科研训练报告

西安邮电大学科研训练报告题目：基于WebGIS的农业环境监测系统院系名称：计算机学院专业名称：计算机科学与技术班级：学号：学生姓名：指导教师：2015年11月30日科研选题的来源、背景、意义及目标等；现在的农业是信息农业，在农业领域中深化信息技术势在必行。智慧农业是农业发展的新潮流。（智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容）近年来，农田环境信息获取的方法和手段不断提高和丰富，但从总体上看现在的农业还存在很多的问题，比如说采集信息的手段比较落后，信息传输不够及时和有效，监测端能力弱。农作物的生长、发育以及产量的高低，均受田间环境因素的影响和制约。环境因素包括空气温湿度、土壤温湿度、风速、风向、降雨量和光照度等。合理调节这些因素，可以有效地增加农作物的产量或减少自然灾害对作物的影响，同时这些环境数据还是农业专家系统分析和决策的重要数据来源。通过对历年的环境数据以及作物产量进行分析对照，可以得出环境对产量影响的模型，为农业生产提供科学依据。对环境因素数据进行实时、准确地采集是实践精准农业和农田现代化管理的重要基础。只有对田间环境信息的重要因素进行采集分析，才能制定出合理的种植、施肥以及收割计划，从而影响作物的生长、发育、成熟。但是由于农田环境信息具有多样性、多变性和分散性的特点，而且对它的采集大多数是在广域空间内进行，这些都给农田环境信息的快速获取带来了困难。以往的人工采集田间环境信息的方法往往具有实时性差、效率不高和耗费人力等缺点。随着科学技术的发展，采集的方式也在逐渐升级，目前环境信息的采集可以通过很多方式，比如便携式气象监测仪、自动气象站等，但是便携式气象监测仪需要人工干预，不能实现自动化；自动气象站价格相对比较昂贵。这些都不是最理想的方式。近年来，随着无线传感器网络(WirelessSensorNet、vork，WSN)和移动无线通讯技术的发展为田间环境信息的采集提供了有效的途径。无线传感器网络价格较自动气象站便宜，而且还能实现田间环境信息的自动获取，是实现田间环境信息采集的比较理想的方案。然而对于采集到的环境信息，只有通过友好、清晰的界面进行直观的显示，供用户进行实时查询和统计分析等操作才有意义，所以，将无线传感技术、WEBGIS技术和网络技术结合起来，把田间环境信息实时采集并加以分析，通过地理信息系统(GIS)将环境信息和地理信息有效的整合起来，形成一个可视化的数据平台，进而对田间环境数据进行实时监测与统计分析，最后指导农业生产。针对目前农业中存在的问题，本课题以无线传感网络和GPRS通信网络硬件平台为基础，同时引入GIS技术，采用B／S的开发模式，利用Vs．NET作为前台开发工具，SQLServer作为后台数据库，SuperMapiobject.Net8C作为GIS的开发平台，开发了跨平台、可视化的基于WebGIS的田间环境监测系统平台。文献检索综述（应说明使用了哪些检索工具）；=1\*GB2⑴使用IE浏览器=1\*GB3①论文基于WebGIS的环境监测信息系统研究作者：高立群=2\*GB3②WebGIS原理与实践课件作者：李洪治=2\*GB2⑵学校图书馆=3\*GB3③WebGIS技术原理与应用开发作者：马林兵=4\*GB3④ASP.NET程序设计（c#版）电子工业出版社可行性分析；=1\*CHINESENUM3一、技术可行性=1\*GB2⑴GIS技术：地理信息系统有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。地理信息系统是在计算机软、硬件支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS从60年代起步，经过40多年的发展，不论在理论上还是技术上都取得了很大的发展。尤其是近年来，组件技术、分布式计算、可视化技术以及人工智能技术等相继被引入到GIS应用中，进一步促进了GIS理论和技术的进步，出现了一些新的研究热点：万维网地理信息系统、组件式地理信息系统(COMGIS)、开放式地理信息系统(OPENGIS)和智能地理信息系统等。WebGIs除了应用于传统的水利、地质、交通、环境等政府管理领域外，也正在促进与老百姓生活息息相关的移动定位、车载导航、智能交通、物流管理等产业的迅速发展。=2\*GB2⑵WebGIS技术：网络地理信息系统(WebGIS)是指基于Internet平台、客户端应用软件采用www协议运行在万维网上的地理信息系统。