在智慧林业背景下，全面了解香榧的生长习性是实现其种植精细化管理的基础。为推动香榧产业的可持续发展，本文设计并实现了香榧种植大数据平台，通过使用传感器对香榧林的种植气候和土壤等环境数据进行监测，将数据以太网接入的方式接入到互联网，设计大数据平台，实现香榧种植环境信息实时监控和可视化展示。本文主要从以下两个方面进行了详细介绍：
1 技术概述
该平台的设计分为三个主要层面：
感知层：通过各种传感器采集香榧生长所需的环境数据。该层包括各种传感器，如日照传感器和百叶箱型温湿度照度CO2一体传感器，实时检测影响香榧生长的环境因素，如光照、水分和温湿度等。
平台层：负责数据的存储、处理和传输。以含STC12C5A60S2芯片的控制箱为核心，负责数据的存储、处理和展示。平台根据需求设计核心算法，完成数据融合和知识提取，同时进行角色管理和权限管理，提供数值拟合校正服务。传感器采集到的数据通过RS-485总线传输至控制箱，后者通过以太网将数据接入云平台。
应用层：通过数据可视化工具展示实时监控结果，并通过预警系统帮助决策。展示决策算法的结果，最终数据在香榧种植系统的大数据展示平台上以图表形式呈现，系统可及时对异常数据发出预警，实现精细化管理。
1.1 感知层
感知层主要进行土壤和气候环境信息的采集。土壤的采集参数包括土壤pH值、土壤电导率和土壤温湿度，而气候环境的采集包括空气温湿度、大气压力、CO2含量、降水量、日照时长、风速以及风向等。
在气候环境监测中，因百叶箱型温湿度照度CO2一体传感器具有高灵敏度、高精度以及测量范围宽、传输距离远等特点，选择使用该一体传感器感知香榧所处环境中光的强度、环境温度、空气湿度以及CO2浓度。
图1 百叶箱型温湿度照度CO2一体传感器
选择使用的气压变送器具有较高的可靠性，能够在长时间内提供稳定的性能，监测所处环境的大气压力。选择使用不锈钢单翻斗式雨量计确定某一时段内的降水量、降水强度和降水时间等。
图2 不锈钢单翻斗式雨量计
在土壤环境监测中，选择使用土壤温湿度+盐分+土壤电导率（EC值）传感器，监测所处环境土地的温湿度、电导率；选择使用pH值+电导率+温湿度传感器，监测所处环境土地的pH值。
图3 土壤温湿度+盐分+土壤电导率（EC值）传感器
1.2 平台层
传感器采集到的数据采用RS-485集线器，实时传输香榧种植基地的环境信息到控制箱，控制箱按照规定的协议格式将数据传输到云平台。控制箱内部自制电路板，主要负责信息的采集及传输。自制电路由 STC12C5A60S2 最小系统、RS-485芯片组成的稳压电路和 Led（发光二极管）电路组成，并以端子模块连接虚拟控制中心（VCC）与稳压电路。STC12C5A60S2的单片机具有高性能处理能力，支持多种低功耗模式，可有效降低功耗，具备高精度的计时能力。
图4 控制箱内部结构
传感器采集到的数据通过控制箱传输到云平台后，该系统从构建标准数据集的角度进行数据多粒度融合，通过构建统一数据单元来支持多模态特征融合和多种类型、结构数据集的封装融合。首先，对采集的香榧相关数据进行数据集成和特征提取，抽取出数据中的不同特征，实现对数据相关的位置属性、时间空间关联属性和其他观测属性的特征描述。其次，通过元数据定义方法和JSON数据交换技术（JavaScript Object Notation，JS对象简谱），实现不同种类的统一数据单元定义，对每一类统一数据单元进行基本信息和各类属性定义和描述。最后，针对不同的挖掘计算服务模型，实现快速数据适配。
1.3 应用层
香榧树对土壤和气候条件要求极高，传统管理方式常导致植株成活率低和产量不稳定。因此，香榧园区工作人员亟需一个实时监测环境数据的工具，以便及时作出科学决策，确保香榧的健康生长和丰产。为解决实时监测环境数据的问题，构建香榧种植大数据展示平台。平台采用了AntDesign框架进行开发，并引入了Echarts组件作为图表可视化工具，以便于数据分析与展示。其主要功能模块包括：
环境监测模块：该模块实时展示土壤和气候的监测数据，如温湿度、pH值、降水量等。香榧园区工作人员可以通过直观的图表和数据，及时了解种植环境的变化，从而制定相应的管理策略。
预警信息模块：当监测数据超过设定的安全阈值时，系统会自动生成预警信息并通过图表形式展示预警次数及处理情况。这使得科研人员和农户能够迅速响应潜在的风险，降低损失。
园区数据展示模块：该模块展示各个香榧种植园区的数量及监测设备的运行状态，为香榧园区工作人员提供了全面的香榧园区种植环境视角，方便对不同园区的情况进行比较和分析。
通过这些模块的有机结合，香榧种植大数据展示平台实现了实时数据的监测与展示，香榧园区工作人员可以依靠平台提供的信息，灵活调整种植方案，优化资源配置，从而提升香榧的产量和品质。
图5 香榧种植大数据展示平台
为提升香榧种植大数据平台的管理效率，Web管理系统选择基于Spring Cloud的微服务架构进行开发。通过建立多块拼接屏支持的大屏幕展示中心，可以有效保存精准种植、监管和科技服务的数据，促进不同种植基地与平台间的互联互通。这一系统不仅增强了数据的可视化展示，还为科学决策提供了坚实的数据支持。
图6 Web管理系统
2 建设成效
安徽纳福迎祥生物科技有限公司通过使用香榧种植大数据平台成功构建了香榧智慧管理模式，推出了香榧树手机App终端管理平台，以及配套物联网建设视频监控、大屏幕终端、服务器，实现了对667hm2香榧基地的实时监控和精细化管理。这一管理模式不仅提升了生产效率，还增强了种植的科学性和可持续性。通过香榧种植大数据平台，管理者能够灵活调整种植方案，优化资源配置，提高香榧的产量和品质。
来源：安徽省林业局
