基于物联网的黄瓜辅助育种系统设计与实现

尹川++李凤菊++闫嵩++徐义鑫

摘 要：本研究主要应用物联网技术辅助黄瓜育种，系统以J2EE为应用开发的技术架构，采用java语言进行系统开发、以Mysql作为数据库的开发工具。系统实现了育种数据的导入、保存、编辑、查询检索等数据管理功能以及黄瓜育种专家对工作中经常用的数据处理与统计分析功能；并通过无线传感器节点实现了环境数据的实时上传，借助环境数据来辅助育种专家做出品种选择的决策。

关键词：物联网；黄瓜；辅助；育种系统

中图分类号：S126 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.08.022

Abstract：. In this study， the system used J2EE as the application development of technical system architecture， using java language to develop the system， using Mysql as the database development tool， and Internet of things technology assisted in cucumber breeding， The system has realized the breeding data preservation， save， edit， query， and statistical analysis functions of cucumber breeding experts data； and through the wireless sensor node （ZigBee） to realize the real-time upload environmental data， with the help of environmental data assisted breeding experts to make variety selection decision.

Key words： internet of things； cucumber；assisted；breeding system

种业是农业发展的基础产业，是保证农业长期稳定发展、保障国家粮食安全的根本[1-3]。我国在育种数据管理方面和国际大公司相比还有很大差距，国外的大型种子公司（以先锋、先正达、孟山都为代表的种业公司）都已基本实现了科学化的科研信息化管理体系，育种材料的系谱、多年的试验数据等都能清晰地获取与保存，这些都要与其良好的数据采集体系以及数据管理分析体系密切关联[4-5]。商业化育种、科学化标准化的管理是世界种业发展的必然趋势，信息化是科学化现代化科学研究的根基[6-7]。资源和数据管理在科研管理方面应用的重要性也在21世纪初体现出来，近几年国内的大种子公司也开始意识到科研信息化管理的重要性，并纷纷开始着手建设信息管理系统[8-9]。越早开始信息化管理，越早实现育种经验的数字化积累，才能为未来的育种科研发展打下越扎实的基础[10-12]。

随着信息技术的迅猛发展，传感器、移动互联等物联网技术[4]在现代农业中的应用逐步拓宽，通过使用无线传感器网络可以减少人为对农田环境的影响，准确的获取环境和作物信息，降低人工管理成本并提高设施种植的精确性，从而提高产量、提高作物品质，促进了现代农业发展方式的转变[13-15]。

1 系统设计目标与功能设计

1.1 系统设计目标

本系统主要采用物联网技术辅助传统黄瓜育种，从解决黄瓜育种中的实际问题出发，紧密结合育种专家的要求，研制出适于黄瓜育种信息管理的计算机软件，并实现环境数据信息与黄瓜育种数据信息的科学管理和分析应用，提升黄瓜育种的科学水平和效率。

1.2 系统技术路线

本系统主要由无线传感器节点和育种专家数据处理分析两部分组成。其中，无线传感器节点由5部分组成，分别是：传感器部分、液晶显示部分、Zigbee无线通信部分、电源部分以及扩展接口部分。可以实现对设施温室内土壤温湿度、温室小环境空气温湿度、光照等多个物理参数的获取，并通过Zigbee无线通信单元将信息发送出去，节点具有多路模拟量、数字量扩展通道接口，可根据实际需求进行连接。育种专家数据处理分析系统采用B / S 框架，系统框架分为3层，依次为数据库层、应用服务层以及表示层。服务器数据库层主要是对传感器采集的环境数据、用户管理信息、育种专家业务数据等进行归档，提供快速查询的底层接口。应用服务层是传感器数据、专家数据与数据库之间的逻辑层。表示层主要是实现多样化的育种专家数据的输入、查询显示等，为业务逻辑的正确执行提供适当的环境，协调专家数据与环境数据采集的各项任务执行。如图1所示。

1.3 开发环境

本系统开发运用Microsoft Windows 7服务器操作系统；Web服务器为Tomcat8；采用Mysql5.0数据库管理系统，Mysql是一个开源的数据库平台，目前被广泛地应用在Internet上的中小型网站中。

1.4 系统功能设计

本系统主要实现两大功能，一是实现环境数据的实时采集，二是实现黄瓜育种专家数据的处理分析，从而为育种专家决策服务，主要功能如图2。环境数据的采集主要是针对黄瓜整个生育期的空气温湿度、光照强度、土壤温湿度每次间隔10 min不断采集；育种数据管理分析功能主要是育种专家对所采集的田间数据（整个生育期的龙头情况、长势、产量以及瓜条商品性）进行处理分析，可分不同时间、不同采集项进行相关的查询、计算，并可以进行图表展示。

