本文關(guān)鍵詞：農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務(wù)平臺構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：“云計算”主要通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施、平臺和軟件服務(wù),這種面向服務(wù)新型計算模式為解決當(dāng)前農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測和灌溉決策面臨的信息服務(wù)需求與投入之間的矛盾問題提供了新的思路。通過云服務(wù)平臺,可以有效降低用戶使用墑情監(jiān)測信息指導(dǎo)灌溉決策的服務(wù)成本和系統(tǒng)建設(shè)投入風(fēng)險,提高節(jié)水灌溉管理信息化建設(shè)效率。通過按需服務(wù),快速集成構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)是實現(xiàn)云服務(wù)中“軟件即服務(wù)(Soft as a service,Saas)”的關(guān)鍵,針對這一關(guān)鍵問題,本研究以快速高效構(gòu)建農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉系統(tǒng)為目標(biāo),研究提出適合土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策服務(wù)的云服務(wù)平臺體系架構(gòu),發(fā)展農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測云服務(wù)粒度優(yōu)化設(shè)計方法,提出基于服務(wù)的農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉應(yīng)用系統(tǒng)快速構(gòu)建技術(shù)方法,并對墑情監(jiān)測和智能灌溉決策中的關(guān)鍵云服務(wù)進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn),為構(gòu)建高效安全的農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務(wù)平臺提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本研究主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)分析了云服務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)及與之相適應(yīng)的的關(guān)鍵技術(shù)問題。通過對比分析主流云服務(wù)平臺的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉業(yè)務(wù)領(lǐng)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(wù)平臺的最有效方式,且服務(wù)粒度設(shè)計、服務(wù)管理與集成以及安全性問題是私有云服務(wù)平臺構(gòu)建的技術(shù)關(guān)鍵。結(jié)合云服務(wù)平臺框架設(shè)計、需求分析和功能設(shè)計,設(shè)計了適合農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉私有云服務(wù)平臺構(gòu)建的云服務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu),這種面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)在擴(kuò)展性和用戶透明性方面有提升。(2)研究了農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策云服務(wù)粒度優(yōu)化設(shè)計方法。服務(wù)粒度作為表征云服務(wù)質(zhì)量的重要屬性,很大程度上影響按需服務(wù)的靈活性和服務(wù)集成的難度。本研究通過綜合分析農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測服務(wù)在各特征空間上的相似程度與關(guān)聯(lián)、依賴關(guān)系,基于加權(quán)有向圖,構(gòu)建了面向整個農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測業(yè)務(wù)領(lǐng)域的原子服務(wù)相關(guān)距離模型;同時,把粒度優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為路徑優(yōu)化問題,并結(jié)合蟻群優(yōu)化聚類算法提出了云服務(wù)粒度優(yōu)化方法,解決了云服務(wù)平臺的服務(wù)粒度的定量化優(yōu)化設(shè)計問題。通過設(shè)計農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測服務(wù)粒度優(yōu)化實驗,引入基于Qos的服務(wù)評價模型對比分析了服務(wù)粒度優(yōu)化結(jié)果,結(jié)果表明通過粒度優(yōu)化后的服務(wù)集合的綜合服務(wù)粒度適中,更符合高聚合、低耦合和低復(fù)雜度的服務(wù)粒度設(shè)計原則,相比細(xì)粒度集合和粗粒度集合,粒度最優(yōu)后的云服務(wù)能提供最高的服務(wù)質(zhì)量。(3)研究了基于服務(wù)的農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉應(yīng)用系統(tǒng)快速構(gòu)建技術(shù)方法。服務(wù)集成技術(shù)水平?jīng)Q定了基于按需服務(wù)構(gòu)建農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉決策應(yīng)用系統(tǒng)的速度和效率。通過分析服務(wù)的組織管理模式,并構(gòu)建服務(wù)管理平臺提高基礎(chǔ)服務(wù)的組織運(yùn)行效率;在分析墑情監(jiān)測與灌溉控制應(yīng)用系統(tǒng)常用設(shè)備和功能的基礎(chǔ)上,基于Web前端設(shè)計和開發(fā)了用于應(yīng)用系統(tǒng)定制開發(fā)的可視化系統(tǒng)框架,便于應(yīng)用系統(tǒng)的快速高效構(gòu)建實現(xiàn)。(4)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、灌溉決策分析服務(wù)以及安全控制服務(wù)研究。安全性、可用性以及服務(wù)性能是體現(xiàn)云服務(wù)平臺質(zhì)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(shè)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(jī)制,可以較低成本實現(xiàn)實時性能的提升;設(shè)計了精量灌溉決策云模型庫,利用云模型庫的應(yīng)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(fù)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(wù)應(yīng)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(xì)粒度的訪問控制模型REBAC,該模型具有更強(qiáng)的客觀世界表達(dá)能力與靈活性,實現(xiàn)對服務(wù)細(xì)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(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測與智能灌溉云服務(wù)應(yīng)用原型系統(tǒng),并實現(xiàn)其核心功能模塊,給出其在全國土壤墑情估計中的應(yīng)用實例。結(jié)果表明,按需云服務(wù)方式構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)效率高,系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S126;S274;S152.7

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本文編號：1303102