为客户端，整个系统的网络连通采用了有线无线相结合的方式。系统目前仅在园区使用，下一步计划向周边农户推广应用。
参考文献
[1] 陈威，郭书普.中国农业信息化技术发展现状及存在的问题[J].农业工程学报，2013（22）：196-205.
[2] 王儒敬.我国农业信息化发展的瓶颈与应对策略思考[J].中国科学院院刊，2013（3）：337-343.
[3] 陈威，杨立新.国际农业信息化发展比较研究[J].广东农业科学，2013（20）：191-195.
[4] 赵静，王玉平.国内外农业信息化研究述评[J].图书情报知识，2007（6）：80-85.
[5] 宣锴，孟未来，路明祥.浅析国内外农业信息化进展[J].农业网络信息，2010（2）：48-50.
[6] 刘倩，张向飞，丁永生，等.面向农业物联网多环境信息融合的监测判别[J].浙江农业科学，2013（12）：1694-1696
[7] 刘鹏.云计算[M].北京：电子工业出版社，2011.
[8] 陈康，郑纬民.云计算：系统实例与研究现状[J].软件学报，2009（5）：1337-1348.
[9] 朱生，牟星亮，单康康.基于Android平台的应用程序开发研究[J].网络安全技术与应用，2013（10）：46-47.
[10] 张睿敏，唐占红，曹博.基于Android的农业信息组合系统设计与开发[J].兰州工业高等专科学校学报，2012（5）：12-14.
[11] 欧伟新，陈国忠.云计算及其分布式架构[J].电信快报，2012（1）：30-33.
[12] 许和隆，张宇.物联网与人类社会的未来变革[J].学海，2013（6）：125-128.
[13] 张全红.论中原经济区建设与河南农业现代化[J].农业经济，2012（6）：16-18.
[14] 王红.基于农业现代化的中原经济区发展研究[J].经济与社会发展，2011（6）：42-44.
[15] 蔡书凯.大数据与农业：现实挑战与对策[J].电子商务，2014（1）：3-4.
[16] 张根虎，史广富，张路.物联网智能技术在南京市江宁区现代农业上的应用[J].现代农业科技，2013（23）：349.
[17] 江朝晖，许正荣，陈祎琼，等.远程农业监测信息系统设计与实现[J].农业网络信息，2011（11）：40-43.
[18] 陈敏克，王晋宁，逯张禹，等.基于云计算的农业信息资源共享系统建设研究[J].农业网络信息，2011（4）：5-7.
[19] 卢宏才，霍成义.基于Web的农业信息发布系统的设计与实现[J].长江大学学报：自然科学版，2011（9）：79-81.
关键词 云计算；农业信息系统；物联网
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作者简介吴强（1979- ），男，陕西乾县人，讲师，硕士，从事农业专家系统和农业信息化研究。
我国是农业大国，农业现代化是农业发展的必然趋势。农业信息化是农业现代化的主要内容之一，加强农业信息系统建设是推进农业信息化的基础工作。农业信息系统是用现代数学工具、信息手段和计算机技术，辅助管理者实现管理功能的一种工具[1]。在农业信息化过程中，农民文化水平低、农业生产的地域分散、农业生产的基础数据量大等是阻碍农业信息化的主要瓶颈[2]。为此，笔者基于云计算、互联网、物联网等技术，设计建设一个集农业信息服务、农业生产控制、专家系统为一体的农业信息系统。
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国外的农业信息化发展较早，如美国、日本和德国等都将农业信息技术应用到了农业生产的各个环节[3]。我国农业信息化建设起步较晚，但在国家的大力支持下，已取得了很大的成就，建成了一批农业信息系统平台[4]。但是，这些农业信息系统在推广中却遇到了很多问题，究其原因，主要有以下几个方面：①农民普遍知识水平低，农业信息系统操作复杂，农民很难掌握使用方法；②需要电脑登陆，给农民造成了额外的经济负担；③农业信息系统的信息量大，与农民的实际农业生产结合不紧密[5]。
基于以上的问题，笔者在系统设计开发中充分考虑了农民和农业生产的实际，系统中农业数据的采集采用物联网技术，实时采集[6]；数据的存储和处理采用云计算技术，降低开发成本，提高数据稳定性和安全性，降低单个服务器的负载，提高系统运行的效率，便于后期的扩展[7-8]；由于安卓（Android）手机的普及率较高，成本也较低，系统的客户端基于安卓手机平台开发，农民可以通过智能手机登陆系统，降低了农民的使用成本，操作也简单方便[9-10]。
