农田信息处理系统

农田信息处理系统（精选十篇）

农田信息处理系统 篇1

精细农业已在国内外得到广泛的开展, 有众多的专家正在进行关于精细农业实践中需要的技术和设备的研究[1,2]。快速有效地采集和描述影响作物生长的空间变量信息, 是开展精细农业实践的重要基础, 然而田间信息处理技术的研究仍不能满足精细农业实践的要求。目前, GIS技术在信息管理方面发挥了重要的作用, GIS的应用增强了信息统计分析的直观性, 提高了工作效率。中国地质大学的左仁广和汪新庆[3]研发了野外地质数据采集系统, 实现了地质数据的方便采集、存储、处理以及输出。况代智[4]研究并开发了基于MapObjects的城市地理信息公众查询系统, 该系统除具有一般管理系统的功能外, 还具有GIS所特有的空间查询和分析功能。在目前国内外开发的地理信息系统软件费用较高的情况下, 开发基于组件技术的农田信息处理系统, 适合我国国情, 有利于精细农业的有效开展。

1 系统开发的关键技术

1.1 组件技术

MapObjects是ESRI公司开发的GIS系列产品中的重要组成部分, 其结构合理、简洁, 是目前较为流行的组件。它建立在微软的对象联接和嵌入基础上, 是一组供应用开发人员使用的制图与GIS功能的控件[5]。它有一个叫Map的ActiveX控件和30多个可编程的ActiveX对象组成, 能够有效地将空间数据和属性数据连接起来。MapObjects的使用和开发过程与使用其它的ActiveX 控件一样, 在VisualBasic 6.0的编程环境下, 只要把MapObjects 的Map 控件添加到应用程序当中, 就可以通过接口对MapObjects所提供的各种功能进行调用。

1.2 应用DGPS接收并处理农田信息

1.2.1 DGPS定位信息的数据格式及坐标转换

DGPS定位信息的接收处理主要是对DGPS接收机输出的定位数据进行处理。在本系统中采用Trimble公司的 Ag132接收机来进行定位, 其定位数据以 RS-232协议进行传输。通过提取串行通信端口的信息, 可以得到DGPS的定位信息。Ag132接收机的定位数据以NMEA-0183标准的语句格式输出, 包括 GGA, RMC, GSA 等十几种数据格式。GGA格式是目前最常用的一种格式, 通过解析 GGA 格式的数据, 可以将经度、纬度信息提取出来, 通过平面投影坐标转换, 将大地坐标 (经纬度形式) 转换为高斯坐标 ( X , Y 形式) , 实时显示在屏幕上。

1.2.2 DGPS定位信息的处理

DGPS接收机只要处于工作状态就会源源不断地接收并将计算出的DGPS导航定位信息通过串行通讯接口传送到计算机中。为了保证数据能够被正确地传输、及时地取出, 需要对计算机的串行口进行配置, 使其和硬件部分的串口协议配置一致。主要配置的项目有用来通信的串口号, 数据传输的波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶校验位。其中, 起始位默认为 1 位。接收到一条数据后, 首先打开串口, 从缓冲区里取出数据, 由于缓冲区里的数据有定位信息、传感器信息等多种格式, 所以需要首先把他们分辨开来。Ag132 接收器输出的是 NMEA-0183 语句, 通过判断从缓冲区里提取语句的语句头是否为“$GPGGA”就可以分辨出是否为有用的定位信息, 并做出相应的处理。

2 农田信息处理系统的具体实现

2.1 系统开发环境

由于MapObjects支持的环境是Windows95以上版本, 本研究选用了WindowsXP作为操作系统, 基于VB6. 0开发语言, 用MapObjects2.3组件进行系统开发, 并采用SQL Server作为数据库平台, 建立空间数据库和土壤特性数据库。

2.2 系统的结构设计

系统采用客户/服务器模式设计, 它由底层数据库、功能模块、用户图形界面3部分组成。底层数据库主要包括图形数据库和属性数据库, 通过 ADO与其进行接口访问;用户图形界面利用VB设计;功能模块包含有具体的功能。

2.3 空间数据库和属性数据库的设计

2.3.1 空间数据库

空间数据库在用户端以Shape文件格式暂存, 在服务端以Shape文件的“Shape”字段以点、线、面3种形式以二进制格式存储。

本系统主要是通过空间数据库与土壤特性数据库的连接, 使地理信息服务于农田信息不平衡的表达。空间数据库中原有字段:AREA;PERIMETER;NAME分别记录了试验田各个多边形的面积、编号、名称等属性值。本系统采用在VB中调用MapObjects控件开发技术, 在两个数据库的连接上, 利用Arc/View软件对原有的地理信息数据库进行修改, 添加了地块名称, 地块名称属性记录各个地块的中文名称。在本系统中可以查看空间数据库的结构及其它具体数据, 用户通过鼠标选定任何一个地块, 可知该地块的名称、位置, 以及与该地块相关的信息数据库中的一些记录。用户还可以通过操作界面, 实现一些基本的GIS功能, 如地图的载入、放大、缩小、平移、标注、查看地区信息以及恢复原始地图大小等。

2.3.2 属性数据库

属性数据库包括土壤采样数据、土壤状态数据等。本系统采用SQL Server建立土壤特性数据库, 不仅在于它可以方便地对数据进行增、删、改等, 而且支持大型数据库。VB中开发数据库的强大功能也保证了数据库扩充与修改的可能性, 只要在程序中添加几句代码就可以实现数据库字段的扩充。土壤特性数据库中含有下列字段:地块名, 含水量, 有机质, 全氮, 速效氮, 速效磷, 速效钾, 全盐量, 籽粒产量。通过共用字段“地块名”与空间数据库建立联系。

2.4 系统的功能实现

系统采用Mapobjects+VB的模式编程, 使Mapobjects显示和维护地理信息, 使用VB通过微软ADO标准进行外部数据库访问并完成界面设计及数据显示。系统可以实现基本的GIS功能, 主要包括:坐标转换、地图操作、统计分析和查询等功能。系统功能结构, 如图1所示;系统界面及部分功能显示, 如图2所示。

1) 地图图层的加载与显示。

Mapobjects可以在程序设计期间载入图层, 也可以在程序运行中添加、删除图层或改变图层的属性, 这些都可操纵Mapobjects对象的编程语句实现。本系统采用在程序运行中加载图层并在控件中显示, 主要程序代码如下:

Dim dc As new Mapobjects2.Dataconnection dc.Database=App.path&"TR"

If Not dc.connect Then End

Dim Shplayer As New MapObjects2.Maplayer

Set Shplayer.GeoDataset=dc.FindGeoDataset ("测试地块")

Map1.layers.Add Shplayer

2) 地图数据基本操作。主要程序代码如下:

放大

Set Map1.Extent = Map1.TrackRectangle

缩小

Set r=Map1.Extentr.ScaleRectangle

Set Map1. Extent =r

漫游

Map1.pan

全屏

Set Map1.Extent = Map1.FullExtent

3) 专题图的绘制。

用MapObjects中的ClassBreakRenderer着色对象, 可以实现专题图的绘制功能。主要程序代码如下:

Dim stats As MapObjects2.Statistics

Set plyr = mapView.Layers (0)

Set recs = plyr.Records

Set cbr = New

MapObjects2.ClassBreaksRenderer

Set plyr = mapView.Layers (0)

Set plyr.Renderer = cbr

4) 田间信息的查询。

信息查询包括空间查询和条件查询。空间查询主要实现图形及其属性的查询, 可以通过鼠标点击的方法, 弹出对话框显示相关的属性数据。

应用MapObjects中的SearchExpression方法和FlashShape方法可将查找到的符合条件的地块闪烁显示。主要程序代码如下:

Dim curRec As MapObjects2.Recordset

Dim curIndex As Long, aIndex As Long, aRec As Long, i As Long

Dim aField As Object

Dim aName As String

curIndex = Combo1.ListIndex

aIndex = layerNum (1, curIndex)

aRec = layerNum (2, curIndex)

aName = layerName (aIndex)

Set curRec = Recs2 (aIndex)

curRec.MoveFirst

If aRec > 0 Then

For i = 1 To aRec

curRec.MoveNext

Next i

End If

Map1.FlashShape curRec ("shape") .Value, 3

3 结论

基于MapObjects组件技术的农田信息处理系统的开发具有周期短、成本低、简单易用、灵活方便等优点。VB环境下嵌入Mapobjects组件能够实现基本的GIS功能。空间数据和属性数据都存储在SQL Server 2000上, 便于数据的组织和管理。利用ADO组件很容易实现客户/服务器模式的精细农业地理信息系统的开发。

参考文献

[1]张淑娟.基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究[M].杭州:浙江大学出版社, 2003.

[2]汪懋华.精细农业的实践与农业科技创新[J].中国软科学, 1999 (4) :21-25.

[3]左仁广, 汪新庆.基于MapObjects野外地质数据采集系统设计与实现[J].地质与勘探, 2005, 41 (5) :77-81.

[4]况代智.基于MO的城市地理信息公众查询系统的研究与开发[J].测绘科学, 2006, 31 (6) :123-124.

