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1、-农田便携式无线墒情综合监测仪和抗旱信息系统设计与实现摘要：为提高农业生产的抗旱减灾信息化水平，减少农作物因干旱和灌水不及时所造成的经济损失，该文把BTZS-GPRS型便携式无线墒情综合监测仪用于墒情预报技术与信息技术结合起来，采用WebGIS、动态交互网页、网络数据库技术，设计并开发了安徽淮北地区墒情监控和抗旱信息系统，实现了墒旱情、雨水情、农工情信息的网络化存储、发布、查询及统计图表自动生成。系统界面直观，实用性和操作性强。关键词：墒情；抗旱减灾；信息系统；设计，便携式无线墒情综合监测仪引 言中国许多地区的，干旱和缺水问题相当突出。针对干旱特点及早灾损失，国家防总在建立防汛网的同时，正着手
2、考虑建立全国抗旱网，为防灾、减灾服务。在以往研究中，国内北方一些省份曾采用气象干旱和农业干旱的方法建立旱情信息系统，而采用水文干旱即通过监视农田墒情的变化来建立旱情信息系统，在国内刚刚起步。本文把墒情预报技术与信息技术相结合，利用InternetIntranet、ASP、DHTML、COMDCOM、WEBGIS、Java多种技术，采用BS方式，以网络数据和数字化地图为基础，实现墒情监测预报的自动化和在线图形化查询，向各级抗旱指挥机构及时提供实时和预测信息，界面直观，信息量大，操作性强。1 系统结构设计与功能11设计原则系统设计总体原则：系统适应各种可能的组网方式，如局域网、宽带接入、窄带直接接
3、入、窄带间接接入等n。系统具有较强的灵活性，包括对系统界面的更新。系统中的查询结果直观、简单。整个系统使用简单，界面美观、大方，具有人性化特点。模块划分简单明了，充分考虑用户已经习惯的划分分类。功能的纵向深度(菜单级别)不超过三级。12系统结构本系统采用基于Web的BS体系结构，利用COM组件技术实现三层结构体系3,45。并利用已有的墒情数据采集系统，基于Web方式构建；使用ASP+DHTML的Web开发技术，基于BS的浏览方式，实现墒情数据导入与维护、墒情分析与预测、预测模型的开发、雨情信息查询与分析、旱情分析及旱情统计报表、气象信息查询与发布、权限控制等功能，表现方式灵活生动。结合webG
4、IS的方式，实现数字地图的网上发布及旱情图示。系统运用TopMap World组件进行GIS网络开发，用地图的形式直观显示信息的查询和表示。系统架构为三层体系结构：数据层、业务层、表示层。用户可以简单的利用IE浏览器进行信息的查看和更新。13模型设计及模块结构131模型设计系统包括平均土壤含水率计算、墒情指数预测、土壤含水率预测、灌水时间预测、灌水定额预测、降雨距平计算、降水频率计算等10种模型。利用灌水时间预测模型，从数据库中获取土壤含水率，用实时墒情指数预测模型获得墒情指数预测值，用灌溉时间预测模型和灌溉定额预测模型根据预测值分别计算灌溉时间和灌水定额，以列表形式显示。考虑灌溉和农作物根系
5、分布特点，其研究的目的层选定为失墒敏感层(O02 m)和根系发育层(0-05m)。依据降雨径流预报理论，根系发育层(o0。5 m)墒情指数计算模型可表示为(1)式。在墒情指数预测模型中，如果预测时段为跨月份的，则要根据所跨月份的天数来进行运算，如：2002年4月28日预测今后，2天的墒情指数，时段跨了4月和5月，计算公式演变为(2)式13。2模块结构整个系统根据其大体功能划分为两个子系统1-3：数据管理子系统和WebGIS信息查询分析子系统。数据管理子系统包括6个主功能：数据导入、数据录入、数据查询、数据校核、墒情数据提交、数据维护及用户管理；数据导入作为系统的模型开发提供人工导人和自动导入两
