CN112671896A - 一种农业管理方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种农业管理方法、设备及系统，其中一种农业管理设备，包括边缘网关采集装置、边缘侧服务器以及边缘网关控制装置，能够有效控制当前环境，提供的农业管理系统使用轻量化边缘计算管理平台，能够降低成本与功耗，改善数据传输延时低等缺陷。

Description

一种农业管理方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及农业领域，尤其涉及一种农业管理方法、设备及系统。

背景技术

在农业领域中，大多数用户使用的设备均为大型设备，占地面积大，所以需要很多工人来管理，如此一来，空间因素造成工人管理不便利，以及浪费人力成本的问题随之增多。

近些年来，许多用户在农场内部署大量传感器来监控，以降低人工成本。而随着5G技术的迅速发展，设备与设备之间的通信能力大幅度提升，这使得物联网技术飞速发展。并且，导致农作物区域部署的大量传感器采集数据量也急速增长，服务器的并行处理与大数据分析性能瓶颈问题凸显。普通设备数量的快速增长，以及设备采集数据量飞速上升，这给传统的云计算体系带来了很大的挑战：响应时延和网络传输通道已经逐渐不能满足用户的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种农业管理方法、设备及系统，使用轻量化边缘计算管理平台，能够降低成本与功耗，改善数据传输延时低等缺陷。

第一方面，本发明实施例提供了一种农业管理设备，该设备包括：

边缘网关采集装置，用于采集当前环境的环境数据，并上传至边缘侧服务器；

所述边缘侧服务器，用于根据所述环境数据确定调节方案，并将所述调节方案发送至边缘网关控制装置；

所述边缘网关控制装置，用于根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节当前环境。

可选的，该设备还包括：

土质检测器和/或温度计，其中，

所述土质检测器，用于将检测的土质信息作为所述当前环境的环境数据。

所述温度计，用于将当前环境的温度作为所述当前环境的环境数据。

可选的，所述土质检测器和温度计通过modbus协议与所述边缘侧服务器通信连接。

可选的，该设备还包括：

新风装置、空调装置以及照明装置，其中，

所述新风装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的湿度；

所述空调装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的温度；

所述照明装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的光照强度。

可选的，所述边缘网关控制装置具体用于：

根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节所述新风装置、所述空调装置以及所述照明装置。

可选的，所述边缘侧服务器的应用部署方式为Kubernetes部署；

相应的，所述边缘侧服务器具体用于：

基于农作物信息管理系统数据和环境与农作物信息管理系统数据，通过所述Kubernetes部署的应用实例以及当前环境的环境数据确定调节方案。

可选的，所述农作物信息管理系统数据包括：农作物ID的元素信息、生长周期相应化学元素信息；所述环境与农作物信息管理系统数据包括：农作物相应元素质量标准的温度、二氧化碳浓度，亮度强弱，以及湿度标准。

第二方面，本发明实施例提供了一种农业管理系统，该系统包括：

上述任一项所述的农业管理设备；以及，

控制中心，与所有所述农业管理设备通信连接，以进行资源调度与控制。

可选的，各个农业管理设备内部的边缘侧服务器通信连接。

可选的，根据所述控制中心设定的上传条件，所述农业管理设备内部的边缘侧服务器上传信息；以及，当任一农业管理设备内部的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，所述控制中心通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他农业管理设备内部的边缘侧服务器调用运算资源。

第三方面，本发明实施例提供了一种农业管理方法，包括：

在各个管理区域内，分别采集当前环境数据；

基于各个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，分别确定各个管理区域的调节方案；

根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置。

可选的，基于单个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案，包括：

通过Kubernetes部署的先前实例、农作物信息管理系统数据、环境与农作物信息管理系统，以及所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案。

可选的，所述当前环境数据包括：当前土质信息与当前温度；

相应的，根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置，包括：

根据所述调节方案调节各个管理区域内的新风装置、空调装置或照明装置。

可选的，还包括：

当任一管理区域内部署的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他管理区域部署的边缘侧服务器调用运算资源。

本发明实施例提供了一种农业管理设备，包括边缘网关采集装置、边缘侧服务器以及边缘网关控制装置，能够有效控制当前环境，提供的农业管理系统使用轻量化边缘计算管理平台，能够降低成本与功耗，改善数据传输延时低等缺陷。