农田信息处理系统 篇2

“堰塘好大哦，几辈子都莫得水库，这下我们村终于有水用了”。春节前夕，三台县芦溪镇四河村群众喜滋滋的举杯庆贺本村吴家堰水库修建成功。作为老旱区的四河村，由于地理位置较高，抵抗旱灾能力非常弱，一遇旱灾，人畜用水十分困难。前几年干旱时虽然打了几口水井，仍然无法从根本上解决群众生产生活用水。去年10月初，村党支部书记吴桂春带领党支部、村委会成员，组织群众商量，通过“一事一议”自筹资金20万元，争取水利项目资金29万元，社会外来资金（水库承包费）9万元，修建了面积45亩的一座水库，灌溉面积可达400余亩，基本上解决了最困难的几个社群众生产用水。

芦溪镇有农业人口4万余人，耕地面积5.2万亩，近年来，镇党委政府认真按照“巩固改造，适当发展，加强管理，注重效益”的水利方针，坚持为农业生产、新农村经济建设服务为方向，充分发挥水利工程为农业生产和新农村建设服务的核心作用。坚持以经济发展为中心，以促发展、保稳定为目标，加强农田水利基本建设。

措施得力，水利设施整治成绩显著。

是在5.12地震灾后，农田水利基本设施严重损失，芦溪镇采取“六个确保”，致力于推进农田水利建设，取得了阶段性成果。一是确保宣传到位，通过动员会、现场会、广播电视、标语等方式，做好宣传发动工作，充分调动农民积极性；二是确保责任落实，镇政府先后与各党总支、村委会层层签订责任书，实行“问责制”、“责任倒查制”，确保任务到人；三是确保资金到位，由镇纪委、党政办、经济办负责监督工程资金使用，严禁截留挪用，确保项目兑现；四是确保工程质量，由水利站、农机站负责工程技术指导，全程监督工程质量；五是确保“多元化”投入，农民受益投资业主受益，采取政府引导型投入、主导型投入、承包塘堰业主社会资金投入、群众自愿投入的“以水养水”的新型模式；六是确保水利建设和灾后农房重建两不误，以机械为主，全镇出动挖掘机、农用车40台次投入水利建设。通过多种综合保障措施，该镇五柏村党支部书记林志茂发动全村力量，修建和维修7口堰塘，解决群众生产用水困难，该镇金华村是多年老旱山村，年年栽秧季节，因为争水而引起纠纷上访。镇党委政府动员金华村群众维修渠道，并且多次与有水库的清平村协商达成一致解决用水。几年因为缺水没有没有栽秧的800余亩水田实现满栽满插。党员群众敲锣打鼓高高兴兴给党委政府送来大红锦旗。

该镇已动工各类农田水利基本建设项目320处，完成174处，整治震损水库5座，新增蓄水16万余立方米。在广大群众、各级各部门的配合协作下，通过艰苦努力奋战，完成各项水利工程建设项目320个，完成投工19万个，挖填土方37万立方米，浆砌条石1520立方米，浇筑砼2990立方米，完成项目总投资1801.3万元，其中国家财政投资1310万元，群众投资491.3万元，山平塘淘淤补漏90口，精修6口，石河埝维修9道，渠道岁修除淤158条180公里，渠道防渗衬砌7条9公里，新建渠道5条3.9公里，电力提灌站维修74处，装机容量5300千瓦，各项水利工程设施已正常运行，确保春灌用水，为辖区内工农业生产创造了良好的基础条件。

加强领导，层层签订水利建设责任书。

芦溪镇是全县农业大镇，农田水利工程设施在农业生产和新农村建设中起着重要作用。为完成去冬今春农田水利基本建设任务，以村、社为单位逐级召开农田水利基本建设动员会，与各党总支签订农田水利建设目标责任收66份。镇成立了农田水利建设领导小组，按照“突出重点、全面推进”的要求，确定了重点样板示范工程2个，全面带动了农田水利建设任务的完成。

依法管水，加强蓄水保水。

加强对5座小（二型）水库，374口山平塘，56道石河埝，74处电力提灌站依照《中

华人民共和国安全水法》和《四川省水利工程管理条例》全部建立了工程安全维护管理、蓄水保水责任制，水利管理单位编制各时段用水计划，组织村社搞好蓄水保水工作，根据部分村社历欠水费的问题，为了保证抽水站的正常运行，协助催收历欠水费25万元，收取当年应交水费91万元，保证水利工程正常蓄水、正常经营和运行，确保了45000余亩水稻满栽满插。

加大投入，加快病险、震损水库整治，确保农业生产用水。

由于“5.12”大地震对辖区5座水库不同程度造成了损坏，5座水库中有溃坝水库2座，次高危水库3座。为了保证水库安全运行，确保人民群众的生命财产安全，从去年底对辖区的福兴水库、顶山寺水库等3座水库进行整治，认真做好工程施工的协调工作和工程质量的监督工作。

为尽快恢复农村小微型水利工程的正常运行，石河、清平、姚江、金台村对6口山平塘进行精修，4.8公里的渠道进行防渗整治。争取国家灾后重建资金140万元，对镇内大型抽水站广华站进行了彻底维修整治，更新了全部抽水机器。完成189万元对广华寺提灌站

7.4公里渠系，90公里支渠，团结水库10公里渠系改造维修

关注民生，加强人畜饮水安全工程建设。为了改善人民群众的饮水安全条件，提高人民群众基本生存条件的保障能力。镇党委政府配合县人饮办在镇内13个村实施人饮工程项目，该工程总投资291.92万元，其中国家补助233.53万元，该工程的实施能彻底改变7298人的人畜饮水困难的局面。

农田信息处理系统 篇3

关键词：农田生态系统；农田景观小结构；城市化；影响

中图分类号：S181 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）02-0008-03

经济的快速发展使得土地利用趋于饱和的城区不断向外延展和扩张，城市边缘区作为城市土地开发中最活跃的区域亦迅速外扩，其自然、半自然景观正逐步向城市景观演变，使得大城市形成明显的城市区域、城市边缘区和乡村区域。

农田生态系统是一个综合体，主要负责农田动物、植物、微生物以及农田土壤、空气和农作物群落间的物质循环与能量转化，是一个开放、脆弱的复杂生态系统。城市化的迅速扩张使得人类干扰程度增加，原本属于自然、半自然生境的乡村区域地表景观结构发生改变。土地利用中城市景观的增加使得脆弱的农田生态系统发生紊乱，城市的无序扩张使得物种的生存受到影响，农田景观问题和农田生态健康问题凸显，影响了生物多样性。德国在对农业景观结构与植物和动物种类多样性关系的研究中引入了农田景观小结构的概念，农田景观小结构是指在农田景观背景中面积小于1 hm2且具有明显边界的非农田类型。

沈北新区地势平坦、开阔，多为平原地貌，位于东北城市走廊的枢纽重地，是沈阳城市化扩张的重点区域，景观结构变化幅度较大，在该地区进行利用农田小结构的对比来反映农田系统健康性的研究是十分必要的。

1 材料与方法

1.1 数据来源与处理

以沈北新区2012年底的航空影像作为底图，选择研究区域。划分沈北新区的城市边缘区范围，以熵值小于0.7的内带为城市、外围为乡村，熵值处于0.8至最大值之间的为城市边缘区。对样带进行采样点选择，从城市中心向乡村按照梯度选择的原则共选择10个样点，其中样点1—4位于城市区域，5—8位于城市边缘区，9—10位于乡村区域。沿每个样点的上缘划分条带，共划分十个样带（分别用Ⅰ—Ⅹ表示）。

1.2 研究方法

利用ArcGIS技术对研究区内的3个区域及10个条带的农田景观小结构进行对比分析，并与采集的土壤动物的总体数量和种类进行综合对照。

2 结果与分析

2.1 3个区域的农田景观小结构统计分析

研究区内3个区域的农田景观小结构统计分析结果见表1。

由表1可知：整个研究区中城市区域、乡村区域的总面积和总斑块数接近，城市边缘区的总面积和总斑块数最大；3个区域的小结构斑块数和面积表现为城市边缘区>乡村区域>城市区域。可见，城市区域的小结构明显少于乡村区域和城市边缘区，而城市边缘区的小结构数量与面积最多。这可能是由于城市区域建设用地居多占据了农田景观小结构，乡村区域则保持正常状态，而城市边缘区有河流穿过是其农田景观小结构增加的原因。

3个区域的农田景观小结构面积比例与土壤动物数量及物种数的关系如图1所示。

由图1可见：3个区域间土壤物种数相近，差距不大；而土壤动物个体数量在城市边缘区急剧减少，这可能是由于城市边缘区受城市扩张和人为影响加剧，导致土壤动物数量大幅下降。同时可看出，农田景观小结构面积比例在1.5%以下时，对农田土壤动物数量和物种数影响不大。

2.2 10个条带的农田景观小结构统计分析

研究区内10个条带的农田景观小结构统计分析结果见表2。

由表2可知：总斑块数以及小结构斑块数量均表现为城市边缘区>乡村区域>城市区域。城市边缘区总体表现为斑块数较多、破碎程度较高；城市区域则以建设用地为主，且以大范围分布，因此斑块数量为最低；乡村区域地类类型较城区丰富度高，因此斑块数量居中。10个条带中农田景观小结构的结构比例和面积比例均表现为城市边缘区>乡村区域>城市区域。在城市区域内，小结构斑块比例和面积比例与土壤动物个体数量间的变化并无明显规律性变化，土壤动物物种数在10个条帶中没有明显升降；处于城市边缘区的4个样带的土壤动物个体数量随着与城市中心距离的增加而增加，但小结构比例并未随着小结构数量的增加而增加；在乡村区域内，土壤动物个体数量随着小结构斑块比例的增加而增加。产生此种现象的原因可能是城市边缘区土地利用类型多样，因此破碎化程度高，同时农田景观小结构的数量也因破碎化程度增加而增多，由人为干扰引起土壤动物个体数量减少。

3 结论

很多研究认为，保持10%～20%的农田景观小结构比例，对于维持农田生态系统的物种多样性具有重要作用。通过试验得知，沈北新区的小结构比例最高仅达到2%左右，与理想状态的差距还很大。2%的比例下农田景观小结构的作用表现不明显，这是因为城市的迅速扩张和人类高强度的干扰对城市边缘区的土壤动物个体数量的影响，远超过农田景观小结构在较低比例下维持农田生态系统相对稳定的影响。今后，在城市扩张的同时，应保持城市边缘区的土壤动物个体数量和物种数的相对稳定，增加农田景观小结构的面积，以保持生态系统健康。

参考文献

[1] 陈浮.城市边缘区景观变化与人为影响的空间分异研究[J].地理科学，2001，21（3）：210-216.

[2] 何鹏.常见景观指数的因子分析和筛选方法研究[J].林业科学研究，2009，22（4）：470-474.

[3] 李灿.大城市边缘区景观破碎空间异质性——以北京市顺义区为例[J].生态学报，2013，33（17）：5 363-5 374.

[4] 刘云慧，常虹，宇振荣.农业景观生物多样性保护一般原则探讨[J].生态与农村环境学报，2010（6）：622-627.（下转第13页）

（上接第9页）

[5] 陈文波.景观指数分类、应用及构建研究[J].应用生态学报，2002（13）：121-125.

