柘榮縣氣象局溫室小氣候系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

摘 要：隨著Internet和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化水平不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)越來越為人們所重視。如何方便有效地對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平是目前可控環(huán)境農(nóng)業(yè)研究的重點(diǎn)。本章簡(jiǎn)要說明了柘榮縣氣象局溫室小氣候系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及數(shù)據(jù)調(diào)用軟件的開發(fā)，并綜述了溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：溫室小氣候系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)解析；調(diào)用

1 引言

柘榮縣地處福建省東北部，縣境內(nèi)峰巒起伏，河床陡峻，地勢(shì)呈東高西低。山地面積514.85平方千米，占全縣總面積的93.1%，平均海拔600米左右。臺(tái)風(fēng)、暴雨、寒潮、霜凍、大風(fēng)、雷電等災(zāi)害性天氣尤為常見，屬于福建省暴雨中心之一。由氣象原因引起的山洪、泥石流、山體滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害、農(nóng)作物病蟲害和森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展較為嚴(yán)重。氣象災(zāi)害及其引發(fā)的次生災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)損失占當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)總損失的大部分。

為了進(jìn)一步推進(jìn)柘榮縣氣象局氣象為農(nóng)服務(wù)能力，依托石山洋千畝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園中氣象為農(nóng)服務(wù)示范基地的建設(shè)，柘榮縣氣象局應(yīng)地制宜在示范大棚內(nèi)建設(shè)溫室小氣候系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)的溫度、濕度、地溫、太陽總輻射、光合有效輻射、二氧化碳濃度等氣象要素進(jìn)行24小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合室外的10要素自動(dòng)氣象站的觀測(cè)，通過內(nèi)外數(shù)據(jù)的對(duì)比觀測(cè)，科學(xué)分析及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布各類氣象為農(nóng)信息，指導(dǎo)菜農(nóng)合理追肥、及時(shí)澆水和科學(xué)通風(fēng)，為農(nóng)戶提供精細(xì)化氣象服務(wù)，為各類藥材、名貴花卉及蔬菜瓜果的生長發(fā)育提供準(zhǔn)確的第一手氣象資料，以最佳的生長環(huán)境來提高各類農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MAWS800-GC溫室小氣候站是監(jiān)測(cè)溫室（如農(nóng)業(yè)大棚、農(nóng)氣溫室、生態(tài)溫室等）小氣候氣象要素的自動(dòng)氣象站。觀測(cè)的要素有環(huán)境溫濕度、光量子、日照時(shí)數(shù)等氣象參數(shù)，又可根據(jù)需求定制其他測(cè)量要素，如冠層溫度、溫室氣體、土壤濕度等，測(cè)量高度一般不超過2米。通過無線GPRS和有線光纜通訊至對(duì)應(yīng)的監(jiān)控后臺(tái)中心，由于該示范大棚距離縣氣象局較遠(yuǎn)，所以我們采用無線GPRS方式，將采集到的各個(gè)報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄幍率袣庀缶滞饩W(wǎng)收集服務(wù)器，系統(tǒng)的整體架構(gòu)如下：

2.2 技術(shù)路線

該系統(tǒng)選用的技術(shù)路線如下：

⑴系統(tǒng)環(huán)境：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器操作系統(tǒng)選擇WINDOWS SERVER 2008系統(tǒng)。

⑵數(shù)據(jù)庫：Oracle 10g；

⑶數(shù)據(jù)采集：通過外網(wǎng)或是GPRS網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)控到的各類氣象要素信息傳送至市氣象局的數(shù)據(jù)收集服務(wù)器中；

⑷開發(fā)語言：系統(tǒng)采集同步程序采用C/S構(gòu)架，開發(fā)語言采用Delphi，服務(wù)器端采用B/S架構(gòu)，開發(fā)語言采用java；

⑸采用展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、中間層、數(shù)據(jù)層分離的多層架構(gòu)，降低系統(tǒng)模塊與模塊之間的耦合性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和可移植性；

⑹數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS網(wǎng)絡(luò)、英特網(wǎng)；

⑺支持WEB SERVICE數(shù)據(jù)服務(wù)接口。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

由于需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的前臺(tái)顯示，而采集到的數(shù)據(jù)又是以報(bào)文的形式保存在服務(wù)器中，所以我們選用ORACLE 10G做為后臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫軟件，Oracle構(gòu)建在強(qiáng)健和可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，能夠滿足各種苛刻需求。它具有在線索引構(gòu)建、在線索引合并、在線表重組/重定義、閃回查詢、沉寂數(shù)據(jù)庫、塊級(jí)介質(zhì)恢復(fù)、增量備份與恢復(fù)、在線備份與恢復(fù)、并行備份與恢復(fù)、透明應(yīng)用故障切換、高級(jí)隊(duì)列、分布式事務(wù)處理、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能等高級(jí)特性，為構(gòu)建各種應(yīng)用系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的支持。

