摘要 丑橘又称丑八怪[1], 与其外表不同的是，丑橘味道极好，深受大众青睐。但是对丑橘种植户而言，却充满了诸多挑战：(1)栽培经验和市场洞察力不足，同时缺乏技术和市场行情指导。(
丑橘又称“丑八怪”[1], 与其外表不同的是，丑橘味道极好，深受大众青睐。但是对丑橘种植户而言，却充满了诸多挑战：(1)栽培经验和市场洞察力不足，同时缺乏技术和市场行情指导。(2)从种植到成熟的周期较长，且影响其生长趋势和结果的因素较多，种植户很难精准地估判其生长情况，难以预测果实收成。(3)传统丑橘种植过程中需要依赖大量的人力去做数据采集和监测分析，但是我们无法保证所得结果的效率和准确性。(4)遇到特殊天气、病虫害等突发状况，缺乏应对措施和专业指导。基于上述困难，本项目将在智慧农业的基础上，采用大数据等技术设计一个专门针对丑橘种植的解决方案。
1 大数据在种植业中的应用现状与前景
我国务农人口数在不断减少，且存在老龄化问题日渐严重的趋势，如何提高农业(尤其是种植业)生产效率，维持我国庞大的农业生产体系是关乎国计民生的一大要事。近年来，无论是大数据还是机器学习等技术都取得了持续性的突破进展，在诸多领域都得到了广泛的应用，种植业也不例外。我国包括世界上许多国家正在转变生产模式，从原先的机械化生产转变为信息化，一系列的衍生品正是这一转变的中间件。这些中间件利用大数据监测挖掘海量种植业产品的数据，并对其进行分析和预测，进而推荐相应的方案，大幅度提高了管理的精准度，改善了种植物的生长状况，节省人力，增加产值，促使产业升级，是智慧农业中重要的一环。
2 设计概述
2.1 功能设计 2.1.1 前台设计前台是使用本系统的非管理人员操作端，功能模块划分如图 1 所示。 2.1.1.1 用户管理模块：用于个人管理用户注册、登录和个人信息维护(1)注册：用户注册本系统账号;(2)登录：用户登录系统可使用本系统绝大部分功能;(3)个人信息维护：用户可对本人账号信息进行增删查改。 2.1.1.2 数据监测分析模块：用于显示丑橘的数据信息(1)开通丑橘监测分析功能：有需要的用户开通该功能，享受丑橘生长监测、分析、预测、决策功能;(2)查看丑橘生长数据：以图表形式查看采集的丑橘数据;(3)查看数据分析结果：查看丑橘当前生长状况聚类结果;(4)查看预测结果：查看未来生长情况预测结果;(5)查看决策信息：查看基于数据分析、种植技术和行情动态的建议。 2.1.1.3 种植技术学习模块：用于用户交流、学习丑橘种植技术和经验(1)观看视频课程：用户观看线上课程学习;(2)浏览新闻资讯：用户浏览平台资讯，掌握行情动态和相关研究;(3)发表种植经验：用户发表种植心得，支持图、文、视频;(4)点赞：用户点赞自己欣赏的分享内容;(5)评论：用户评价分享内容。 2.1.2 后台设计后台是本系统管理人员操作端，用于管理用户及系统功能，功能模块如图 2 所示。2.1.2.1 用户管理模块：用于管理员管理系统所有用户信息注册：管理员注册账号;登录：管理员登录后台;用户信息：管理员增删查改系统所有用户账号信息。 2.1.2.2 丑橘监测分析模块：数据管理：管理丑橘数据; 2.1.2.3 种植技术学习管理模块：用于管理员管理种植技术学习模块内容学习视频信息管理：管理员增删查改学习视频及其信息;新闻资讯管理：管理员增删查改新闻资讯;评论管理：管理员增删查改评论信息。
2.2 数据库设计 2.2.1 数据库概念结构设计项目采用 E-R 图来描述数据之间的关系，如图 3 所示。 2.2.2 数据库逻辑设计根 据 需 求 及 E-R 图 定 义 数 据 表，包 括 用 户 表(userInfo)、 丑 橘 数 据表(uglyOrangeInfo)、 视 频 课 程 表(videoInfo)、新闻资讯表(newsInfo)、种 植 心 得 表(sharingInfo)、 课 程 评 论表(videoCommentInfo)、 资 讯 评 论 表(newsCommentInfo)、视频点赞表(video LikeInfo)、资讯点赞表(newsLikeInfo)、回复表(replyInfo), 数据表格式如表 1- 表 6 所示。
3 技术概述
3.1 基于无线传感器网络的数据采集无线传感器网络由多个节点组成 [3]。在丑橘的监测区域中布置温度、湿度、光照、酸碱度传感器等，组成传感节点群，这些采集的数据经过多跳和网络通信传输到服务器，对数据进行计算处理并存储，再通过终端可视化，为用户提供接口。用户通过获取的信息进行操作 , 或者直接通过设置使其智能完成任务 [4]。架构图如图 4 所示。
3.2 基于 hadoop 分布式数据挖掘的丑橘生长情况聚类丑橘的各项数据丰富多维，其中包含了大量无用、不确定、不完整信息，既提高了处理成本，也极大地影响效率。利用 hadoop 大数据处理框架和数据挖掘能够在这些海量的数据中找到有用、有意义的信息，加以分析转化为易于接受理解的知识 [5]。处理过程如图 5 所示。
3.3 基于机器学习的丑橘生长预测结果分析和处理方案推荐机器学习中，决策树反映对象属性与对象值之间的一种映射关系，可用于预测。资料 [6] [7] [8] [9] [10] 表示，丑橘适宜生长温度为 18~25℃，温度在 -3℃左右的时候，会极大影响其生长;应当确保空气湿度处于 70% 左右，同时年降雨量以 1 300 mm 为宜，土壤含水量也应当保持在 70% 左右，一年当中达到 1 300 ～ 1 400 h 的日照总量，pH 值保持在 5.5-7.0，根据生长阶段的不同，一年上肥次数在 2~4 次左右。将采集的数据与各类的标准数据区间进行对比，通过构建决策树预测不同路径和节点处的丑橘生长走向。
4 结语
大数据和机器学习等技术在丑橘种植中可以起到监测、数据采集、预测、决策分析等作用，再结合互联网信息系统解决种植户缺乏经验和技术指导、无法准确判断生长状态和趋势等问题，节省了人力物力，科学决策。未来，大数据在丑橘及其他种植业的应用会愈加广泛、精准有效。
参考文献
[1] 叶 青 青 , 李 亚 娜 , 何 宸 . 不同处理 对 丑 橘 品 质 的 影 响 [J]. 食品科技 ,2017,42(04):46-49.
[2] 孙 忠 富 , 杜 克 明 , 郑 飞 翔 , 尹首 一 . 大数据在智慧农业中研究与 应 用 展 望 [J]. 中国农业科技导报 ,2013,15(06):63-71.
[3] 高媛 . WSN 环境下分布式聚类算法的研究与实现 [D]. 黑龙江大学 .2011.
[4] 郭 婷 . 无 线 传 感 网 络 技 术 在 农 业 方 面 应 用 [J]. 湖南农机 ,2013,40(03):68-69.
[5] 杜涛 . 面向柑橘病虫害预警的 Hadoop 数据挖掘技术研究 [D]. 华东交通大学 ,2018.
《丑橘种植数据监测分析系统设计》来源：《电子制作》，作者：万姣，文杰，周文志，张琳琳
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