[6] 刘家福.土地利用格局景观指数算法与应用[J].地理与地理信息科学，2009（1）：107-109.

[7] 郝润梅.半干旱地区城市边缘区景观格局动态变化及存在问题浅析——以呼和浩特市为例[J].资源科学，2005（2）：154-160.

[8] 江源.欧洲农田生态系统物种多样性研究进展[J].资源科学，1999（5）：53-56.

基于作物长势的农田地理信息系统 篇4

精确农业是广泛使用现代信息技术的农业技术体系,是现代农业发展的方向,研究相关的技术是实现我国农业现代化建设的重要手段,而开发适合精确农业的专业地理信息系统软件更是十分必要。目前,关于农田地理信息系统设计与开发的研究较多:如林孝松对基本农田地理信息系统的设计以及开发方面进行了探讨[1],左淑红详细阐述了水利工程信息管理系统的开发过程及其相关技术[2],庄卫东[3]和潘文静[4]先后对基于网络的农田地理信息系统开发进行了研究。笔者利用Mediamapper的特殊功能,把它应用到农业工程领域,在符合用户操作习惯与作物生产管理方式的基础上,制作出一种功能适当、界面友好、用于作物长势的农田地理信息系统,命名GGIS(Growth GIS),用来辅助农户对农田进行精确管理。

1 GGIS系统的主要功能

1.1 信息获取功能

1)获取农田地块边界的空间信息,获取农田地块的电子地图,如图1所示。

2)可以获得静态具有GPS位置信息和反映小麦长势的图片,如图2所示。

3)获得包含GPS、海拔、时间和速度等信息的视频信息,如图3所示。

4)把其它地图加载到系统当中作为背景地图。

1.2 其他功能

1)坐标转换功能。

在选项当中的坐标系菜单中,通过选择不同纬度的显示格式,实现不同坐标格式之间的转换。

2)自动测量距离的功能。

通过工具栏的测量距离选择,可以获得地图中任意两点之间的距离。

3)格式转换功能。

通过输出转换功能,可以把农田地理信息系统转化成HTML,Shapefiles,Shapefil,Graphics,Clipboard,Geoset,MediaMap,MIF,Mapinfo,Workspace和XML的格式。

4)GPS查询功能。

通过GPS查询工具,可以获得任何一点的GPS以及相关信息。

2 界面介绍

GGIS的界面分为功能菜单、图层浏览、地图窗口、工具栏、硬件设备控制工具和状态栏6个部分。功能菜单提供GGIS所有功能操作;图层浏览管理整个项目的所有资源,包括数据、地图以及输出3个部分;地图窗口负责地图的显示;工具栏提供常用功能的便捷操作;硬件设备控制工具显示和控制数据的输入,状态栏显示项目的当前状态。GGIS的总体界面如图4所示。

3 农田地理信息系统的信息显示

3.1 地图界面的构成

本文在Mediamapper软件的基础上,把试验地块的电子地图和采样点小麦长势信息的属性结合在一起,建立了一个关于小麦作物长势信息的农田地理系统。系统的地图窗口如图5所示。

从图层浏览窗口可以看出,当前地图分别由特征图层(2008年4月17日 )、索引图层(农田地理信息系统)和其它图层(01)叠加组成的。

地图界面主要包括两大部分:一部分是由试验地块边界的电子地图和每个采样点构成,如图6所示;一部分是由带有文字信息的特征符号构成如图7所示。

3.2 系统信息的查询

在工具栏中,选择查询工具以后,地图窗口中点击任意采样点,就会出现一个信息查询的窗口,查询窗口有视频、图片和文本3个选项,通过选择任一个选项,就可以查询到关于采样点所对应的属性信息。其中,视频和图片主要是在各个采样点周围采集到的具有作物长势位置信息的视频和图片,而文本主要是对采样点各种长势综合信息的描述(如图8所示),便是点击18号采样点查询到的图片和文本信息。

如果选择图片信息查询以后,点击地图中带有文 文字描述的特征符号,就可以查询到小麦长势信息的空间分布图。如图9为点击拔节期小麦叶面积指数和抽穗期株高空间分布图查询的结果显示。

4 农田地理信息系统的HTML格式

最后把农田地理信息系统转换成html的形式(如图10所示),然后在网上发布,指导农户进行精确管理。在界面上可以选择查询内容的形式,如全部信息查询(All)、文本查询(Document)、视频查询(Video)、图片查询(Image)、附加信息查询(Attachment),图8中选择的是图片查询(Image)

如果选择的是全部信息查询(All)的话,通过点击每个采样点,就可以查询到采样点所有的视频、图片、文本信息和一些附加信息;而选择其它查询方式,只能查询到采样点的一种属性信息。另外,选择图片查询(Image)时,通过点击网页右边的特征符号还可以查询到小麦各种长势信息的空间分布图。总之,通过选择各种查询方式就可以查询到这块试验田小麦长势信息的所有属性。

通过农田地理信息系统把具有GPS具体位置信息的图片和视频、作物的长势情况定量描述与作物长势信息和产量的空间分布图结合在一起,可以更加直观、有效地了解到每一位置点作物的长势情况。根据每一位置点作物长势情况的差异,对农田实施精确施肥、除草和灌溉等精确管理。

5 结束语

本文介绍了农田地理信息系统的主要的功能和界面组成,并根据试验田的边界和采样点的位置信息创建了一个关于作物长势信息的地图界面,用于作物长势空间信息的显示,并把农田地理信息系统转换成html的形式,可在网上发布,指导农户进行精确管理。

参考文献

[1]林孝松.基于农田地理信息系统设计与开发[J].重庆师范大学学报,2005,22(2):68-71.

[2]左淑红,郑丽娜,左凤鸣.肇东市农田水利工程地理信息系统的分析与开发[J].测绘与空间地理信息,2007,30(3):124-126.

[3]庄卫东,汪春,王熙,等.基于WebGIS的农田地理信息系统开发[J].农业网络信息,2007(11):22-24.

水务系统农田水利建设调研报告 篇5

一、基本现状

我县是典型的山区农业县，从上世纪50年代开始大兴水利建设，各级政府加大投入力度，全党全民总动员，经过长期的艰苦奋斗，基本形成了以库、塘、坝、管网、排灌站相配套的灌溉网络。截止2008年底，全县共投资4亿多元，建成各类水利工程43967件，其中中型水库2座，小型水库52座，小塘坝110座，引水工程535件，提水工程135件，小水窖40063口，堤防长度56.5km。全县年供水能力达12423万m3，有效灌溉面积26.38万亩，供水受益人口20.69万人。有力地推进了全县水利事业的发展进程，为促进全县农业和农村经济平稳较快发展打下了良好基础。特别是近年来，全县抢抓国家扩大内需机遇，扎实开展病险水库治理、渠道改造、河道整治、坝塘挖深加固工程建设，重点解决了农田水利建设中一些亟待解决的问题，确保了农村经济建设稳步持续发展。

一是创新形式，“一事一议”兴修水利。

针对农村税费改革后出现的新情况，各乡镇发动群众筹资投劳，很多村通过“一事一议”，调动了群众兴修水利的积极性。

二是广辟渠道，社会筹资兴修水利。

通过拍卖、租赁、承包、股份合作等多种形式，广泛吸纳社会资金参与水利工程建设。从1999年试点至今，全县共完成各种民办水利工程20余件，投入166.6万元。雄壁大堵杂、小天生桥村人饮工程，葵山镇黎家坝村联户建设的8件人饮工程，续修配套修复使用的有阿令水库、酸花箐抽水站等，集体投资建设的有大紫微、中法雨等蔬菜基地工程。通过小型水利产权制度改革，明确了所有权，搞活了经营权，强化了管理权，放开了建设权。工程还是原来的工程，水还是原来的水，改革盘活了国有资产，减少了国家集体的包袱，减轻了群众的负担，调动了经营者兴修水利、管好水利工程的积极性；促进了水利建设与管理的健康发展，做到一座水库就是一个“聚宝盆”，一件工程是一个“综合效益点”。使水资源成为“生财水”、“致富水”。

三是突出重点，整合项目兴修水利。

近年来，县水务部门加大了项目前期工作和申报力度，全力争取国家水利项目的投入，以骨干工程和主体项目的实施推动面上的水利工程建设，开展了东风、大冲、羊洞等中小型病险水库的除险加固治理。同时,由政府牵头整合国土、财政、扶贫开发、农业、水利等部门的项目资金5000万元，统筹规划，注重解决彩云镇片区中低产田改造的水利问题。通过综合利用改造中低产田改造、农业综合开发和土地平整项目建设，改善灌溉面积5万亩，新增灌溉面积0.15万亩。在肯定成绩的同时，必须清醒的认识到，目前我县农田水利基础设施相当薄弱，工程毁损严重，运行效益递减，抗灾能力差，洪涝干旱灾害频发，严重威胁粮食生产。主要存在四个方面的问题：一是水利设施带病运行多。我县水利工程多数建于上世纪六、七十年代，长期运行，老化失修，有的虽经多次维修、改造和加固，但许多带根本性的问题没能得到彻底解决，带病运行显得十分突出。二是水利设施配套条件差。三是水利设施整体功能弱。四是水利设施抗灾能力差。

二、成因分析

通过调研发现农民要增收，农业要发展，以现有的农田水利设施是无法得到保障的。分析其中的缘由可以为我们改善农田水利建设的现状提供一些参考。

（一）认识不够，思想观念“轻”“重”失衡。

忧患意识不强。从干部到群众习惯了“前人种树，后人乘凉”，“吃老本”的思想比较严重，对进行大规模的农田水利建设紧迫感不强，主体责任不强。有的认为修不修水利无关一票否决，头上没有“紧箍咒”。有的认为修水利的主体是农民群众，“谁受益、谁投资”，政府只能是引导鼓励。有的认为修水利的责任主体是政府，群众工作难做，只能“就汤下面”，有多少钱，就办多少事。还有的认为平时修水利不如到时防大汛、抗大旱，因此兴修水利口头喊得多，实际行动少。群众

