基于移动终端的数字果园管理系统
白云鹏，张玉新，赵洋，苑侗侗，魏倩文
（河北农业大学信息科学与技术学院，河北 保定 071001）
摘要:
数字果园管理系统一款面向果园管理的数字化精准果树管理系统。以单株果树为最小管理单元, 创新性引用现代移动设备，录入对象编号即可获取相关信息，决定管理措施。并配备了远程监控组件，随时观察果园动态，通过Socket网络编程技术，以实现果树管理人员之间的内部通信。系统软件开发环境为Netbeans8.1，数据库管理系统选择SQL Server 2014，媒体处理系统使用JMF 2.11e，界面管理采用Swing，实现了用户管理、果园管理、果树管理、果树日志管理四个模块的数据管理。使用本系统进行专家模式精准管理，能够快捷、简单、准确的记录和查询有关果树的一切信息，适合非信息技术专业人员使用，耗费最少的人力实现果园的智能化管理。
关键字：移动终端；数字果园；Java技术
Moblie Client Based Digital Orchard Management System
Bai Yunpeng,Zhang Yuxin,Yuan Tongtong,Wei Qianwen(College Of Information Science & Technology,Agricultural University Of Hebei,Baoding,Hebei,071000)
Digital orchard management unified digital management system for precision fruit trees for orchard management. Plant trees, for minimum management unit, innovative reference modern mobile devices, object number can get related information of the input, decision management measures. And equipped with remote monitoring components, observe the orchard dynamic, through the Socket network programming technology, in order to realize the intercommunication between fruit tree management. System software development environment for Netbeans8.1, choose SQL Server 2014 database management system, the media processing system using JMF 2.11 e, interface management using Swing, realizes the user management, orchard management, fruit tree, fruit tree log management four modules of data management. Use accurate expert mode of management, this system can fast, simple and accurate records and query information on fruit trees of all, for information technology professionals to use, take the least amount of manpower to implement the intelligent of the orchard management.
Keywords：mobile client；digital orchard；Java technology
引言
种植业历来是我国农业的基础产业，根据业界分析，20世纪80、90年代果品总产量达到10%和%13的正增长，21世界初仍旧保持着5%以上的增长。果品种植在农业中已经成为仅次于粮食、蔬菜的第三大种植产业。随着第三次信息革命的快速发展，传统果树管理的方式逐渐显示出管理效率低下的弊端，越来越难以适应市场化经济时代的迅速发展。
近几年，许多高校对于数字果园技术领域进行了较为系统的研究，比如，太原理工大学借助分布式GPS数据采集系统等，提高了柑橘种植管理效率。中国农业科学院基于传感器技术、嵌入式技术和无线通信技术等,设计了基于3G网络的苹果园环境监测系统。所以，在DT发展的现实趋势下，数字果园技术将会使果园的管理更加数字化、系统化，进而改善和提高果园的整体效益。