WebGIS在加Internet或Intarnet网络环境下存储、处理、分析、显示和应用空间信息。从Internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。由于其支持Internet技术标准，同时具有分布式的应用体系结构，系统开放性和操作简单性界面友好等特点，能够很好的解决当前GIS所面临的降低地理空间数据采集成本，提高地理信息和地理操作的共享程度和范围等问题，适应GIS的社会化和大众化要求。WebGIS除了具有大部分乃至全部传统GIS软件具有的功能外，还具有利用Internet优势的特有功能特点。比如基于Internet或Intarnet环境，将GIS系统拓展到整个互联网上，实现不同任意地点和任意用户的信息共享；WebGIS通过浏览器进行地理信息的发布，用户只需要通过浏览器，不需要安装专门的GIS软件即可应用地理信息系统；还具有良好的可扩展性，由于WebGIS的特性，不需要特殊的客户端，只要有浏览器即可，这也使得WebGIS能够与很多专用系统进行无缝连接，建立方便、快捷、功能强大的GIS系统等|。WebGIS技术是GIS技术与组件技术、互操作技术、分布式技术的集成，是目前在农业生产管理领域的最前沿技术。本研究主要是从解决目前对田间环境数据的统计分析不够直观、方便的问题出发，利用ASP．NET技术、WebGIS技术等来解决农业生产过程中田间环境信息的共享和辅助决策的问题。=3\*GB2⑶无线传感技术：无线传感网络是指由具有传感、驱动控制、通信等功能的多个嵌入式节点以无线通信的方式相互连接起来的网络。无线传感网络技术涵盖传感器、嵌入式、无线通信、微机电系统制造技术等多种技术。利用无线传感器网络进行数据收集可以应用到许多领域，为我们更好的获取信息提供了良好的基础。其中一个重要的应用就是对智慧农业的环境信息的采集与监测。将无线传感器网络应用到农田环境监测中，不但可以解决传统数据获取方式的诸多不便，也可以减少对田间作物的人为性的破坏。目前已有国内外研究工作者将传感器节点布置在田间，实现对监测区域的田间环境各参数的采集工作，为农田管理人员对田间作物的管理提供了可靠的参考依据。=4\*GB2⑷B/S结构：B／S它是随着Internet技术的兴起，对c／s模式应用的扩展。在这种结构下，用户工作界面是通过www浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，主要事务逻辑在服务器端(Server)实现。B／S模式最大的好处是运行维护比较简便，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式访问和操作共同的数据。在客户端与服务器之间添加服务器就构成了B／S的基本结构，实现B／s结构的关键就是这个服务器。引入服务器节省了开发与维护客户端界面的大量工作分散在不同地方的用户想要达到访问数据库服务器的目的仅仅安装浏览器软件就可以了。=2\*GB4㈡经济可行性：环境监测软件通过对环境信息（空气温湿度，土壤温湿度、风速、光照等）的采集可以实时掌控农作物的生长状态，及时防治自然灾害，调节生长环境，制定培育方案，同时通过分析环境数据可以有效的进行农业研究，创建良好的农业生态环境。这将极大的提高农业的整个效益。=3\*GB4㈢环境可行性最低软件环境服务器：Windows2003服务器版操作系统，SQLServer2005数据库，SuperMapiobject.Net7c框架支持；客户端：windowsxp操作系统以上，IE6.0以上。基本的笔记本电脑都可以达到基本的硬件要求，软件环境可进行下载搭建，从环境方面来看，是可行的。总体方案与详细的实现方案；开发语言：C#开发平台：VS2012+SuperMapiObjects.Net8C数据库：SQLServer2008监测系统系统功能模块设计：=1\*GB2⑴系统管理模块：系统管理功能设置的是否合理直接影响系统运行的安全和效率。监测系统平台中系统管理主要包含用户管理、权限管理、监测点信息管理、实时采集环境数据管理、历史环境数据批量导入等子模块。通过合理的设置用户和操作权限，可以使系统更加安全，有效避免了非法用户的越权访问。由于监测点可能根据具体情况采用不同的布控方式，所以系统管理中加入监测点管理一项，管理员可以定义监测点的类型、名称、地理位置等详细数据，定义要的数据在用户访问时会自动更新在地图上，使系统灵活方便。对于采集到的环境数据都是程序自动写入到数据库中，但是不一定所有的数据对于管理者或用户都有效，具有权限的管理员可以对采集来的环境数据进行增、删、改等操作。