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热情不高，种田不能作为农民增收的手段，养家糊口是农民种田的主要目的；以前利用自然降水，在一般情况下能满足农业生产需求，所以只要不出现大水灾大旱灾农民也很少关心公共农田水利建设。现在农民种田每年排洪和抗旱要花费大量的人力、物力和财力，种粮效益极低，严重挫伤种粮积极性，农民种田太不合算，更加没有热情修水利。

（二）投入不足那一世小说网 http://，资金筹措 “供”“需”困难。

1、各级财政投入不够。中央，省级的资金主要投入到了大江大河等工程上，农田水利建设投入偏小，争取难。2008年中央、省级财政投入我县的真正用于农田水利建设资金不足1000万。县乡两级财政保运转压力很大，只能勉强应付上面的配套资金，或搞点临时的修修补补，面上工程很难有大的投入。县乡两级财政水利建设资金总投入较少，相对于全县庞大的水利建设网络，有如杯水车薪。

2、群众投入难以组织。国家实行工业反哺农业、城市支持乡村战略，取消农业税并推行多种涉农补贴，农民认为什么费用都应由国家大包干，等、靠、要思想严重，水利事业筹资积极性不高。一些可以通过“一事一议”筹资而解决的小型水利设施的维修改造，由于意见难统一，也被搁置一边。

3、水利建设下欠资金缺口大，截止2007年经初步估算全县下欠1800多万元。

（三）管理不力，设施设备“建”“管”缺位。

由于政策变化、职责不明、主体不分，除中型水库外，分布在各乡镇、村的小型水利设施由于诸多原因，管理不到位。有的甚至处于长期无人管理的状况，导致设施提前老化，使用成本增加，利用率降低；反过来长期不使用水利设施，投入不能产生效益，必然又造成水利设施无人用无人管的局面，限制各方面对水利设施的投入，形成恶性循环。特别是农业抽水站，由于常年缺乏管理维护，渠道淤塞严重，灌溉成本较高，提1小时水要电费90余元，群众负担不起，且维修费用较高，设施偷盗现象严重。

（四）体制不顺，水利建设“矛”“盾”突出。

在现行体制下要发展水利事业，全面加强水利建设，还存在很多方面的问题和矛盾。第一、队伍建设“青黄不接”。目前，县水务局水利工程技术人员缺乏，难以应付水利建设项目增长的需要；乡镇水务所技术力量就更加薄弱，最简单的测量施工也很少有人懂。第二、水利规划有待完善。多数乡镇、村没有水利规划或规划不完善，造成一些新建水利工程布局不合理，造成资源浪费或闲置，重复建设增加。第三、水政执法亟待加强。目前水政执法环境很差，执法力度太弱，对破坏水利设施行为处罚难。水政执法人员制止其行为多次受到围攻谩骂，水库管理人员对侵占毁坏渠道的当事人根本没有办法。第四、体制改革进展缓慢。目前中型水库管理体制改革虽然得到解决，但小一型水库管理矛盾多，水费收缴、水库负债等问题亟待关注解决。第五、水利工程立项艰难。水利项目申报前期费用大，专家评审、设计和相关费用动辄十多万，甚至几十万，水务部门负担较重，只能望洋兴叹。即使费尽九牛二虎之力批了个什么项目，也因配套资金难到位而实施艰难。

三、对策建议

如何增加农民收入一直都是被社会各界关注的问题，农业本身应该给农民更多效益这一点不容忽视，农业自身应该有一个良好的生产能力，这才是农村、农民、农业发展的基础。而在提高农业的产出能力的所有因素当中，水无疑发挥着基础性的作用。我县水利基础设施建设仍显滞后，远远跟不上快速发展的经济形势，水利基础设施投入与公路、电力等基础设施投入不相协调。要抓好新时期农田水利基本建设，应从以下几个方面努力：

（一）要转变观念，确定水利公益性质。

我县是农业生产县，各级各部门应充分认识到“水利是农业的命脉”，水利是国民经济的基础设施和基础产业，直接关系到社会公共安全、生态安全、粮食安全甚至国家安全。随着经济社会的发展，水利建设与管理工作的重要地位将愈加突出。必须确立水利事业公益性质，明确各级政府是水利建设事业的主体，必须有“为官一任、治水一方”的执政理念与追求，继续加强水利基础设施建设，不断提升水利的社会公共服务能力。

（二）要科学规划，明确水利发展目标。

要坚持以人为本和科学发展观，结合我县整个水系现状，和农田水利“十一五”发展规划，要以规划为主线，并根据总体规划的要求，研究出台具体的可操作性强的实施意见。坚持突出重点、因地制宜、量力而行、先急后缓的原则，对现有小型水利设施，特别是坝塘、管网、渠道等基础性设施拟定出分期分批改造计划，力争5年内基本改变全县水利设施现状。

（三）要齐抓共管，形成水利建设热潮。

要加大水利建设力度，必须发挥各级政府主导作用，把水利建设纳入“为民办实事”工作体系，加大该项工作的行政推动力，齐抓共管，掀起水利建设热潮。建议今后几年县政府每年都明确提出“水利建设年”的战略口号，每年都确定一个水利建设或水利工程管理重点，提出具体实施目标，量化明细考核指标，抓一把手，由一把手亲自抓，形成水利建设合力。象抓任何一项“一票否决”工作一样建立健全考核机制，全面实行一把手负责制和部门分工负责制，对全县的重点工程实行县级领导挂点包干负责制，把农田水利建设和管理工作纳入年度目标考核，实行现场验收，量化计分，兑现奖补的办法，对各地的水利建设形成客观的评价体系。

（四）要健全机制，保证水利发展投入。

全面改变我县水利设施现状，必须坚持统筹兼顾的原则，形成水利建设投入长期机制，从五个方面努力确保水利建设投入。一要争取项目支持。要认真做好项目前期储备工作，县里要出台奖励办法鼓励积极争取项目，统筹项目规划，整合国土、财政、扶贫开发、农业、水利等部门项目资金，着力解决农村小型水利基础设施建设中资金不足的问题。二要加大财政投入。财政预算要逐年加大对小型农田水利设施建设的投入，县人民政府要继续加大以奖代投力度，从粮食生产大县奖励资金中提取更高比例用于水利建设。每个乡镇要创新形式对水利建设实行以奖代投，充分调动群众建设水利的积极性。三要加强基金征管。加大水利建设基金、防洪保安基金征收力度，提高资金使用透明度，严禁擅开口子、私批条子、乱打招呼挪用专项资金，确保资金真正用在水利工程建设项目上。四要完善“一事一议”。充分尊重群众的首创精神，在群众自愿的基础上，把“一事一议”政策用足、用活、用好。要按照（国农改[2008]2号）文件精神，积极探索实施“一事一议”奖补办法，激发群众参与筹资投劳的热情。五要盘活现有资产。加快水利设施产权制度改革，通过承包、租赁、股份合作、拍卖等多种形式，鼓励农民、集体和社会民营资本参与农村水利设施建设投资，盘活现有水利工程资产存量。

（五）要积极稳妥，加快水管单位改革。

要确保中型水库公益类体制改革措施到位，纳入公共财政框架。通过严格的定编、定岗，建立能力素质强、技术水平高的精干管理队伍，推进水利工程管理的专业化、规范化和现代化。对小一型水库应列为准公益性水管单位，加大财政补助力度，保证水利设施公益性功能的正常发挥。创新水费收缴管理办法，逐步规范把公益性水利工程运行管理和维修养护支出纳入公共财政框架，力争从2010年起全面免收水费。

（六）要注重人才，强化水利队伍建设。

要打破常规畅通渠道，大力引进水利技术人才，要建立长效机制大力培训水利技术人才，通过培训、学习、交流和工作实践，解决水利专业人才匮乏的问题。县水务局要真正履行职能，提高服务意识，对新建水利工程要乐于奔走服务，敢于承担责任，精于技术指导。要大胆尝试，创新方法，积极探索组建专业水利工程公司，添置专业施工设备，大力引进新技术，破解新时期河道、坝塘清淤难题。要加强乡镇水务所建设，确保人员相对稳定，明确职能职责，充分发挥作用，使其承担起小型水利工程设施建设指导与管护的责任。

（七）要部门联动，加强水利工程管理。

要积极做好《水法》等法律、法规的宣传工作，不断提高全民水的法制意识。建议县人民政府出台《**县水利工程管理办法》，明确各乡镇和水管单位的主体责任。公安机关要严厉打击偷盗水利设备、器材等犯罪活动。水政部门要树立“向管理要效益、向执法要地位”的意识，提高行政权威性，理直气壮查处违法违规案件，确保水利设施功能正常发挥。

基于系统动力学的农田水利供给研究 篇6

关键词：系统动力学；农田水利；供给；城乡发展

中图分类号：F323 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0142-02

水利作为夯实农业发展的基础性配置，既是农业增产、农民增收、农村稳定的有利保障，也是水土保持、优化用水结构的关键支撑，具有很强的经济效益、社会效益、生态效益。然而，由于政府决策的城市偏好、市场资本的进入壁垒、劳动力资源的大量流出等因素长期制约着生产要素向农村地区的有效流动，我国农田水利供给不足的问题普遍突出。因此，有必要深入研究农田水利供给系统，探讨高效可持续的农田水利供给模式，推动农业生产向集约化、现代化方向发展。

1 研究区域概况

重庆市位于我国西南部，地处经济较发达的东部地区和资源较丰富的西部地区的结合部，同时也是大城市和大农村的结合体。目前，与我国东、中部地区相比，重庆农田水利发展仍面临重重困难：耕地灌溉条件较差、中小灌区设施配套不足、灌区末梢建设与维护乏力等现象还普遍存在。作为国家统筹城乡改革试验区，重庆的经济社会发展呈现出我国城乡二元结构下的普遍特征。基于此，深入研究重庆市农田水利供给问题对促进我国农村经济结构调整，统筹城乡发展有着广泛的借鉴意义。

2 系统动力学模型构建

2.1 建模思路及模型构建

系统动力学模型中的变量包括存量、流量及辅助变量。作为描述模型积累效应的变量，存量用以表示模型中各子系统的基本状态。流量和辅助变量分别表示系统中存量的变化速度及存量与流量之间的过渡信息，二者通过物质流与信息流和存量建立联系，形成相互作用的动态网络系统。结合农田水利供给特点，本着突出重点与数据的可得性原则，最终构建的变量体系如表1所示。