另外，Oracle提供了Oracle Real Application Clusters。它通過使用集群硬件配置為任何套裝或定制應(yīng)用提供了無限可伸縮性和高可用性，同時(shí)又具有單一系統(tǒng)映像的簡(jiǎn)單性和易用性。Oracle Real Application Clusters支持從集群系統(tǒng)配置中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問單一數(shù)據(jù)庫，從而將應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫用戶與軟硬件故障隔離開來，同時(shí)提供了隨硬件環(huán)境一同擴(kuò)展的性能。

Oracle 10g平臺(tái)包括了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、工作流服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器、目錄服務(wù)器、門戶服務(wù)器、無線服務(wù)器等，提供的是一套完整和集成的解決方案，適合于任何類型的應(yīng)用程序的開發(fā)與部署。

溫室小氣候系統(tǒng)主要監(jiān)控的要素為：

⑴溫度（℃）：60cm空氣溫度，1m空氣溫度，

⑵地面溫度（℃）：地表溫度，5CM地溫，10CM地溫，15CM地溫，20CM地溫，

⑶濕度（%）：60cm濕度，1m濕度，

⑷土壤濕度（%）：10CM土壤濕度，20CM土壤濕度，30CM土壤濕度

⑸太陽輻射：總輻射（W/㎡），總輻射極大（W/㎡），總輻射極大時(shí)間，總輻射累計(jì)（MJ/㎡）

⑹光合輻射：光合有效輻射（W/㎡），光合有效輻射極大值（W/㎡），光合有效輻射極大值時(shí)間，光合有效輻射累計(jì)（MJ/㎡）

⑺二氧化碳（ppm）：二氧化碳最高濃度，二氧化碳最高濃度時(shí)間二氧化碳最低濃度，二氧化碳最低濃度時(shí)間

所以在數(shù)據(jù)庫建立表WS_FEATURE。

WS_FEATURE表用來存儲(chǔ)HUATRON@ MAWS800-GC溫室小氣候站的各種觀測(cè)要素值，表的內(nèi)容及格式大致如下：

2.4 入庫程序設(shè)計(jì)

利用DELPHI語言，編寫入庫程序，對(duì)報(bào)文內(nèi)的各個(gè)要素值進(jìn)行解析入庫，并實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)文文件夾下的文件，如有新的文件進(jìn)入，則啟動(dòng)監(jiān)視器，對(duì)文件中的各個(gè)要素進(jìn)行解析。

數(shù)據(jù)運(yùn)行監(jiān)控包括以下兩個(gè)部分：

⑴數(shù)據(jù)采集監(jiān)控：根據(jù)數(shù)據(jù)源文件生成的頻率，對(duì)數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)的遲到、未到進(jìn)行監(jiān)控。如果數(shù)據(jù)遲到、未到，則程序做相應(yīng)的報(bào)警提示。

⑵數(shù)據(jù)異常值監(jiān)控：如果站點(diǎn)數(shù)據(jù)有異常，例如數(shù)據(jù)在時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)數(shù)據(jù)過大、過小或者是無數(shù)據(jù)時(shí)，則程序做相應(yīng)的報(bào)警提示。

數(shù)據(jù)已文本的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集服務(wù)器中，每10分鐘收集一個(gè)文本文件，文件中的內(nèi)容包含時(shí)間、氣象要素值以及峰值出現(xiàn)的時(shí)間，根據(jù)各個(gè)要素值之間的空格編寫數(shù)據(jù)要素的抽取，并寫入相應(yīng)的ORACLE數(shù)據(jù)庫表中。

2.5 前臺(tái)軟件開發(fā)

通過開發(fā)“柘榮氣象為農(nóng)服務(wù)終端系統(tǒng)”，將該APP軟件應(yīng)用在安卓系統(tǒng)的移動(dòng)終端或者是平板電腦中，利用該系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)庫中WS_FEATURE表，可實(shí)現(xiàn)異地查看示范大棚內(nèi)的各個(gè)氣象要素值，如要素值出現(xiàn)異常或是超過閥值時(shí)，該數(shù)值變?yōu)榧t色。

該系統(tǒng)還整合雷達(dá)圖、云圖、臺(tái)風(fēng)路徑、鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)況、雨晴溫度、預(yù)警信號(hào)等內(nèi)容為一體，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)及縣政府各級(jí)快便捷的查看各類氣象信息提供了快速通道，同時(shí)為各類防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)的依據(jù)。

3 結(jié)束語

溫室小氣候系統(tǒng)的建設(shè)及氣象為農(nóng)終端系統(tǒng)的開發(fā)，使得柘榮縣種植大戶能夠在異地實(shí)時(shí)查看到大棚內(nèi)的各個(gè)氣象要素值，同時(shí)柘榮縣氣象局在室外也建設(shè)了十要素的自動(dòng)氣象站一套，通過內(nèi)外數(shù)據(jù)的收集對(duì)比，實(shí)現(xiàn)各個(gè)農(nóng)作物物候期的對(duì)比研究，對(duì)日后的科研收集各類氣象要素值，為柘榮的氣象為農(nóng)服務(wù)做出更大的貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周榮雙.溫室小氣候環(huán)境模型的應(yīng)用及綜述.農(nóng)機(jī)化研究.2011.

[2]祁宦.設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候技術(shù)服務(wù)系統(tǒng).農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)環(huán)境.2003.