基于TCA模型的云端农业场景联动系统设计与实现

孟,然

摘要：本文设计一种基于TCA模型的云端农业场景联动系统，应用于农业的大棚、大田、山地灌溉。系统采用物联网[1]技术，通过时间维度的条件触发，经过执行条件的过滤，执行预定的业务逻辑，输出数据到设备，实现海量设备的场景联动，达到精准灌溉和精准施肥，为作物提供最佳的生长环境。此系统在节约水资源、劳动力、肥料方面取得显著提升，并且为我国的三北地区、边防海岛、沙漠等自然环境恶劣的地方种植作物供应提供了一个行之有效的途径。

关键词：TCA模型 农业物联网 场景联动 远程操控

1 引言

随着大数据、物联网[1]、人工智能等现代技术与农业的深度融合，传统的灌溉方式逐渐被农户所抛弃，能够远程控制启闭的智能阀门得到了越来越多用户的认可。由于行业不断进步、市场需求不断提升，以往的远程控制方式不足以满足客户日益增长的需求，物联网技术需往自动化、智能化方向发展，拓展农业物联网技术[2]的场景联动需求急迫，集成农业化的场景联动系统才能满足目前多变的应用情况。

本文研究农业场景联动系统关键技术，旨在开发一种可调节不同作物的生长环境的系统，而这种调节方式不需要人为的去干预，由系统自动托管运行。

2 系统设计

所谓TCA模型总是条件触发的，该触发点可能来着自与系统下端设备采集的设备态势或孪生数据，亦可能是上层应用的输入，又或是系统内在既定业务逻辑的驱动，这些自动化业务逻辑运转使得每个设备、场景、人等互相联动规则，这种规则模型称为TCA模型。

由此可以看出农业物联网场景联动非常适合TCA模型，作物生长环境的参数是非常丰富的，作物的生长环境中某项或者某几项参数会对不同种类的作物的长势产生不同的影响，这种条件是依赖于不同种类的作物来定的，所以，事实上，这些业务逻辑的判断条件经常会被改变，这就导致我们可能需要经常的修改代码来适配复杂多变的应用场景，而TCA模型就是为了解决这类问题孕育诞生。

2.1 系统设计

图1总体设计图

该农业场景联动系统是基于TCA模型实现的，通过时间维度的条件触发，经过执行条件的过滤，执行预定的业务逻辑，输出数据到设备，实现海量设备的场景联动。TCA模型由三个部分组成，分别是“触发器”、“条件执行器”、“动作执行器”。

触发器：即为时间维度的触发器。当前时间满足设定的触发器时，触发执行条件判断。

执行条件：执行条件集。只有满足执行条件的数据，才能触发执行动作。可以为一个联动模型创建多个执行条件。

执行动作：需执行的动作集。可以设置多个动作。某一动作执行失败时，不影响其他动作。

物理设备接入：解决差异化的设备接入问题，根据不同类型的设备协议，解码或者编码设备数据，为农业场景联动系统提供基础设施功能。

2.2 系统功能

整个系统功能围绕“农业场景联动规则模型”为核心，包含“设备接入”、“创建联动规则模型”、“配置联动规则模型”，“启动联动规则模型”、“禁用联动规则模型”、“删除联动规则模型”。

2.2.1 设备接入设计

图2设备接入架构图

设备接入主要是解决不同类型的设备之间的协议以及孪生数据差异化问题，在设备接入的问题上引入了“设备逻辑适配器”的概念，换句话说，“设备逻辑适配器”在通信协议上和设备配置上是物理设备的真实映射。

为了让系统支持某种设备，需要按系统规范实现相应逻辑接口，在逻辑接口约束下处理具体设备协议，实现设备协议数据与系统标准数据的交换，具体体现在数据发送与数据接收两个方面，发送数据时，“设备逻辑适配器”接收到系统的标准命令或数据，通过内部预先定义好的逻辑，转换成物理设备能识别的字节码，并发送到物理设备上；接收数据时，“设备逻辑适配器”接收到来自物理设备的原始数据，通过内部编码转换，最终形成系统的标准数据。

2.2.2创建联动规则模型

创建联动规则模型需填写“规则名称”和“规则描述”，规则名称可以支持中文、英文字母、数字、下划线（_）和短划线（-），长度限制为1~30个字符，中文字算两位字符。

规则描述则是为联动规则模型添加详细的说明信息，也可以不用填写。

2.2.3配置联动模型

A．配置时间维度触发器。时间维度触发器采用CRON表达式填写，CRON表达式的构成为分、小时、日、月、一周内的某天（0或7表示周日，1~6分别表示周一至周六），每项之间用空格隔开。

B．配置规则联动模型的执行条件。支持多执行条件，执行条件与执行条件是“且”关系。在配置完整执行条件时，需选择“设备”，然后选择“设备”下的“参数”，再选择“比较器”（“比较器”分为“大于”、“大于等于”、“小于”、“小于等于”、“等于”、“不等于”），最后填入数值，即完成执行条件的配置。

C．配置规则联动模型的执行动作。支持多执行动作。执行动作与执行动作之间是相互独立的，某一动作执行失败时，不影响其他动作。在配置完整的执行动作时，需选择“设备”，然后选择“设备”支持的“操作”，即完成执行动作的配置。

2.2.4启动联动模型

创建配置完成规则联动模型之后，默认初始时规则联动模型是“禁用”状态，需将规则联动模型置为“启动”状态，系统才能正常运行此规则联动模型。当规则联动模型处于“启动”状态时，系统就按照事先配置好的“时间维度触发器”、“执行条件”、“执行动作”运行。

3.结语

本农业场景联动系统实现了设备的接入、规则联动模型的创建以及配置等功能。应用物联网技术，在农业领域达到无人值守并由系统决策作物的生长态势提供了可能。

参考文献：

[1]邢广东,谢维维,张云天.物联网在智能农业方面的应用现状及发展趋势研究[J].电脑知识与技术,2021,17(12):252-253+260.

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