综上所述，结合重庆市城乡发展的内在联系，建立各存量间流量和辅助变量的反馈回路，设计农田水利供给的系统动力学模型，如图1所示。

2.2 变量确定

根据重庆市农田水利供给系统的结构特征以及主要变量历史变化的稳定性和变量之间的依存关系，参考相关文献，对系统变量予以确认。最终，将主要参数的数据确定归纳为3类：

①对于研究时期内数据变化较为平稳的单变量参数，采取算术平均数的方式予以确认，如：出生率、投入产出比。

②以表函数形式给定的参数，如：死亡率、再生产投入率、水利资金投入系数、农业产值增长系数、农业收入系数、农业收入对从业人数影响、转换系数。

③农业收入因子为人为设定变量，模型中规定2002年的农民人均农业收入为1，其后各年的农业收入因子为当年农民人均农业收入与2002年之比。

3 重庆市农田水利供给模式的情景分析

根据模型中经济、人口子系统的耦合关系，参考《重庆统计年鉴》、《中国水利统计年鉴》、《重庆市水资源公报》等资料，选取2012年的供给状况为参照发展模式，并在此基础上设计了经济推动型和扩大投入型两种供给模式，对未来重庆市农田水利供给情况进行模拟分析。

3.1 参照发展型（模式1）

该模式以2012年重庆市城乡发展状况为参照，农田水利供给模型初始参数保持不变，水利资金投入系数取1.26%。仿真结果显示，至2025年，全市生产总值突破4万亿，达到41 292.32亿元，年均增幅10.4%，水利资金投入与农业产值均有较大提升，分别达到520.28亿元和2 271.07亿元；全市常住人口小幅增长，为3 266万，农业从业人口缩减至341万；农民人均农业收入达到6 026元，占比人均GDP为4.77%。

3.2 经济推动型（模式2）

该模式在参照发展型的基础上将GDP的投入产出率提升0.5%，保持水利资金投入系数不变，通过刺激社会再生产，扩大经济基础，充实农田水利的资金投入。该模式下，GDP增长率增至10.7%，GDP、水利资金投入及人均GDP均较参照发展模式有所增长，分别达到42 774.95亿、543.24亿、13 5213亿；农业总产值与参照发展模式基本保持一致；农业从业人数为302万，降幅扩大。

3.3 扩大投入型（模式3）

考虑到农业发展在经济竞争中的先天弱质性，参考农田灌溉优势地区发展经验，将水利资金投入系数提升0.5%，强化外部支持，提升农田水利对农业经济的推动作用。结果显示：至2025年，全市水利资金投入增至726.74亿；农业总产值与农民人均农业收入较上述两种模式均有了明显增长，分别达到

2 826.29亿、6 709亿；农业从业人数降幅收窄，为389万。

设定2012年的农民人均农业收入、农业收入占比、农业产值、水利资金投入及农业从业人数为1，以2025年模拟数据与2012年对应数据作比得比值图，如图2所示。

对比2012年，各模拟情境下，农业从业人数均出现明显下降，模式2降幅最大，达到49%，体现出经济发展与城镇化进程对农村劳动力资源的转移效应。3种模式下农民人均农业收入均有较大提高，但模式1、2中农业收入占比持续下降，农民实际购买力不足，对其务农积极性产生抑制效应。模式3中，水利资金投入的加大有效推动了农业产值和农民人均农业收入的提升，但同时，该模式下水利资金的单位效益最低，反映出随着投入的加大，农田水利供给的市场失灵与政府失灵现象将日益突出。

4 得到的启示

4.1 强化政府在农田水利供给中的主体地位

由于中国固有的城乡二元结构，使得包括劳动力在内的经济与社会发展所需资源过度集中于城市，农村发展长期让位于城市发展。这就要求政府统筹好城乡发展关系，强化对农田水利的扶持力度。

首先，要全面认识发展农田水利对农业生产、农村建设及生态环境建设的重要意义，明确其在农田水利建设与维护过程中利益相关者的角色定位。

其次，要构建起自上而下的财政投入体系与自下而上的信息反馈机制。理顺中央与地方在农田水利建设中的责、权、利，形成各有侧重又互为补充的良性互动局面，畅通信息渠道，及时反馈基层组织对水利建设的现实需求，在保障农田水利资金投入的同时，确保水利建设的有的放矢。

4.2 拓宽供给渠道，鼓励“一主多元”的农田水利供给模

式

农田水利作为准公共物品，兼具公共物品与私人物品的双重属性，市场资金的参与对提高供给效率，规避政府失灵有着积极意义。对于那些具有一定经济效益的经营性项目，政府部门要本着成本—效益的一致性原则，综合运用财政补贴、税收减免、贷款优惠等手段设计合理的制度安排，鼓励社会资本参与农田水利的建设与管理工作。

此外，政府还应完善“一事一议”制度，降低村民自主供给农田水利的交易成本，并通过“以奖代补”、增加酬劳支出等措施激励村民投工投劳，以弥补由于农业从业人数持续下降导致的劳动力投入不足问题。

4.3 完善约束机制，降低农田水利供给的寻租风险

为最大限度地避免农田水利供给活动中的寻租现象，提高供给效率，首先要建立多元供给模式下的竞争机制。政府要减少对水权市场的制度授权，倡导契约式管理，破除农田水利供给的垄断壁垒。

其次，应构建起高效可行的财政资金使用管理办法，针对资金划拨、流向及工程项目的开展情况进行实时监督，推进财政投入绩效管理制度，杜绝资金的滥用、挪用及贪污现象。

最后，要明确参与责任，严格贯彻奖惩制度，对问题项目要启动追查程序，筑牢农田水利工程的品质基础。

参考文献：

[1] 邓广山，苏维词，赵国军.重庆农村经济社会发展水平评价[J].重庆师范大学学报（自然科学版），2011，（2）.

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[4] 陈书忠，周敬宣，李湘梅，等.城市环境影响模拟的系统动力学研究[J].生态环境学报，2010，（8）.

农田信息处理系统 篇7

农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定和受环境影响极明显等特点[1]。在大多数情况下, 农业实验观测现场工人的劳动强度大, 人为因素造成的数据不准确性高, 对实验的结果会产生极不利的影响。要解决这些问题, 根本的出路是实现信息获取的自动化, 以及数据的远程传输与交换[2]。已引起各领域广泛关注的现代无线网络信息技术和计算机应用等技术为农业信息的科学获取提供了重要的技术手段。这些最新的技术开发应用于农业各领域对于深入研究农业科学具有重要意义。本文充分参考国际国内已有的研究成果, 设计开发了一种基于嵌入式与GPRS技术的无线远程监测系统, 充分满足了远距离条件下农业环境监测的各种需要。

1 系统基本原理

本系统硬件核心模块采用ARM7 CPU 芯片作为处理器, 核心模块的微控制器内置嵌入式操作系统—μC/ OS-Ⅱ。操作系统具有系统前端的数据采集、数据处理、数据显示、数据存储和数据传输等功能。传感器采集的数据经过A/D转换后送入CPU进行处理, 在操作系统的调度下, 处理结果通过核心板上的GPRS无线模块传输到数据中心, 进而应用APS.NET动态网页技术实现INTERNET的WEB发布。

嵌入式操作系统是实时操作系统, 运行于特定的硬件平台上。对实时性和稳定性要求很高的数据采集系统来说, 引入嵌入式操作系统无疑将大大改善其性能。μC/ OS-Ⅱ操作系统是专为微控制器系统和应用软件开发而设计的公开源代码的抢占式实时多任务操作系统内核, 是一段微控制器启动后首先执行的背景程序, 作为整个系统框架贯穿系统运行的始终。其特点为: 公开源代码, 代码结构清晰、明了, 注释详尽, 组织有条理, 可移植性好, 可裁剪, 可固化, 内核属于抢占式, 最多可以管理64个任务。

本系统的基本组成:传感器组 (包括大气温湿度传感器、土壤水分与温度传感器、光照度传感器和风向传感器等) 、核心处理模块 (包括微控制器、存储器、其他外围芯片和嵌入式操作系统等) 、通讯模块GPRS、电源以及服务器等。嵌入式系统硬件结构如图1所示。

2 系统关键技术与实现

2. 1 芯片的选择

ARM微处理器的32位嵌入式RISC微处理器以低功耗、高性能和低成本等诸多优点在嵌入式应用领域占据着领先地位。ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器, 最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。它支持操作系统, 包括μC/ OS-Ⅱ和μLINUX等, 高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。本系统采用的核心处理器是三星公司推出的16/32位RISC处理器S3C44B0X, 它采用ARM7TDMI内核, 0.25um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。S3C44B0X通过提供全面与通用的片上外设, 大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置, 从而最小化系统的成本。

2.2 远程通讯方式的选择

远程通讯方式选择GPRS ( General Packet Radio Service , 通用无线分组业务) , 它是一种基于GSM系统的无线分组交换技术, 提供端到端的和广域的无线IP连接。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前电路交换的话音业务信道极其相似, 因此现有的基站子系统 (BSS) 从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转发模式下发送和接收数据, 而不需要利用电路交换模式的网络资源, 从而提供了一种高效与低成本的无线分组数据业务, 特别适用于实现间断的、突发性的和频繁的远程移动数据传输[3]。

2.3 嵌入式操作系统—μC/ OS-Ⅱ

μC/ OS-Ⅱ是一个源代码开放的实时操作系统, 可移植、固化和裁减。其内核是占先式的, 总是执行就绪态的优先级最高的任务[4]。μC/ OS-Ⅱ工作核心原理是:近似地让最高优先级的就绪任务处于运行状态。μC/ OS-Ⅱ包括任务调度、时间管理、内存管理和资源管理 (信号量、邮箱和消息队列) 4大部分, 它的移植只与3个文件相关, 即 汇编文件 (OS_CPU_A.ASM) 、 处理器相关C文件 (OS_CPU.H 、OS_CPU_C.C) 和配置文件 (OS_CFG.H) 。它的基本思路就是“近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态”。为了保证这一点, 它在调用系统API函数、中断结束和定时中断结束时总是执行调度算法。在综合考虑和比较各种嵌入式操作系统后选择μC/ OS-Ⅱ作为本系统的操作系统。

