基于远程通信的农田信息管理系统设计与实现

基于远程通信的农田信息管理系统设计与实现

0远程农田信息管理的应用精细农业技术是基于信息的农业管理体系。农田信息的快速采集和处理是实现精细农业的重要基础和前提条件。随着传感器、计算机网络,3S等相关技术的迅速发展,其在农田信息采集及处理等方面得到了广泛关注并取得良好的应用效果。由于农田信息复杂多样,且随时间不断变化,分布范围广,因此将上述技术进行融合并应用于农田信息管理领域将是精细农业一个重要发展方向。移动式农业信息智能服务系统通过农田信息的实时采集、处理和可视化,从而缩短农田数据采集和分析之间的时差,为农户提供及时的、全面的决策信息及技术支持。作为移动式农业信息智能服务系统一个重要组成部分,远程农田信息管理系统融合了远程无线通讯技术和GIS技术各自优势对农田信息进行远程管理。本文按照软件工程思想设计并熟悉实现了远程农田信息管理系统进行设计与实现。1系统的基本组成移动式农业信息智能服务系统主要由基于ZigBee无线传感器网络、嵌入式GIS系统(即无线移动终端PDA)和远程农田信息管理系统3部分组成。移动式农业信息智能服务系统的工作原理图如图1所示。移动式农业信息智能服务系统利用基于ZigBee无线传感器网络获取农田信息,并将农田信息经过嵌入式GIS系统实时传输给远程农田信息管理系统。1.1z空间无线网络zrt基于ZigBee的无线传感器网络主要用于获取农田信息,是移动式农业信息智能服务系统的农田数据采集部分。现有农田数据采集系统多采用人工或预先布线的有线采集方式,难以保证数据的实时性和有效性,并受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响而具有一定局限性。ZigBee是基于IEEE802.15.4的无线通信协议,具有低功耗、组网简单灵活、短距离、低成本等特点。基于ZigBee的无线网络非常适合于承载数据流量较小的农业领域。因此移动式农业信息智能服务系统利用基于ZigBee的无线传感器网络采集土壤水分、电导率、温度以及环境湿度等农田数据。1.2pda数据通信PDA在移动式农业信息智能服务系统中起到信息传递桥梁的作用,即接收无线传感器网络所采集的农田数据,并将其传送给远程农田信息管理系统。由于农田信息采集终端具有移动性和不确定性等特点,PDA与传感器网络和远程农田信息处理系统之间采用基于GPRS无线通信网络进行数据传输。在PDA中能够对农田的位置信息和属性信息进行正确性验证以保证农田数据正确及完整。同时还对农田数据进行临时存储。1.3农田管理决策远程农田信息管理系统是实现农田信息管理的核心。负责接收来自PDA的实时农田信息,并对其进行可视化表达、分析,根据相应的控制模型进行农田管理决策,从而实现对农田信息的远程管理。2远程农业信息2.1远程农田管理系统组成远程农田信息管理系统是移动式农业信息智能服务系统的重要部分,是实现农田信息管理的核心,为整个系统提供决策支持。远程农田信息管理系统主要完成与嵌入式GIS系统(PDA)的实时无线通讯,接收来自PDA的农田信息(位置数据和属性数据),并将其存放于农田信息数据库中;对农田信息进行各种数据处理和分析;根据结果给出相应的决策。远程农田信息管理系统的输入主要由基础地图、采样点分布图和属性数据3部分组成。1)基础地图。主要包括农田地图和农场设施分布地图,是PDA事先采集农场和农场设施位置信息,以.tab文件格式存放,作为远程农田信息管理系统中地图处理的基础。2)采样点分布图。最初由远程农田信息管理系统生成,并作为PDA布置采样点的基础。PDA实际放置采样点后,将返回最新采样点放置位置,并更新远程农田信息管理系统中的采样点分布图。3)属性数据。由PDA实时传输给远程农田信息管理系统。远程农田信息管理系统的输出主要为采样点分布图、各种田间数据分布图以及土壤水分处方图。