1．数据库设计
鉴于本系统所需要的数据存储容量暂时达不到大型企业级的容量需求，而且本系统的数据使用又不像一般小公司那样简单，所以采用维护简单、性价比高、容易操作的中型数据库管理系统SQL Server 2014 Enterprise。SQL Server数据库将劳动者（管理员），固定资产（果园），生产资料（果树）有机的结合在了一起，充分发挥了关系型数据库处理快速、高效、敏捷的优势，同时融合进了三大信息系统：事务处理系统（TPS）、信息管理系统（MIS）、决策支持系统（GSS）的精华部分。采用搭载有JVM环境的平板进行日常维护果树的信息录入，充分发挥了TPS便捷的优势，同时对数据的综合查询体现了MIS信息管理有效的优势，能够帮助管理人员根据数据分析出下一步将需要进行什么样的维护操作，极大限度发挥出了GSS的综合分析的优势。
1.1概念数据模型设计
E/R关系模型应用在程序设计中的的变量表示为9个数据表格，以果树（fruiter）为中心联系到果园（orchartist）、果农（orchard）、果实（fruit）、农药（pesticide）、浇水（water）、施肥（fertilizer）、虫害（pest）、品种（species）这几个实体集，此种结构清晰明了、稳定健壮、无冗余，符合鲁棒性原则。
1.2对象关系模型设计
由于本文篇幅有限，所以列举其中两个较为重要属性表：果树（orchardist）、果实（fruit）。果树是最为核心的数据表，其它任意实体都可以通过果树关联到其它实体，果实又是反应产量和管理效果的关键，通过果园划分出了不同区域不同品种的对比。
| 关系名: 果树 |
||||
| 函数依赖 |
果园表 |
|||
| 范式级别 |
3NF（第三范式） |
|||
| 属性名 |
属性的描述 |
属性的类型 |
约束 |
备注 |
| 果树编号 |
果树的编号 |
Char(10) |
Not null primary key |
|
| 果树名称 |
果树的名称 |
Char(10) |
Not null |
|
| 种类 |
果树的种类 |
Char(10) |
|
references species(number) not null |
| 年产量 |
果树的年产量 |
Varchar(max) |
Not null |
|
| 调查名1 |
复合主键 |
Char(10) |
|
references orchard(number) |
| 调查名2 |
复合主键 |
Char(10) |
|
references orchardist(number) |
| 关系名: 果实 |
||||
| 函数依赖 |
果树表 |
|||
| 范式级别 |
3NF（第三范式） |
|||
| 属性名 |
属性的描述 |
属性的类型 |
约束 |
备注 |
| 调查名 |
复合主键 |
Char(10) |
|
references fruiter(number) |
| 时间 |
成熟时间 |
Datetime |
Not null |
|
| 果实大小 |
果实的大小 |
Char(10) |
Not null |
|
| 果实颜色 |
果实的颜色 |
Char(10) |
Not null |
|
| 是否完好 |
果实的完整度 |
Char(1) |
Check(begood='y' or begood='n') |
|
| 果实成熟度 |
果实的成熟度 |
Char(10) |
Not null |
|
2.主要功能设计
本文依据跨平台的java技术，参考MVC(模型-视图-控制)开发模式，并结合Socket、JFM、Swing、JDBC等开发工具，针对果树管理人员看管果园极不灵活以及不能及时地勘察果园实时状况问题，设计了综合性的果园信息管理和交流平台，具有便捷的员工内部通信功能、实用的Remote-control功能。这样，即使果农不在果园中，就能掌握最新的果园动态并便利地与其他管理人员进行沟通，在节省管理的时间同时，提高了管理的效率。同时，处在DT时代，根据大数据的5V特点：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（价值）Veracity（真实性），设计了安全、可靠且高效的DBMS，将果园管理的数字化、客观化，不仅弥补了传统人工记录信息既低效又粗糙的缺点，同时，通过大数据技术，可以为果农提供最精确、客观、真实、有利的数据参考，使农民的效益最大化。
2.1企业内部通信系统