本系统利用嵌入式操作系统μC/ OS-Ⅱ 可以管理多任务的特点, 对每个传感器的管理作为一个任务来管理, 在实际中取得了很好的效果。具体的实现如下:在系统中共设计占用了8个任务。其中, 6个传感器的数据采集作为μC/ OS-Ⅱ的6个任务, GPRS发送数据要占用1个任务, 数据LCD显示占用1个任务。μC/ OS-Ⅱ调度的程序流程图[5]如图2所示。

3 数据中心数据接收软件的编写

服务器接收端的软件实现的功能是实时接收采集现场传来的数据, 并将其进行解析, 完成数据的数据库存储。该软件采用VB6.0进行编写, 提供了完善的对Winsock的支持。Winsock规范定义了一个TCP/IP网络开发Windows程序的标准, 利用WinSock 控件可以与远程计算机建立连接。Winsock的API函数在Windows 下是以动态链接库 (DLL) 的形式来提供的。软件数据采集部分流程图如图3所示。

4 数据的WEB发布

利用ASP.NET 技术实现信息的动态网页发布。在该页面实现实时数据的显示, 并提供历史数据的查询和数据下载等功能。用户可通过客户端浏览器 (Browser) 访问该页面, 输入相关查询的参数查询实时数据或者历史数据;服务器对浏览器的数据提交请求进行处理, 即进行数据分析计算、数据库存取和动态页面生成等工作;最后, Web 服务器将模型运行结果返回到客户端浏览器, 从而实现了无线远程环境监测系统底层网络与信息发布上层网络的无缝连接。

5 结束语

本文将GPRS无线通讯技术与嵌入式技术应用到农业信息的采集中, 建立了农田气象信息无线采集系统。该系统将传感器采集的数据通过GPRS 网络实时传送到服务器上, 并实现WEB的动态发布。实验与应用效果表明, 除了受现场偶有断电和人为误操作等干扰外, 系统一直能稳定工作, 真正实现了足不出户, 即可查看远程农田环境信息, 并能为身处异地的用户提供决策管理的信息支持, 已达到了实用化的程度。

另外, 该系统所采用的技术原理和关键技术是具有高度通用性的, 完全可以应用于农业其它领域的数据采集与监控过程中。尤其是无线移动通信技术的实现, 非常适合于偏僻而分散条件下农业信息的采集与监控, 同时与INTERNET 的结合, 为实现数据共享和远程管理提供了非常便捷的途径, 具有重要的实用价值和广泛的应用前景。

摘要：根据农田信息远程监测的特点, 提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案。该系统以ARM7CPU为硬件核心, 通过μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的调度与管理, 实现农业信息的实时采集与处理, 然后经由GPRS无线移动通信模块发送至数据中心服务器。服务器接受数据, 并采用ASP.NET技术实现动态WEB发布。该系统的实现满足了农田信息远程监测的各种需要, 为农田信息现代化提供了重要支持。

关键词：农田信息,GPRS,嵌入式技术,μC/OS-Ⅱ,WEB发布

参考文献

[1]李秀红, 孙忠富, 肖春华, 等.基于μC/OS.Ⅱ嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现[J].农业工程学报, 2007, 23 (10) :156.161.

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[3]温泉, 李炳煜, 焦毅.基于GPRS的无线数据传输系统解决方案[J].现代电子技术, 2006 (23) :15.20.

[4]Zelkow itz M.Embedded software[C]//Advances in com.puters, USA:University of California, 2001.

[5]Jean J.LABRO SS.μC/OS.Ⅱ:the real time kernel[M].Published by R&D Books, an imprint of Miller Free.man, Inc, 1998:178.185.

[6]胥静.嵌入式系统设计与开发实例详解[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

[7]周立功.ARM嵌入式系统实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.

农田信息处理系统 篇8

在数字化速度加快的大背景下, 全球农业也由传统农业向现代农业方向转变, 而实现农业的数字化和信息化是现代农业的重要标志。我国农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定等特点, 也是受环境影响最明显的领域, 因此对作物生长信息和生长环境的监测十分重要。在同一农田内, 有许多因素影响着作物的生长和产量, 如土壤压实、养分、水分、耕作层深度、环境温度和湿度等, 而这些信息存在着明显时空差异。根据现有的设备和技术方法对作物进行实时监控, 采集影响作物生长的主要环境因素信息。农业专家可根据这些信息对作物进行动态分析, 根据不同区域信息的差异性指导农业生产活动, 为决策管理、制定计划、实现对农业资源的有效配置提供科学依据。

1 系统需求

采用有线数据采集的监测系统受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响具有明显的局限性, 若采集费时过多, 会降低系统的实时性。因此, 提高系统的可靠性、实时性是系统设计需要解决的关键技术。而现代无线网络信息技术和计算机应用等技术近几年得到了长足的发展, 将这些最新的技术应用于农田信息采集, 设计一个基于ARM的ZigBee[1]无线传感器网络[2]的监测系统, 不仅可以保证数据的实时性、可靠性, 而且可以消除地理位置的限制。

2 系统组网

ZigBee网络中的设备分为FFD ( Full Function Device, 全功能设备) 和RFD (Reduced Function Device, 简化功能设备) 两种[3]。其中FFD承担了网络协调者的功能, 可以同网络中的任何设备通信, 具有路由与中继功能的网络节;RFD节点作为网络终端节点, 相互间不能直接通信, 只能通过FFD节点通信。

本系统采用图1所示的树状分层网络结构[4], 每个FFD节点可接收多个子节点, 该子节点可以是FFD节点或RFD节点。这种结构具有天然的分布处理能力, 簇头就是分布式处理中心, 每个簇成员均把数据传给簇头, 在簇头里完成数据处理和融合, 然后由其它簇头多跳转发或直接传给协调器节点。由于簇头的通信和计算任务比较繁忙, 能量会很快的消耗, 为了避免这种情况发生, 簇中的成员轮流或者每次选择剩余能量最多的成员做簇头, 这样消耗的能量比较少, 适合农田检测系统。

3 硬件平台设计

硬件平台建立主要包括芯片的选择、接口电路设计和PCB板制作。

3.1 芯片的选择

基于本系统对数据处理实时性和数据精度方面的考虑, 选择32位的ARM系列处理器。ARMCPU采用飞利浦公司的LPC2104, 内核为基于ARM7TDMI-S的精简指令集的通用32位高速微处理器。工作电压为3.3V, 内核工作电压仅为1.8V, 内置PLL锁相环可以设置CPU工作频率达60MHz, 双UART口, 提供数据的异步串行发送和接收, 片内16KBRAM和128KBFlash程序存储器, 为嵌入式uC/OS-II操作系统提供了必要的空间。射频收发芯片选择CC2420, 具有完全集成的压控振荡器, 只需天线、16MHz晶体等非常少的外围电路就能在2.4GHz频段上工作。

3.2 接口电路设计

CC2420提供一个SPI接口与微处理器连接, 通过这个接口完成设置和收发数据两方面的工作。CC2420与处理器的连接, 如图2所示。它使用SFD, FIFO, FIFOP和CCA等4个引脚表示收发数据的状态, 而LPC2104通过4线SPI总线对CC2420进行控制, 包括对CC2420寄存器的读写控制等。另外, CC2420主动发出中断信号来通知主控芯片LPC2104, 射频芯片有事件发生, LPC2104通过一些GPIO来控制CC2420的复位、工作模式的转换。

对于低功耗的无线设备来讲, 低成本的小型PCB环形天线是一种很好的选择, 环形天线是印制在电路板上的导线, 通过它来感应空中的电波, 接收信息。

3.3 PCB板的制作

包括低频部分和高频部分, 其中高频PCB板的制作要考虑抗干扰的问题, 因此本研究对无线模块的PCB使用高频双面板, 分为元件面和底面。PCB的底面是一个连续的接地面, 射频电路的元件面以CC2420为中心, 各元器件紧靠周围, 尽可能减少分布参数的影响。元件面的接地面要保证元件充分接地, 大量的通孔连接元件面的接地面到底面的接地面。射频电路的电源使用高性能的电容去藕, 使用微带走线来达到阻抗匹配。

具体硬件连接如图3所示。

4 软件设计

系统软件主要实现操作系统移植, ZigBee协议栈的移植, 驱动程序、控制应用程序、射频芯片中断子程序和LPC2104中断子程序开发等。

4.1 μC/OS-II在LPC2104上的移植

根据处理器的特点合理的修改3个文件[5], 包括一个头文件 (OS_CPU.H) 、一个C代码文件 (OS_CPU_C.C) 和一个汇编文件 (OS_CPU_A.ASM) 。

1) 修改OS_CPU.H。

(1) 编译器相关数据类型的设定。

用#define语句定义两个宏开关中断:

#defineOS_ENTER_CRITICAL () EA=0//关中断

#defineOS_EXIT_CRITCAL () EA=1//开中断

(2) 根据堆栈的方向设置OS_STK_GROWT。

#defineOS_STK_GROWTH1//堆栈由高地址向低地址增长。

2) 修改OS_CPU_C.C。

μC/OS-II的移植需要用户在OS_CPU_C.C中定义6个函数。其中, 任务堆栈初始化OSTaskStkInit () 函数是必要的。其它5个函数为功能扩展函数, 需要声明, 但不一定有实际内容。这5个函数是用户自己定义的, 使用时需要将OS_CFG.H里的OS_CPU_HOOKS_EN定义为1。这5个函数分别为:

OSTaskCreateHook () ;

OSTaskDelHook () ;

OSTaskSwHook () ;

OSTaskStatHook () ;

OSTimeTickHook () 。

3) 用汇编语言编写4个与处理器相关的函数 (OS_CPU_A.ASM) 。

OSStartHighRdy () ;运行优先级最高的就绪任务

OSCtxSw () ;任务级的任务切换函数

OSIntCtxSw () ;中断级的任务切换函

OSTickISR () ;中断服务函数

其中, OSStartHighRdy () 函数用来运行优先级最高的就绪任务, 其程序如下:

LDR r4, addr_OSTCBCur;得到当前任务的TCB地址

LDR r5, addr_OSTCBHighrdy;得到高优先级任务的TCB地址

LDR r5.[r5];得到堆栈指针

LDR sp, [r5];切换到新的堆栈

STR r5.[r4];设置新的当前任务的TCB地址

LDMFD sp!.{r4};

MSR SPSR , r4

LDMFD sp!, {r4};从栈顶得到新的声明

MSR CPSR, r4

LDMFD sp!{r0-rl2, lr, pc};开始新的任务

完成了以上这个函数的编写, 再进行其它几个相关函数的编写, 就完成OS_CPU_A.ASM 的移植。

4.2 ZigBee协议栈在FFD和RFD上的移植

Zigbee协议栈编程模型采用层次性设计, 只有底层的PHY和MAC层与硬件相关, 而网络层和应用层程序则脱离硬件影响。所以, Zigbee协议栈在硬件平台的移植只需修改PHY和MAC层, 其上各层可以屏蔽硬件差异直接运行, 即可利用MAC层提供的服务, 进行无线网络的搜索、接入、退出以及数据的传输等任务。

4.3 控制应用程序的开发

包括数据存储和LPC2104控制数据无线发射和接收。数据传输是其核心, 由于收发端由电池供电, 应尽可能减少系统的工作时间, 当节点处于活跃状态时, 可以收发数据;当节点处于功率节省状态时, 节点将进行休眠状态, 在该状态下, 节点能量消耗非常低。

5 可靠性传输

在该系统中, ZigBee RFD模块与ZigBee FFD 模块之间的数据通信是基于ZigBee无线网络的。在无线传输过程中, 由于受传输距离、现场状况等许多可能出现的因素的影响, ZigBee RFD模块与ZigBee FFD模块之间通信常会发生无法预测的错误。为了保证整个系统的可靠性, 数据在ZigBee RFD 或FFD模块中转化为ZigBee通信协议包[6], 传给就近的FFD模块, 以多跳通信的方式把数据包传给ZigBee协调器;ZigBee 协调器收到数据包, 进而检测校验码, 确保数据正确后, 发送确认信息到发送端, 完成一次ZigBee无线通信。如果ZigBee RFD模块没有收到协调器返回的信息, 则ZigBee RFD模块继续发送数据, 直到收到协调器返回的信息。同时, MAC层数据通信采用GTS模式, 确保传输的可靠性。

6 节点的加入与离开

1) 节点加入。

RFD设备的APL 层会向其网络层发布一个网络查找请求原语, 请求MAC子层履行一个主动的或被动的扫描。MAC子层完成扫描后, 会向网络层管理实体发布扫描确认原语, APL层收到网络查找确认原语后, 就可从被搜索到的网络中选择一个加入[7]。

2) 节点离开。

一种是节点自身初始化离开网络, 另一种则是节点的父节点要求节点离开网络, 两者都是调用NWK层的离开命令帧 (NWK-LEAVE-CMD) 及MAC子层的退出关联功能而实现。

7 结束语

本文研究了ZigBee无线传感器网络, 采用ARM7 系列的LPC2104 嵌入式微处理器, 设计基于ARM的ZigBee网络平台, 使系统小型化, 便于提高性能以及与各种外设连接扩展, 最终开发了一个结构简单抗干扰能力较强的低功耗无线农田信息检测系统。该系统不仅可以保证数据的实时性、可靠性, 而且可以解决地理位置的限制的问题, 有着广泛的应用前景。

摘要：根据我国农业分散性的特点并分析当前农田信息监测系统的局限性, 提出了一种基于ARM的ZigBee无线网络农田信息检测系统实现方案。采用低功耗ARM7系列的LPC2104作为微控制器, 将稳定可靠的μC/OS-Ⅱ作为操作系统, 射频收发芯片选择有较强抗干扰性的Chipcon公司CC2420芯片, 最终开发一个低功耗、实时性好的监测系统, 对湿度、温度、水分等农田信息进行实时监测, 具有一定的实用价值。

关键词：ARM,无线网络,监测系统,ZigBee,μC/OS-Ⅱ,农田

参考文献

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[6]MAC specification for the Low Rate 802.15.4 Standard-2003[C]//IEEE P802.15 Working Group for Wireless Per-sonal Area Networks, doc:IEEE Std 802.15.4, 2003:55-187.

农田信息处理系统 篇9

关键词：农田水利,网络技术,地理信息,数据库,浙江省

1 课题来源与目标

为贯彻落实水利部关于进一步推进农村水利信息化建设的精神, 紧紧围绕大力发展民生水利, 促进传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的目标, 加快建设农村水利信息基础设施及应用系统, 加强资源整合与共享利用, 完善信息化工作体制机制, 全面提升农村水利信息化水平, 以农村水利信息化带动农村水利现代化。结合浙江省农田水利项目的实施, 提高科学管理水平, 并实现对浙江省省中央财政农田水利项目的高效管理。项目组针对浙江省农田水利项目管理信息系统数据的现状, 充分利用现代数据库技术、计算机网络技术, 设计并开发出一个集属性、图形数据输入、管理及其统计分析为一体的功能全面、性能稳定的浙江省农田水利项目管理信息系统。该系统应是一个集目前先进的数据库、计算机网络技术于一体的高效、大型、开放、动态软件系统, 为相关工程技术人员提供一个综合化、智能化、规范化的工具平台, 为浙江省农田水利项目管理提供一个基础服务平台。

2 系统各相关模块功能的设计

2.1 农田水利建设项目管理子系统

农田水利建设项目管理子系统主要实现项目的网上申报、审批、公告、查询等业务功能;同时对项目的资金使用情况、项目实施情况进行监督管理。系统根据登录用户的不同, 分别自行生成相应的申报部门和资金类别信息。项目申报单位完成项目基本信息、可研摘要、建设内容清单的填写后, 提交申请并等待审核。其中填写项目申请信息时, 对于必填信息应有明确提示。上级部门在经过校核分析后, 判断是否通过审核。审核过程的状态应在页面上可供查询。通过不同查询条件, 如:项目名称、所属年份、所属地区等条目进行查询, 其中, 项目名称输入时可以只输部分文字作为模糊查询的条件。查询结果以列表形式显示并可打印输出。对项目详细内容通过链接 (或鼠标提示) 方式进行访问。

2.2 浙江省山塘管理信息子系统

山塘信息管理子系统将主要提供全省山塘信息查询服务。信息查询拟采用属性查询和空间查询相结合方法, 快速反馈用户需要的工程信息。系统根据部颁、地方标准和规范对山塘进行统一编码, 给每座山塘赋予一个全国范围内唯一的、相对稳定的代码标识。代码标识的唯一性和稳定性, 可以充分保证在全省范围内各项管理中共享山塘信息代码。统一编码和名称, 实现了水利数据的标准化, 便于全省山塘基本信息数据库建设的稳步展开。信息查询采用属性查询和空间查询相结合方法, 通过链接全省山塘基本信息数据库, 快速反馈用户需要的工程信息。系统提供综合查询、地图查询等功能, 通过电子地图查询工程属性信息:点图查询 (或拉框查询) 后, 能查询到图上所点位置的工程项目, 点击相应工程显示该工程属性信息 (有关工程特性、工程图纸和工程照片等信息) 。通过输入具体的山塘名称在图上定位此工程目标, 并显示该工程的属性信息。

2.3 农村水利信息专题WEB服务网站

农村水利信息专题WEB服务网站管理子系统将主要提供政策法规、农田水利简报、工作动态等信息查询服务。将各种水利信息、管理办法、先进农业技术等信息快速反馈给社会公众。系统需要发布农田水利简报、工作动态、节水灌溉等重要水利公文时由系统自动分配简报等重要水利公文登记编号;工作人员输入标题、内容概要等基本信息, 需要通过简报等水利公文管理模块进行拟稿时可直接输入正文内容;工作人员也可自行通过文档编辑工具 (如Word、Excel等) 对简报等重要水利公文内容进行编辑与排版, 编排好后将该文件以附件的形式提交给系统进行归档登记以备查阅。

3 系统关键技术方法探索与研究

3.1 系统开发模式探索

系统通过简单的数据输入和操作后就可查询到所需的结果, 同时考虑到B/S结构可以显著地降低对数据控制管理的难度, 提供多用户开发操作特性, 使整个系统扩充自如, 跨平台兼容性好, 升级方便, 同时保障用户投资。所以该系统体系采用浏览器/服务器结构即B/S结构。B/S模式把界面和数据处理操作分开为前端 (客户端) 和后端 (服务器端) , 使得该系统的工作速度主要取决于进行大量数据操作的服务器, 而不是前端的硬件设备;同时也大大降低了对网络传输速度的要求。

3.2 数据的组织和管理技术探索

在数据组织和管理上, 应将图形 (图像) 信息与属性信息分开管理。属性信息可由大型的商用关系数据库 (如SQL Server) 来管理可以通过数据库接口技术 (如ODBC, MFCODBC, DAO, OLEDB及ABO) 进行系统通信。为使系统遵循规范统一原则, 也为了使用人员及系统本身查询的需要, 还应该建立规范标准库。数据库建立的主要环节是数据的标准化。数据的标准化是基础前提, 其目的是建立标准数据模型, 解决空间数据的分层、图元编码、图层的划分和图元属性设计等问题, 以利于数据的检索、存储、分析和共享。系统中数据库结构设计主要采用层次数据结构, 使用管理方便, 整个数据库包括若干个项目, 每个项目有专门的项目描述数据库。系统数据库采用分布式的元数据库, 对内满足查询和访问的需要;对外满足信息互动、共享和发布的需要。在报告扫描入库方面采用先报告扫描, 然后以文档二进制 (CLOB) 存入数据库中。通过唯一编号进行空间数据和属性数据的关联, 以供图库到属性或者属性到图库的查询。

3.3 系统空间信息采集与建设的研究

空间信息主要以电子地图方式表达。采集和建设步骤如下:

第一步选择研究区合适比例尺的地形图进行加工与处理。高精度地形图通常很大, 而低精度的地形图通常不能达到上述要求, 因此首先要选择合理的地形图精度。经过研究首先将相关1:10000比例尺的地形图进行拼接和图层处理加工。