远程农田信息管理系统的数据流如图2所示。系统工作流程如图3所示。通过需求分析,可以确定远程农田信息管理系统的功能主要有地图管理、PDA管理、数据管理和系统管理等四大模块。其中地图管理主要完成对地图数据的管理,是远程农田信息管理系统工作的基础;PDA管理主要对农田移动终端(PDA)进行注册、删除和状态查询等管理;数据管理模块是远程农田信息管理系统的核心,主要包括:采样点的位置数据管理、采样点属性数据管理和数据传输3部分。系统管理模块主要为远程农田信息管理系统的日常使用提供支持和帮助,主要包括对系统用户管理和帮助系统两大部分。2.2系统设计远程农田信息管理系统的设计主要包括农田信息数据的设计和系统软件接口设计两大部分。2.2.1要提出析和处理实远程农田信息管理系统从PDA接收的农田信息将保存在农田信息数据库中,是整个系统数据分析和处理的重要基础。根据系统的需求分析,确定农田信息数据库中主要的表有:农场基本信息表、农场设施信息表、地块基本信息表、网格表、传感器表、PDA基本信息表、采样点基本信息表、采样点数据表、土壤水分数据表、土壤电导率数据表、土壤温度数据表和环境湿度数据表。2.2.2pda与远程农田信息系统间的通信为保证系统能够有效工作,系统的接口设计也极为关键。远程农田信息管理系统的接口包括用户界面设计以及与其他系统间的软件接口。1)用户界面设计。根据用户界面设计基本原则以及远程农田信息管理系统的特点,主要针对界面的对话、数据输入、显示和控制等进行了设计。力求用户界面简洁,符合用户操作规范。2)软件接口设计。系统软件接口设计主要是针对远程农田信息管理系统与嵌入式GIS系统(PDA)之间的网络通信进行设计。为了确保数据传输的实时性和准确性,采用提供可靠服务、面向连接的TCP协议进行农田信息的远程传输。PDA和远程主机采用同步通信,且规定远程主机在某一时刻仅与某一PDA进行通信,因此采用同步的流socket编程实现。根据系统需求分析,PDA需要将农田信息实时传输给远程农田信息管理系统,两者之间偶尔涉及控制命令。因此主要包括数据型消息和命令型消息。数据型消息指农田信息,主要为农田的位置数据和属性数据,数据量较大;命令型消息为简单的系统命令,如:请求数据传输、结束数据传输等。由于PDA与远程农田信息管理系统之间的通信功能单一,且传输数据量较大,传输数据结构简单,宜采用ASCII字符串进行传输。其中:1)对于命令型消息,直接以消息类型开始,数据消息以@开始,所有消息均以回车换行符束。2)命令型消息名称由大写英文字符组成,字符数不固定;数据型消息由两个大写英文字符成。3)数据型消息中各数据域均以逗号隔开。命令型消息包括PDA和远程农田信息管理系统间发送的双向消息。消息类型如表1所示。数据型消息也是双向的,消息类型如表2所示。2.3远程农田管理信息系统软件设计远程农田信息管理系统采用VisualStudio2008中的MicrosoftVisualC#2008开发。VisualStudio是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。C#作为一种现代的面向对象的程序开发语言,能够帮助程序员在.NET平台上快速开发种类丰富的应用程序。图4为远程农田信息管理系统用户界面。远程农田信息管理系统作为服务器,PDA为客户端,PDA通过GPRS与远程农田信息管理系统进行通信时,首先向远程农田信息管理系统请求连接,远程农田信息管理系统监听到PDA的请求后,返回信息,PDA确认信息后与远程信息管理系统建立连接,开始向远程信息管理系统传输信息。在远程主机服务端定义一个TcpListener类的对象,用IP地址和端口号初始化服务器,PDA客户端定义一个TcpClient类对象,然后双方进行连接的请求和信息的传输等操作。3远程农田信息系统本文基于远程通讯和GIS技术开发了远程农田信息管理系统。该系统通过GPR