代码实现高性能异构分布式并行智慧果园管理系统

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wx5f184b1820e35 2024-08-11 23:50:12 ©著作权

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Python 代码实现高性能异构分布式并行智慧果园管理系统

数据采集模块

负责从果园中的各种传感器（如温度、湿度、光照、土壤湿度等）实时采集数据。数据传输采用分布式通信机制，保证高效和低延迟的数据传输。

import time
import random

class Sensor:
    def __init__(self, sensor_type):
        self.sensor_type = sensor_type

    def read_data(self):
        return random.uniform(20.0, 30.0) if self.sensor_type == 'temperature' else random.uniform(40.0, 60.0)

class DataCollector:
    def __init__(self, sensors):
        self.sensors = sensors

    def collect_data(self):
        data = {}
        for sensor in self.sensors:
            data[sensor.sensor_type] = sensor.read_data()
        return data

if __name__ == "__main__":
    sensors = [Sensor('temperature'), Sensor('humidity')]
    collector = DataCollector(sensors)

    while True:
        data = collector.collect_data()
        print(f"Collected Data: {data}")
        time.sleep(5)

数据存储模块

数据需要在分布式文件系统中进行高效存储，并且支持快速检索和查询。采用数据库或分布式文件系统如HDFS。

import sqlite3

class DataStorage:
    def __init__(self, db_name='orchard.db'):
        self.conn = sqlite3.connect(db_name)
        self.create_table()

    def create_table(self):
        self.conn.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS ORCHARD_DATA
               (ID INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
               TEMPERATURE REAL NOT NULL,
               HUMIDITY REAL NOT NULL,
               TIMESTAMP DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP);''')

    def store_data(self, temperature, humidity):
        self.conn.execute("INSERT INTO ORCHARD_DATA (TEMPERATURE, HUMIDITY) VALUES (?, ?)", (temperature, humidity))
        self.conn.commit()

if __name__ == "__main__":
    storage = DataStorage()
    storage.store_data(25.3, 45.7)

数据处理与分析模块

负责对采集的数据进行实时处理，包括过滤、聚合、异常检测等。使用分布式计算框架如Apache Spark进行数据分析。

from pyspark.sql import SparkSession

class DataProcessor:
    def __init__(self):
        self.spark = SparkSession.builder.appName("OrchardDataProcessing").getOrCreate()

    def process_data(self, data):
        df = self.spark.createDataFrame(data)
        df.show()

if __name__ == "__main__":
    processor = DataProcessor()
    data = [(25.3, 45.7), (26.1, 46.2)]
    processor.process_data(data)

智能决策模块

基于处理后的数据，使用机器学习和人工智能算法对果园的管理提供智能决策建议，如灌溉、施肥、病虫害防治等。采用分布式机器学习框架，如TensorFlow或PyTorch进行训练和预测。

import numpy as np
from sklearn.linear_model import LinearRegression

class DecisionMaker:
    def __init__(self):
        self.model = LinearRegression()

    def train_model(self, X, y):
        self.model.fit(X, y)

    def predict(self, X):
        return self.model.predict(X)

if __name__ == "__main__":
    decision_maker = DecisionMaker()
    X = np.array([[25], [26], [27]])
    y = np.array([1, 2, 3])
    decision_maker.train_model(X, y)
    prediction = decision_maker.predict(np.array([[28]]))
    print(f"Prediction: {prediction}")

控制与执行模块

根据智能决策模块的建议，自动控制果园中的设备（如灌溉系统、风扇、加热器等）。支持实时控制和远程控制。

class DeviceController:
    def __init__(self, device_type):
        self.device_type = device_type

    def execute(self, command):
        print(f"Executing {command} on {self.device_type}")

if __name__ == "__main__":
    controller = DeviceController('Irrigation System')
    controller.execute('Start')

用户接口模块

提供给用户使用的管理界面，支持移动端和Web端。展示果园的实时数据、分析结果，并允许用户进行手动控制。

from flask import Flask, render_template

app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def index():
    return render_template('index.html', data={"temperature": 25.3, "humidity": 45.7})

if __name__ == "__main__":
    app.run(debug=True)

安全与权限管理模块

负责系统的安全性，包括数据的加密传输、用户的权限管理等。

class SecurityManager:
    def __init__(self):
        self.users = {"admin": "password123"}

    def authenticate(self, username, password):
        return self.users.get(username) == password

if __name__ == "__main__":
    manager = SecurityManager()
    is_authenticated = manager.authenticate("admin", "password123")
    print(f"Authenticated: {is_authenticated}")

C++ 代码实现高性能异构分布式并行智慧果园管理系统