農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務平臺構建關鍵技術研究.pdf

1、“云計算”主要通過互聯(lián)網為用戶提供基礎設施、平臺和軟件服務，這種面向服務新型計算模式為解決當前農田土壤墑情監(jiān)測和灌溉決策面臨的信息服務需求與投入之間的矛盾問題提供了新的思路。通過云服務平臺，可以有效降低用戶使用墑情監(jiān)測信息指導灌溉決策的服務成本和系統(tǒng)建設投入風險，提高節(jié)水灌溉管理信息化建設效率。通過按需服務，快速集成構建應用系統(tǒng)是實現(xiàn)云服務中“軟件即服務（Soft as a service，Saas）”的關鍵，針對這一關鍵問題，本研究以

2、快速高效構建農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉系統(tǒng)為目標，研究提出適合土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策服務的云服務平臺體系架構，發(fā)展農田土壤墑情監(jiān)測云服務粒度優(yōu)化設計方法，提出基于服務的農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉應用系統(tǒng)快速構建技術方法，并對墑情監(jiān)測和智能灌溉決策中的關鍵云服務進行設計和實現(xiàn)，為構建高效安全的農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務平臺提供理論和技術基礎。本研究主要研究內容及結論如下：
　?。?）分析了云服務平臺體系結構及與之相適應的的

3、關鍵技術問題。通過對比分析主流云服務平臺的體系結構特點，結合農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉業(yè)務領域分析，確定了私有云是目前搭建墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務平臺的最有效方式，且服務粒度設計、服務管理與集成以及安全性問題是私有云服務平臺構建的技術關鍵。結合云服務平臺框架設計、需求分析和功能設計，設計了適合農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉私有云服務平臺構建的云服務平臺體系結構，這種面向服務的結構在擴展性和用戶透明性方面有提升。
　?。?）研究了農田土

4、壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策云服務粒度優(yōu)化設計方法。服務粒度作為表征云服務質量的重要屬性，很大程度上影響按需服務的靈活性和服務集成的難度。本研究通過綜合分析農田土壤墑情監(jiān)測服務在各特征空間上的相似程度與關聯(lián)、依賴關系，基于加權有向圖，構建了面向整個農田土壤墑情監(jiān)測業(yè)務領域的原子服務相關距離模型；同時，把粒度優(yōu)化問題轉換為路徑優(yōu)化問題，并結合蟻群優(yōu)化聚類算法提出了云服務粒度優(yōu)化方法，解決了云服務平臺的服務粒度的定量化優(yōu)化設計問題。通過設計農田

5、土壤墑情監(jiān)測服務粒度優(yōu)化實驗，引入基于Qos的服務評價模型對比分析了服務粒度優(yōu)化結果，結果表明通過粒度優(yōu)化后的服務集合的綜合服務粒度適中，更符合高聚合、低耦合和低復雜度的服務粒度設計原則，相比細粒度集合和粗粒度集合，粒度最優(yōu)后的云服務能提供最高的服務質量。
　　（3）研究了基于服務的農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉應用系統(tǒng)快速構建技術方法。服務集成技術水平決定了基于按需服務構建農田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策應用系統(tǒng)的速度和效率。通過分析

6、服務的組織管理模式，并構建服務管理平臺提高基礎服務的組織運行效率；在分析墑情監(jiān)測與灌溉控制應用系統(tǒng)常用設備和功能的基礎上，基于 Web前端設計和開發(fā)了用于應用系統(tǒng)定制開發(fā)的可視化系統(tǒng)框架，便于應用系統(tǒng)的快速高效構建實現(xiàn)。
　?。?）數(shù)據(jù)傳輸服務、灌溉決策分析服務以及安全控制服務研究。安全性、可用性以及服務性能是體現(xiàn)云服務平臺質量水平的重要方面。本研究針對數(shù)據(jù)通訊實時性問題，設計并開發(fā)實現(xiàn)了基于觀察者模式的實時數(shù)據(jù)推送機制，可以較低

7、成本實現(xiàn)實時性能的提升；設計了精量灌溉決策云模型庫，利用云模型庫的應用接口提供優(yōu)選建模功能，可有效降低因由模型多樣性而帶來的建模復雜程度，解決了灌溉決策模型的優(yōu)選與適配問題；針對云服務應用環(huán)境中安全訪問控制問題， 研究提出了一種新的基于角色和空間屬性的細粒度的訪問控制模型 REBAC，該模型具有更強的客觀世界表達能力與靈活性，實現(xiàn)對服務細粒度的、多層級及動態(tài)限定訪問空間區(qū)域范圍的的訪問控制。
　　（5）在以上關鍵技術研究