附图说明

图1A是本发明实施例一提供的一种农业管理设备的结构示意图；

图1B是本发明实施例一提供的一种示例性的农业管理设备的结构示意图；

图2A是本发明实施例二提供的一种农业管理系统的结构示意图；

图2B是本发明实施例二提供的一种示例性的农业管理系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种农业管理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

对于普通的农场温室大棚或者牲畜棚来说，设施内的农作物或者动物会对周围的温度，光照，湿度等环境因素有着较高的要求，尤其是花卉种植，鸡蛋孵化等特定场合，作物对环境的要求非常的严格。现有技术中，农户会在农作物区域部署大量传感器采集数据量，再将数据量上传至云端进行处理。

Docker是一个开源的应用容器引擎，可以部署在任意Linux以及Windows操作系统上。相比于传统的VM(Virtual Machine)，Docker在启动速度和灵活性上都有巨大的优势，一个容器的启动只需要几秒便可完成，工程师在创建Dockerfile时会添加程序的依赖，所以容器不依赖于外部环境，可在不同的环境下部署。

Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。在Kubernetes中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

本发明是一个专门为智能化农场而设计的轻量级的基于边缘计算的管理系统。对于一般的散户而言，没有大量的资金来建立并维护一套传统的管理系统。本发明是一个轻量化边缘计算管理平台，有着成本低，功耗低，数据传输延时低等一系列优势，非常适合普通农户管理大量的牲畜棚，温室等农业设施，同时系统内还有人脸识别等可扩展模块，增加了安全性。本发明使用的Docker容器技术，并且用Kubernets管理硬件资源，同时使用了SDN架构管理整个系统的网络资源，最后将数据上传到管理终端，方便使用者监控每个设施的实时数据。

实施例一

图1A为本发明实施例一提供的一种农业管理设备的结构示意图，该设备包括：边缘网关采集装置101、边缘侧服务器102以及边缘网关控制装置103。

边缘网关采集装置101，用于采集当前环境的环境数据，并上传至边缘侧服务器；

所述边缘侧服务器102，用于根据所述环境数据确定调节方案，并将所述调节方案发送至边缘网关控制装置；

所述边缘网关控制装置103，用于根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节当前环境。

具体的，边缘计算指的是在网络边缘结点来处理、分析数据。其中边缘结点指的就是在数据产生源头和云中心之间任一具有计算资源和网络资源的结点。本发明采用边缘网关采集装置、边缘侧服务器以及边缘网关控制装置共同完成农业管理。例如，农户可以在每种农作物区域配置相应边缘网关采集器以采集土质检测器信息、温度计信息等上报到边缘侧服务器，边缘侧服务器通过Kubernetes部署了复杂数据解析应用多个实例，每种农作物信息由相应的应用实例进行信息解析。

如图1B所示，图1B为本发明实施例一提供的一种示例性的农业管理设备的结构示意图。包括：边缘网关采集装置101、边缘侧服务器102、边缘网关控制装置103、土质检测器104、温度计105、新风106、空调107、以及照明108。

需要说明的是，本发明实施例提供的农业管理设备还可以包含农作物信息管理系统109和环境农作物信息管理系统110。但在其他发明实施例中农业管理设备也可以不包含农作物信息管理系统109和环境农作物信息管理系统110，而是通过访问云服务器而得农作物信息管理系统数据和环境农作物信息管理系统数据，本发明不对农作物信息管理系统109和环境农作物信息管理系统110的设置位置进行限定。

在本发明实施例中，所述土质检测器104，用于将检测的土质信息作为所述当前环境的环境数据。所述温度计105，用于将当前环境的温度作为所述当前环境的环境数据。

在本发明实施例中，所述土质检测器104和温度计105可以通过modbus协议与所述边缘侧服务器通信连接。

在本发明实施例中，所述新风装置106根据所述边缘网关控制装置103调节当前环境的湿度；所述空调装置107根据所述边缘网关控制装置103调节当前环境的温度；所述照明装置108根据所述边缘网关控制装置103调节当前环境的光照强度。

在本发明实施例中，所述边缘网关控制装置103具体用于：根据所述边缘侧服务器102发送的调节方案调节所述新风装置106、所述空调装置107以及所述照明装置108。

在本发明实施例中，所述边缘侧服务器102的应用部署方式为Kubernetes部署；相应的，所述边缘侧服务器102具体用于：基于农作物信息管理系统数据和环境与农作物信息管理系统数据，通过所述Kubernetes部署的应用实例以及当前环境的环境数据确定调节方案。