第二步通过地形图获得高程等信息建立三维虚拟现实电子地图。本项目通过矢量化地形图的等高线及地形等高点获得三维离散点数据, 通过虚拟仿真现实技术建立三维虚拟现实电子地图。

第三步选择整合和处理虚拟现实的软件平台。经过比较对三维虚拟现实整合与后台处理采用Arc GIS平台, 主要原因是建立的虚拟现实电子地图较大, 而Arc GIS平台是目前世界上功能最强大的位数不多的处理海量数据的优秀地理信息平台。

第四步对接Arc GIS平台空间信息数据建立自己的Web Gis平台。采用Arcgis Server等发布方式在客户端进行浏览会存在以下几个问题:其一是昂贵的的平台费用, 每个项目是不同地方自然会采用不同服务器则需要购买多套平台, 实施后未来推广成本高;其二做个性化功能还是很受平台限制。在本项目经费等的支持, 最终选择了自己开发个性化的Web Gis平台, 由于WEBGIS平台按照需求量身定做, 去除不需要的功能, 软件较小运行速度自然比较快, 既省去平台购买费用, 并较快实现个性化需求, 又能解决运行速度等棘手问题。

3.4 系统安全性研究

在系统的设计过程中, 系统的安全性设计是比较重要的。各系统设计建设完成并投入运行后, 将根据软硬件产品的特殊性, 强调系统的维护, 保证系统的安全稳定运行, 以及各项功能满足实际工作任务的需要。系统安全从如下方面进行研究, 一是数据的物理安全。数据的物理安全就是记录数据物理介质的安全, 为解决数据物理安全问题, 山塘等重要工情数据应实行双机热备份;二是数据的逻辑安全。数据的逻辑安全是指数据在物理完整的基础上由于应用程序、数据库设计等问题导致数据逻辑上错误或不可用而产生的安全问题, 为了解决数据的逻辑安全问题, 本系统在应用程序和数据库的设计中重视权限问题, 根据实际情况仔细研究权限, 尽量减少高权限人数。在密钥的设计中要采用安全性能高的算法。系统应用程序设计考虑到用户误操作对重要数据的破坏性影响, 采取软件友好提示等措施尽力减轻对系统的不良操作影响。

4 结语

本文是在多年的农村水利信息化项目开发中总结和提炼基础上编写而成的文章, 项目研究表明合理地采用现代数据库技术、计算机网络技术、地理信息等技术可以更有效地提升农田水利项目管理的信息化水平。由于文章涉及内容较多, 有些方面仅提纲挈领式提出本人之拙见。希望能起到以点带面并且对您有所启发和提高, 也希望能借此抛砖引玉, 敬请您批评指正。

参考文献

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[2]郭景仁, 庞连锋.遥感和地理信息技术在灾害防治中的应用[J].科技研究, 2014 (20) .

[3]李占德.水利工程地理信息数据库建设[J].黑龙江科技信息, 2014 (17) .

农田信息处理系统 篇10

关键词：互联网,数据库,系统集成,综合管理信息系统

黑龙江省是农业大省,耕地面积达1 887万hm2(2.83亿亩),是国家重要的粮食主产区和商品粮生产基地,承担着保障国家粮食安全的重要使命[1,2]。灌溉试验是农田水利事业的基础工作,是发展现代农业、提高灌溉用水效率、实现水资源可持续利用的重要科技支撑,对稳定国家粮食生产和保障农产品有效供给具有重要的作用[3,4]。黑龙江省灌溉试验工作起步较早,取得了丰硕的试验成果并应用于实践。近年来,黑龙江省农业生产发展进入了新时期,产业结构的调整促进了土地流转和规模化经营,集约化、组织化的农业生产对灌溉试验成果,特别是节水增效新技术、灌溉预测预报等需求趋于迫切。2015年,水利部在《全国灌溉试验站网建设规划》中批复黑龙江设1个中心站6个重点站,新建测坑、蒸渗仪等现代化试验设施开展试验研究工作。因试验站人员更新快,多数未进行过灌溉试验工作。为此,为了更好地管理各个试验站,及时准确的了解试验数据,开发了黑龙江省农田环境参数采集综合管理系统。

黑龙江省农田环境参数采集综合管理信息系统采用传感技术,微电子、计算机技术,通讯技术,并与墒情测报有关的土壤水运动、保持、作物耗水规律为基础的应用软件编程技术结合而成。该系统可有效的贮存多个试验站的采集数据。在先进的管理软件下,每天对各试验站采集来的大数据进行汇总,总结、分析。对研究全省的水稻、玉米及其他旱地作物需水规律,提供了很好的管理平台。

1 总体方案

黑龙江省农田参数环境参数采集综合管理信息系统采用B-S架构,将农田环境参数采集及监测引入无线网络[6],系统服务安装在服务器计算机上,用户通过任何连接互联网的设备(台式机、笔记本、平板电脑等)使用浏览器访问服务器上的“综合信息管理系统”。数据服务安装在数据服务器上,当用户查询农田参数环境参数时,由上级系统服务器向数据服务器给出指令,将所需时段数据通过用户浏览器显示。各试验站计算机上运行数据上传程序实时传输数据,软件可将每天将最新的采集数据上传到数据服务器上。

2 综合管理信息系统结构设计

2.1 系统结构设计

根据农田环境参数采集综合管理系统实际需求,同时要求系统具有灵活性、可靠性和经济性,确定系统采用B-S的3层结构,设为表现层、应用层和数据层。

表现层是人机交互层,通过计算机可以清楚了解到各试验站基本信息和数据情况。组织好用户界面和内容逻辑关系,是综合管理信息系统设计好坏的关键,为此,在该系统表现层设计时尽量清晰简洁,友好交互,使初级使用者很快掌握并应用。

应用层也称为应用实体,具有文件和数据传输、访问和管理功能,是表现层和数据层的纽带。由WEB和WEBGIS两个应用服务器构成。根据用户端要求,由WEB服务器将所访问的内容传输至用户端,并同WEBGIS服务器进行数据交互。WEBGIS应用服务器接收WEB服务器请求,将请求转换至数据服务层,并将数据服务层提交的结果由WEB服务器传输至表现层[5,6,7]。

数据层具有文件、图像及数据存储功能。数据服务与应用服务分开使系统管理和维护方便,且保证了系统的稳定性和安全性,更易于系统的扩充和调整。

2.2 系统数据库设计

数据库设计是构建最佳的数据模式以便于有效存储数据,是综合信息管理系统的核心和基础。数据库存储属性数据、多媒体数据及空间数据[8]。属性数据包括各试验站土壤温度、水分、相对湿度、降雨量、蒸发量等数据。空间数据将各试验站基础信息,地理坐标,试验站专题数据等分层处理,并标绘于电子地图上,按应用服务层的要求录入数据库中,将属性数据进行关联,以供查询使用。

2.3 数据传输设计

移动通信和互联网的飞速发展加快了农业信息化的发展。黑龙江省试验站分布范围广,且全部位于乡村,采用有线网络传输工程和后期的使用费用都较高,因此,系统开发基于GPRS网络传输,在各试验站安装一台无线上网卡,配备流量卡,将终端数据通过通讯服务器进行处理计算,并由GPRS网络传输传输至数据库。在应用层设定好通讯服务器传输时间,保证上传数据的准确性和时效性。

2.4 安全设计

系统安全设计是保证数据、信息的保密性、完整性和实用性。设置权限控制和系统管理。权限控制是对用户组及用户进行具体的授权,只有输入正确的用户名和密码方可登录。系统管理部分用来管理用户及用户组,包括用户创建、删除、修改、权限设置等。设有系统管理员,上层管理员,下层管理员。上层管理员管理中心站系统,下层管理员管理试验站系统,上下层查询内容和权限明确,确保系统的安全和稳定。

2.5 界面设计

用户界面是计算机与使用者之间的对话接口,是系统开发的重要组成部分[9]。清晰明了的界面易于操作人员很快入手掌握。系统要存储并读取各试验站农田环境参数数据,首行须保证数据信息的准确,传输的实时性和显示的有效性,要提供可视化的图形和表格表现形式。为此,系统设置了首页、试验站分布、试验图片、数据查询、系统管理等5个栏目。

3 综合管理信息系统的应用

3.1 系统功能

(1)基础资料查询:可查询黑龙江省各试验站的气候、土壤、农业、地理位置、试验站现状、已有的采集系统、试验过程照片等基本情况。在电子地图上可直接查看试验站分布,通过地图放大缩小查看详细的信息。

(2)数据查询:具有查询各试验站不同日期、测点的历史数据、实时数据的功能,并可将数据通过图或表的形式表现出来,提供详细列表显示及数据导出功能。根据不同试验站提供年报表、月报表等。运用地图查询功能,可直观地查询到某试验站属性信息及实时信息。

(3)数据采集:通过安装在计算机终端的无线监测系统采集测坑或蒸渗仪温度、土壤湿度等传感器数据。

3.2 系统应用

本文以黑龙江省灌溉中心站24组蒸渗仪为例。蒸渗仪表面积为1m2,高度为1.5m,种植作物为水稻。每组蒸渗仪安装4只水分传感器,4只温度传感器、1只渗漏量传感器、1只称重传感器,配备1个无线分测站,试验时有遮雨设施。图7和图8为随机选择3组蒸渗仪7月份每日8时土壤温度和土壤体积含水量数据,由图可以看出,不同处理措施土壤温度值变化差异不大,土壤体积含水量呈递减变化趋势。但1号和2号蒸渗仪在7月9日和7月20日数据均出现了极值现象,通过农田综合管理信息系统远程监控发现到该问题,经排查是由于无线分测站传输天线接触不好,导致数据传输不通畅而造成。从系统监测的数据来看,在有网络的条件下该系统可以实时查看各个试验站的数据,掌握数据采集中存在的问题,并及时解决,保证了数据的实时性和连续性。

4 结语

(1)黑龙江省农田环境参数采集综合管理信息系统通过互联网对各试验站农田环境参数进行远程监控,并将采值的数据存入数据库,在任何时段、任何地点查询到各试验站基本情况、实时数据、历史数据等,为上级管理人员提供了可靠的工作平台,提高了工作效率,实现了农业信息化。

(2)系统开发界面清晰简洁,便于操作,可保证各试验人员较快掌握。

参考文献

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