对于长时间段没有实时采集的数据，管理员可以批量导入环境数据，系统提供批量导入模板。=2\*GB2⑵基于GPRS的田间环境数据采集：各个采集区域通过无线通讯模块，将传感器所采集的田间环境参数如空气温湿度、土壤温湿度、风速、风向、降雨量和光照度等实时信息传输到田间环境监测系统的服务器。此功能的关键是如何通过程序将传感器所采集的数据传输至服务器，并完成传输数据的接收、读取、验证、解析、存储、查询等功能。其无线传输方式采用GPRS技术，通过TCP／IP方式实现计算机与传感器之间的通讯。=3\*GB2⑶环境数据实时显示：数据的实时显示面向的用户群体既包括管理人员也包括普通网络用户，所以采用B／s模式开发。数据实时显示主要包括两方面的显示：结合地理信息系统，在地图上实时显示各监测点的环境要素(空气温湿度、土壤温湿度、风速、风向、光照度)的实时值：通过页面方式显示各环境要素的实时数值，并且以图表形式显示各要素变化的过程线。=4\*GB2⑷环境数据综合查询：环境数据的综合查询要实现和地图联动的查询。既能实现对环境数据查询后根据查询结果定位到地图，又能实现通过地图上的选择操作后显示被选中区域的环境信息，将空间信息和环境信息有效的结合起来。=5\*GB2⑸环境数据统计分析：统计分析应该能够实现对任意环境要素数据的按固定时间段(年、月、日)和任意时间段的统计分析，统计项包括最大值、最小值、平均值等，结果以图表和表格形式给出，同时提供分析结果和表格下载功能。=6\*GB2⑹基本的GIS功能：除了和环境信息相关联的地图操作，系统还应该提供基本的GIS功能，包括地图缩放、移动、数据输出、距离测算、面积量算、选择、查询统计以及空间定位等功能，辅助用户对田间环境信息作深入分析处理。基于基于WebGIS的田间环境监测系统数据综合显示数据采集数据综合查询数据实时显示GIS基本功能数据综合显示数据采集数据综合查询数据实时显示GIS基本功能系统管理任意时段生成表格用户管理权限管理环境数据管理监测点信息管理地图的拖动缩放地图的漫游移动数据读取数据入库基于页面显示基于地图显示单项查询任意时段生成表格用户管理权限管理环境数据管理监测点信息管理地图的拖动缩放地图的漫游移动数据读取数据入库基于页面显示基于地图显示单项查询多项查询固定时段 数据库设计：=1\*GB3①管理区表：管理区基本资料，包括顺序编号、管理区唯一编号、管理区名称、管理区负责人、管理区描述字段。字段编码数据类型是否主键备注IDInt否顺序编号GL_UIDvarchar是管理区唯一编号GL_NAMEvarchar否管理区名称GL_DUTYvarchar否管理区负责人GL_DISCRIPITIONvarchar否管理区描述=2\*GB3②作业站表；作业站基本资料，包括顺序编号、作业站唯一编号、作业站名称、作业站负责人、作业站所属管理区、作业站描述字段。字段编码数据类型是否主键备注IDInt否顺序编号ZY_UIDvarchar是作业站唯一编号ZY_NAMEvarchar否作业站名称ZY_DUTYvarchar否作业站负责人GL_UIDvarchar否作业站所属管理区ZY_DISCRIPITIONvarchar否作业站描述=3\*GB3③地块表：地块基本信息，包括顺序编号、地块唯一编号、地理位置、地块类型、地块面积字段。字段编码数据类型是否主键备注IDInt否顺序编号DK_UIDvarchar是地块唯一编号DK_POSvarchar否地理位置DK_TYPEvarchar否地块类型DK_AREAvarchar否地块面积=4\*GB3④间环境信息实时显示表：用于地图上实时显示的环境信息，包括顺序编号、监测点编号、当前空气温度、当前空气湿度、当前土壤温度、当前土壤湿度、当前风速、当前风向、当前光照度等字段。字段编码数据类型是否主键备注IDInt是顺序编号JCD_JDvarchar否监测点编号KQWDvarchar否当前空气温度KQSDvarchar否当前空气湿度TRWDvachar否当前土壤温度TRSDvarchar否当前土壤湿度FSvarchar否当前风速FXvarchar否当前风向GZDvarchar否当前光照度=5\*GB3⑤测点表：监测点基本信息，包括监测点编号、监测点名称、备注字段。字段编码数据类型是否主键备注JCDLIDvarchar是监测点唯一编号JCD_NAMEvarchar否监测点名称JCD_SSDKvarchar否监测点所属地块JCD_JDvarchar否经度JCD_WDvarchar否维度=