在本发明实施例中，所述农作物信息管理系统数据包括：农作物ID的元素信息、生长周期相应化学元素信息；所述环境与农作物信息管理系统数据包括：农作物相应元素质量标准的温度、二氧化碳浓度，亮度强弱，以及湿度标准。

具体的，本发明实施例提供的农业管理设备中，整个设备都由边缘侧服务器来收集数据，检测器装置之间的连接可以通过有线方式，也可通过无线方式。例如，温度计，土质检测计等低端设备可采用modbus协议完成。所有收集到的数据在边缘侧服务器之内处理，同时边缘侧服务器还可以将一些检测器装置的控制命令通过无线/有线的方式传到各个检测器装置。

本发明实施例涉及到的边缘计算的核心就是将数据处理边缘化，设备的控制等过程将在本地边缘计算层完成，无需提交至云端，这减轻了数据传输负担和云端负担，并且大大降低了系统响应时延。

实施例二

图2A为本发明实施例二提供的一种农业管理系统的结构示意图，该系统具体包括：至少一个农业管理设备；以及控制中心。其中，控制中心，与所有所述农业管理设备通信连接，以进行资源调度与控制。

其中，农业管理设备包括：边缘网关采集装置、边缘侧服务器以及边缘网关控制装置。边缘网关采集装置，用于采集当前环境的环境数据，并上传至边缘侧服务器；边缘侧服务器，用于根据所述环境数据确定调节方案，并将所述调节方案发送至边缘网关控制装置；边缘网关控制装置，用于根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节当前环境。

可选的，农业管理设备还包括：土质检测器和/或温度计，其中，所述土质检测器，用于将检测的土质信息作为所述当前环境的环境数据。所述温度计，用于将当前环境的温度作为所述当前环境的环境数据。

可选的，所述土质检测器和温度计通过modbus协议与所述边缘侧服务器通信连接。

可选的，农业管理设备还包括：新风装置、空调装置以及照明装置，其中所述新风装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的湿度；所述空调装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的温度；所述照明装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的光照强度。

可选的，所述边缘网关控制装置具体用于：根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节所述新风装置、所述空调装置以及所述照明装置。

可选的，所述边缘侧服务器的应用部署方式为Kubernetes部署；相应的，所述边缘侧服务器具体用于：基于农作物信息管理系统数据和环境与农作物信息管理系统数据，通过所述Kubernetes部署的应用实例以及当前环境的环境数据确定调节方案。

可选的，所述农作物信息管理系统数据包括：农作物ID的元素信息、生长周期相应化学元素信息；所述环境与农作物信息管理系统数据包括：农作物相应元素质量标准的温度、二氧化碳浓度，亮度强弱，以及湿度标准。

如图2B所示，图2B为本发明实施例二提供的一种示例性的农业管理系统的结构示意图，包括控制中心与至少一个小型服务器。其中，小型服务器指的可以是上述农业管理设备中的边缘侧服务器，用于接收当前环境的环境数据来确定调节方案。

可选的，本发明实施例内的控制中心可以与各个农业管理设备内部的边缘侧服务器通信连接。以及，各个农业管理设备内部的边缘侧服务器可以通信连接。

可选的，本发明实施例可以根据所述控制中心设定的上传条件，所述农业管理设备内部的边缘侧服务器上传信息；以及，当任一农业管理设备内部的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，所述控制中心通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他农业管理设备内部的边缘侧服务器调用运算资源。

具体的，图2B显示了农业管理系统的总体结构：每个服务器之间都可以相互通信，并且由一个控制中心进行资源调度和控制。由于本发明是一个轻量级的系统，在后期进行扩展的时候可能会面临单个设备计算能力不足的问题，此时就可以通过Kubernets和SDN架构来进行硬件和网络资源调度，从其他设备中的服务器调度运算资源。另外，本发明提供的每个服务器当中也有智能算法，以优化带宽资源，比如只有在设施中的摄像头发现人脸，或者其他检测器发出警报的情况下才将视频流上传。

在最后服务器组完成数据的收集之后，将数据传输到控制中心以方便管理人员的监控，管理人员也可以直接在控制中心远程操作每个设备中的各个装置。

本发明是一个轻量化的管理平台，其优势就在于用通过一些计算能力相对而言较弱的设备来完成所有监视任务，建设维护成本低。本农业管理系统的大部分数据会在边缘侧服务器完成处理，大大减少了带宽压力，同时通过合理的计算资源调度，可以用处理能力低的设备群来完成大量数据解析与复杂过滤等大计算量的任务。所有物联网之内的设备都可通过终端来控制，因此一个人可管理的面积会大幅上升，节约了人力成本。