2 系统实现

2.1 用户登录

由于育种数据的保密性，普通用户和数据操作用户均由管理员创建，填写“用户名”、“密码”和“验证码”进入系统，其中普通用户只提供信息浏览功能，数据操作用户提供系统的实际操作功能。系统对验证成功的用户返回登录成功的消息，并且给出用户的用户组类型，其他情况则提示用户登录失败。endprint

2.2 育种数据汇总分析

育种专家数据通过系统导入到数据库中，可根据生育期以及专家数据的各类指标（“产量”、“瓜条”、“长势”、“龙头”）进行查询汇总分析，并可分别查看每个指标的查询结果，以表格形式展示出来（图3），并以Excel的形式下载。点击“作图”可以对查询数据进行作图分析（图4）。

2.3 品种推荐分析

依据生育期查询计算育种数据，可以按照“产量推荐”和“瓜条推荐”两个推荐条件进行选择，按照升序显示前10项，为育种专家选择目标品种提供参考（图5）。

2.4 环境数据管理

设计选用2.4GHz Zigbee短距离无线传输技术，可获得更大的适用范围和更强的抗干扰能力，并且与同一频率下的WiFi相比具有能够组建更加复杂的网络结构的特点，与433 MHz频段相比具有更高的传输速率和更好的稳定性，使得2.4G Zigbee短距离无线传输技术非常适合在设施农业环境下使用。空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器通过服务器数据上传到系统里，按照时间进行查询和导出，主要内容如下图6。

2.5 用户管理

2.5.1 用户添加 管理员登录之后，可以添加本单位的新用户，并对添加的内容编写进行验证处理，如果添加条件不对，会弹出提示框。

2.5.2 权限分配 管理员可以为用户设定不同的权限，添加对应的操作功能，根据每个用户的具体工作情况而分配，不同的角色人员所拥有的浏览操作权限也不同。

2.6 退出系统

在系统界面的左侧树形结构中有退出系统的标题节点，点击“退出”就能直接退出系统，回到登录界面，此次的登录人员将不会被浏览器记录用户名和密码。

3 结束语

本系统的最大特点在于将物联网技术与黄瓜育种专家数据管理与统计分析集为一体，界面直观、操作简单。环境数据的实时采集为育种专家进行品种筛选提供了依据，以及依据专家数据通过产量和瓜条商品性进行品种推荐，为育种工作者提供一种全新的、更为简便易学、易理解的育种信息处理系统。当然本系统还有很多需要改进完善的地方，系统的功能设计也将越来越完善。本系统初步探讨了物联网技术服务于科研与生产进而推进黄瓜育种工作的发展，随着物联网技术发展的不断深入，为科研服务的范围与前景也必将更加广阔。

参考文献：

[1]何启伟，焦自高，刘华荣.山东蔬菜种业发展现状与展望[J].中国蔬菜，2014 （10）：55-57.

[2]孙海艳，李军民，刘哲，等.关于我国种业信息化建设的思考[J].中国种业，2014 （6）：1-3.

[3]梅盈洁， 张辉玲， 白雪娜， 等.基于技术路线图的广东种业科技创新战略研究[J]. 广东农业科学，2014（14）：183-188.

[4]詹琳，陈健鹏.全球现代种业的演进轨迹——基于三大跨国种业公司成长视角[J].农业经济与管理，2014，27（5）：77-89.

[5]李晓俐.浅析国内外农业种业的科技创新[J].科学管理研究，2014，32（5）：94-97.

[6]刘为更，杨今胜，陈亭，等.我国商业化育种体系的建设探讨[J].农业科技通讯，2014 （4）：4-5， 8.

[7]樊智翔，智建奇，安伟，等.商业化育种新形势下玉米品质育种动态与走向[J].山西农业科学，2007，35（4）：28-30.

[8]陈立平，李奉令.农博士育种家软件在育种工作中的应用技术[J].中国园艺文摘，2010 （7）：171-172.

[9]郑秀国.植物育种辅助专家系统研究[D].武汉：华中农业大学，2008.

[10]岳桂兰， 郭景， 张靖国， 等.水稻新品种选育专家系统的研制[J]. 计算机农业应用，1993（1）：12-15.

[11]彭海，陈红.水稻育种中杂种组配计划书自动编写系统[J].安徽农业科学，2007，35（34）：11290-11291.

[12]蒋兰玲，杨勇，赵薇.蔬菜育种信息处理系统设计[J].农业网络信息，2009 （1）：20-22， 49.

[13]陈举林，王玉新，苏波，等.玉米育种系统分析[J].国外农学-杂粮作物，1999，19（4）：7-9.

[14]赵薇，司龙亭，蒋兰玲.果菜类蔬菜育种信息处理系统的设计与实现[J].河南农业科学，2008 （10）：105-109.

[15]王占中，郭瑞林，齐光荣，等.基于Java的作物灰色育种智能决策系统研究[J].安徽农业科学，2008，36（13）：5669-5670， 5675.endprint