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河南省农业高新科技园是河南农业职业学院的教学实习基地，占地面积37.6 hm2，2009年被国家农业部评为现代农业技术培训基地。园区从西班牙引进3 hm2全自动智能温室，用于设施农业的科研、教学和生产。该系统基于该智能温室已有软硬件设施，应用云计算、物联网等技术开发农业信息系统，并最终推广到普通农户。
3.1农业信息系统需求分析该院位于中原经济区的核心地带——郑州，中原经济区的战略定位为：国家重要的粮食生产和现代农业基地，全国工业化、城镇化、信息化和农业现代化协调发展示范区，全国重要的经济增长板块，全国区域协调发展的战略支点和重要的现代综合交通枢纽，华夏历史文明传承创新区[13]。信息化和农业现代化是中原经济区建设的核心内容之一[14]，该系统基于现有温室开发农业信息系统，起到示范作用，并逐步推广到周边农户，主要功能有以下4个方面。
（1）实时监测温室状态。系统通过温度、湿度、土壤养分、光照强度等传感器采集生产数据，通信设备负责将数据上传到服务器，服务器对数据进行分析处理并以农户需要的形式呈现给农户，农户就可以通过智能手机等设备查看最终的监测信息了。
（2）智能信息推送。系统的智能信息推送分为两个部分，一般的作物管理、生产规程、农产品销售等信息通过网站以每日提醒的方式呈现给农户；对于检测中出现的异常情况或者需要立即处理的事务，系统会通过电信运营商提供的短信功能进行及时的短信警告，以便农户能够及时进行处理，减少不必要的损失。
（3）自动控制。对自动化智能温室还可启动自动控制模式，由系统完成相关管理工作，如自动通风、打开或关闭遮光板、喷洒水分等。
（4）农事指导。通过专家系统和在线专家对农户进行农事指导。
3.2农业信息系统架构设计根据系统的需求，确定了“以互联网为信息传输基础，基于物联网技术进行农业数据采集、基于云计算进行数据存储处理、农户通过智能手机终端使用系统功能”的“物联网传感器+互联网+云计算中心+客户端”的系统架构[15]，具体如下。
（1）物联网传感器。主要由传感器模块和通信模块组成。其中传感器模块由温度、湿度、光照强度、空气质量、土壤养分等传感器组成，主要负责相关农业生产数据的采集；传感器模块采集到的数据通过通信模块汇总后，借助电信运营商的网络传送到服务器端[16]。
（2）互联网。数据到服务器的传送主要通过无线传感器网络、ADSL等实现，客户端的连接主要是基于GSM等无线网络[17]。 （3）云计算中心。系统目前使用园区的服务器组建，完成系统所需的数据存储、数据处理分析、农业控制、信息服务等功能[18]。
（4）客户端。用户可以通过智能手机等智能设备登陆到该系统使用相关功能[19]。
3.3农业信息系统客户端设计农业信息系统客户端主要的使用群体是农户，为了减轻农户的设备投资，系统选择以安卓智能手机等设备作为客户端平台，采用B/S结构进行开发。安卓操作系统在智能手机市场的占有率已经超过了80%，同时它的开发环境的开放性也是选择的主要原因[20]。采用B/S结构主要是为了减轻客户端的配置更新压力。安卓客户端的开发系统选择Android SDK+Eclipse进行设计。
客户端在易用性的要求下，尽量减少文字输入，更多采用触摸选择的方式，主要实现了实时监控、自动控制、农事指导、智能信息推送、系统设置等功能模块[21]。
3.4农业信息系统云计算中心的搭建与设计为了减少硬件投资、提高系统的稳定性，系统的数据存储和处理采用了云计算的方式。系统采用Hadoop平台搭建云计算中心，实现分布式计算和分布式处理。Hadoop是一个分布式系统基础架构，由Apache基金会开发，是一个能够让用户轻松架构和使用的分布式计算平台，它的开源性使用户可以轻松地在Hadoop上开发和运行处理海量数据的应用程序。该研究在园区的多台Linux服务器上搭建Hadoop分布式平台，采用Java作为主要的开发语言。Hadoop平台具有资源监控和资源调度的功能，该平台会监控云中服务器的CPU、内存和硬盘资源的使用情况，并根据处理任务进行负载分配，提高资源利用率和系统性能[22-23]。
系统中数据的存储采用MySQL数据库服务器，服务页面的设计主要通过PHP完成[24]。
4小结
该研究介绍的农业信息系统是在河南省农业高新科技园智能温室的智能控制系统之上进行的升级改造，在农业数据的采集中主要采用了物联网技术，数据的存储和处理是在基于Hadoop平台开发的云计算平台上进行，客户端采用了比较普及的安卓智能手机作为客户端，整个系统的网络连通采用了有线无线相结合的方式。系统目前仅在园区使用，下一步计划向周边农户推广应用。
参考文献
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