此企业内部通信系统是专门为果园管理者进行内部通信使用的，普通用户和外部人员暂时无法使用，针对不同果园之间的交流特地开发处一套可供通信的安全，便捷的通信程序，当果农登陆此果园管理系统是，便可点击其功能模块便捷的进行沟通。
本系统基于传统Java平台，应用SQL Server 2014作为后台数据库处理系统，应用网络Socket编程技术，将整个软件设计成C/S结构的客户端与服务器段软件，当两方要进行通信时，首先都与服务器进行TCP链接，确定在线状态，一旦获取在线名单，便可选择相应人员进行UDP通信，通信全过程服务器端不做干涉，使的信息快速接收和发送，本软件由于尚处于内部使用，还未加入普通用户管理功能，客户端界面友好，适合日常使用。
2.2实时监控系统
实时监控系统是整个系统中重要的一个功能模块，主要是使的果农对大果园的管理更加容易，不必花费大量的人力去现场查看果树的生长情况，使的管理的效力大大提升，同时也是提升现代化管理水平。
本软件采用JMF多媒体编程技术与Java平台完美契合，使的摄像监控工作从驱动到采集都展现出出色的品质，不仅能够提供实时监控的功能，而且能够将捕捉到的画面压缩编码成图片和视屏，以供日后的调查和保存。程序将视屏的实时捕捉和采集分成了两个类分别承担不同的任务，当在基本种植淡季无需进行视屏捕捉是可利用轻量级的视屏监控进行果园的实时监控，节省硬件资源发挥更高的效力。监控界面配合使用SWING设计技术把图像完美嵌入到使用者的眼前。
3.项目可行性分析
3.1现阶段的数字果园
相比较于果农手动人为地管理方式，现阶段的数字果园系统地实现了对果园的科学化管理。通过果树日志管理将树种施肥等信息(后台数据库)、空间信息(GIS系统)等，进行专家式精准管理。所有果树的种植生长信息进行了全面的记录，对每一个果农以及管理人员进行了工作信息的记录，这些数据都将为未来的数字果园大数据平台提供可能。为云计算农业铺平道路。
3.2未来研发方向
在果园中配备装载有物联网操作系统的计算机，该计算机将为实现远程配置、远程诊断、远程管理等数字果园管理任务提供最坚实的基础。这里将包含常见的远程操作特性，如远程修改设备参数、远程查看运行信息等。
在果园中搭建完善的网络功能，果园的专属网络将支持完善的TCP/IP协议栈，包括对IPv4和IPv6的同时支持。它的协议栈要具备灵活的伸缩性，以适应裁剪需要。同时也支持丰富的IP协议族，比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等协议，以适应只能终端和安全可靠性要求高的远程管理中。
参考物联网工程，整个果园将实现无线网络内置功能。我们的终端将支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共网络的无线通信功能，更将支持Zigbee/NFC/RFID等近场通信功能，实现果树与终端机的交互功能。
支持WLAN/Ethernet等桌面网络接口。而且这些协议能够互相转换，能够从一种协议获取的数据报文，转换成另外一种协议的数据报文并发送出去。这样将实现语音通信和视频通信，将果园的信息实时的传输到果树管理控制中心。
3.3，数字果园的总体研发阶段分析预测
第一阶段，基于人工的传统管理方式。
第二阶段，基于移动终端的数字化人工管理阶段。
第三阶段，基于物联网的人工控制管理方式。
第四阶段，基于大数据平台与人工智能的自动化管理阶段。
4.结语
农业信息化绝对是科技发展大背景下的趋势，数字果园的发展也将会一步一步前进的。人们总是在思索中探寻未来的道路，本系统是一个承前启后的信息科技产物，必将在其功能的不断完善和结构的不断更迭中发展。其为我们提供的数据入口，也将带动其他学科的不断前进与发展。
参考文献
[1] 尉哲明，冀素琴. 基于java的综合课程设计[M]. 清华大学出版社
[2] 孙晨霞. Java程序设计[M]. 北京邮电大学出版社
[3] 王睛，王建华. 新编关系数据库与SQL Server 2008[M].清华大学出版社
[4] 孙晨霞，数据库应用技术[M]，北京邮电大学出版社
[5] 刘燕德，周衍华. 数字化果园信息采集方法的研究进展[J]. 中国农机化学报.2014(02)
[6] 张会霞，陈宇晖 .“数字果园”GPS数据采集系统的设计与实现[J]. 广东农业科学. 2014(05)
[7] JENSEN C,SCACCHI W. Process modeling across the Web information in frastructure[J].Software process improvement and practice,2005,10(3):255-272
[8] 齐治昌，谭庆平，宁洪. 软件工程[M]. 高等教育出版社
[9] 王国辉，宋禹蒙. Java项目开发全景实录[M]. 清华大学出版社