图3为本发明实施例三提供的一种农业管理方法的流程图，该方法可以由本发明实施例提供的农业管理设备中来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。该方法具体包括：

S310、在各个管理区域内，分别采集当前环境数据。

S320、基于各个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，分别确定各个管理区域的调节方案。

可选的，基于单个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案，包括：通过Kubernetes部署的先前实例、农作物信息管理系统数据、环境与农作物信息管理系统，以及所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案。

S330、根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置。

在本发明实施例中，当前环境数据包括：当前土质信息与当前温度；相应的，根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置，包括：根据所述调节方案调节各个管理区域内的新风装置、空调装置或照明装置。

可选的，当任一管理区域内部署的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他管理区域部署的边缘侧服务器调用运算资源。

本发明是一个轻量化的管理平台，能够通过一些计算能力相对而言较弱的设备来完成所有监视任务，建设维护成本低。

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行：

在各个管理区域内，分别采集当前环境数据；

基于各个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，分别确定各个管理区域的调节方案；

根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置。

存储介质——任何的各种类型的存储器设备或存储设备。术语“存储介质”旨在包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDR RAM、SRAM、EDO RAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等。存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到计算机系统。第二计算机系统可以提供程序指令给计算机用于执行。术语“存储介质”可以包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的农业管理的同步操作，还可以执行本申请任意实施例所提供的农业管理方法中的相关操作。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种农业管理设备，其特征在于，包括：

边缘网关采集装置，用于采集当前环境的环境数据，并上传至边缘侧服务器；

所述边缘侧服务器，用于根据所述环境数据确定调节方案，并将所述调节方案发送至边缘网关控制装置；

所述边缘网关控制装置，用于根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节当前环境。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

土质检测器和/或温度计，其中，

所述土质检测器，用于将检测的土质信息作为所述当前环境的环境数据。

所述温度计，用于将当前环境的温度作为所述当前环境的环境数据。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述土质检测器和温度计通过modbus协议与所述边缘侧服务器通信连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括：

新风装置、空调装置以及照明装置，其中，

所述新风装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的湿度；

所述空调装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的温度；

所述照明装置，用于根据所述边缘网关控制装置的指令调节当前环境的光照强度。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述边缘网关控制装置具体用于：

根据所述边缘侧服务器发送的调节方案调节所述新风装置、所述空调装置以及所述照明装置。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述边缘侧服务器的应用部署方式为Kubernetes部署；

相应的，所述边缘侧服务器具体用于：

基于农作物信息管理系统数据和环境与农作物信息管理系统数据，通过所述Kubernetes部署的应用实例以及当前环境的环境数据确定调节方案。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，

所述农作物信息管理系统数据包括：农作物ID的元素信息、生长周期相应化学元素信息；

所述环境与农作物信息管理系统数据包括：农作物相应元素质量标准的温度、二氧化碳浓度，亮度强弱，以及湿度标准。

8.一种农业管理系统，其特征在于，包括：

至少一如权利要求1-7任一项所述的农业管理设备；以及，

控制中心，与所有所述农业管理设备通信连接，以进行资源调度与控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，各个农业管理设备内部的边缘侧服务器通信连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，包括：

根据所述控制中心设定的上传条件，所述农业管理设备内部的边缘侧服务器上传信息；以及，

当任一农业管理设备内部的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，所述控制中心通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他农业管理设备内部的边缘侧服务器调用运算资源。

11.一种农业管理方法，其特征在于，包括：

在各个管理区域内，分别采集当前环境数据；

基于各个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，分别确定各个管理区域的调节方案；

根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，基于单个管理区域内部署的边缘侧服务器与所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案，包括：

通过Kubernetes部署的先前实例、农作物信息管理系统数据、环境与农作物信息管理系统，以及所述当前环境数据，确定该管理区域的调节方案。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述当前环境数据包括：当前土质信息与当前温度；

相应的，根据所述调节方案调节各个管理区域相对应的装置，包括：

根据所述调节方案调节各个管理区域内的新风装置、空调装置或照明装置。

14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

当任一管理区域内部署的边缘侧服务器计算量超过预定计算量时，通过Kubernets和SDN架构进行硬件和网络资源调度，以从其他管理区域部署的边缘侧服务器调用运算资源。

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