6、种，自动导人设计采用Sql和Windows任务安排；数据校核直接在模型开发中进行。该子系统有4个主功能模块：数据录入、数据维护、用户管理及墒情数据提交。WebGIS查询分析子系统包括9个主功能模块，其结构如图1所示。14系统功能登录本网站时将区分用户级别，系统的用户级别总分三级：系统管理员，系统操作员和访客。访客是不具备任何操作权限的系统访问者，对系统仅有浏览权限；系统操作员是指各行政市区中的系统数据录入上报人员，拥有录入上报本市区相关数据的权限；系统管理员是指对本系统拥有全权的人员，包括对系统基本信息的录入和修改，对需审批信息的审批等。1)墒情监控与抗旱减灾网页。在防汛广域网发布基础信息、墒
7、情信息等，为省厅领导及各地市县有关人员及时组织抗旱提供科学依据。2)数据库管理。按用户管理分级分权限级别，在浏览器上可以实现有关基本数据的导入、录入、修改等工作。对土壤含水率等具有自动和校核导入功能。3)WebGIS信息查询分析。包括基本信息、测站信息、行政区县乡镇经济数据、农作物种植分布信息、作物种植分布表格、墒情信息查询与分析等。在等值面图中，不同颜色标明不同的受旱程度，各受旱级别的总受旱面积在图例中体现。通过点击某一行政市区能弹出窗口显示该市各受旱级别的受旱面积，并提供打印等值面图的功能等。4)电子地图功能：提供以淮北地区地理底图为背景的可视化浏览；基本地图共分32个空间要素图层，并可控
8、制各图层的可视状态，同时还可以在地图放大缩小后信息自动增减；支持图文互查，可点击图上的某目标，检索并显示该目标的相关资料。5)图形图像处理。系统将数据库和GIS融合，可自动绘制、各种图形，如根据实时资料绘制墒情等值线、等值面图等n。6)信息发布。可发布墒情信息、文本抗旱资料、各种新闻、通知、政策法规、重要文件系统、友情链接等综合信息。系统流程图见图2。15系统软件平台操作系统采用微软的Windows2000 Server；地理信息系统开发和发布平台选用慧图公司TopMap GIS地理信息系统；数据库管理系统采用大型数据库管理软件Sql Server 2000。2信息采集与传输标准化信息采集与传
9、输标准化是信息系统最基础和最关键的环节之-_。墒情测报站设于基层水利站，要求监测手段及信息传输方式做到方便、快捷、实用。21信息采集农田墒情监测方法采用常规法(烘干法)和电测法，还有就是采用托普仪器的BTZS-GPRS型便携式无线墒情综合监测仪。常规法包括烘干称重法和比重法，采用人工输入的方式，投资不高，也是检验其他方法测试结果的标准，但速度慢；电测法可实现自动采集自动传输，测试速度快、多点位、便于巡测，但价格相对较高。22信息传输标准化墒情测报站是信息源的基础，上报信息自动入库。其传输途径如图3所示。3、便携式无线墒情综合监测仪简介BTZS-GPRS型便携式无线墒情综合监测仪由浙江托普仪器有
10、限公司依据土壤墒情监测规范SL000-2005中华人民共和国水利行业标准，根据土壤墒情监测规范要求设计。该仪器不仅可实时监测墒情的最主要参数土壤水分，还可根据用户需求监测土壤温度等，配套的软件可根据用户需要灵活设定墒情参数的采样周期和存储周期、巡测和召测数据及分析数据等功能。系统进行不间断监测，对土壤墒情的发生、发展及变化进行实时的监视和分析，为开展排涝抗旱工作提供信息依据。主机及传输部分1、时钟设置：主机可设置北京时间；2、数据采集：可以手动模式记录也可自动模式记录和上传手动模式：手动按键保存数据，单独按发送键可直接通过GPRS或GSM上传至服务器。自动模式：设置数据采集和上传时间间隔，定时
11、储存数据并将数据通过GPRS或GSM进行上传，实现实时获取所采集数据，也可利用U盘直接取出历史数据（标配已含）。GSM短信模式：可将数据以短信的形式发送至指定手机号码；GPRS网络模式：可利用GPRS传输模式将数据传输至网络中，用户可通过任何一台可上网的电脑查看数据并下载分析，也可以上传到国家指定的墒情IP站点。输入指定手机号码，可将仪器和手机绑定进行智能控制也可单独通过发送短信命令进行智能控制：可更改存储时间或采集间隔时间；可通过短信形式唤醒主机将数据发送至手机中。3、低电压提示：长时间无操作自动进入待机省电模式。4、信号强度显示：主机屏幕直接显示天线信号强度显示。5、传感器通道设置：可按需
12、要自行组合，传感器插入主机后自动搜索到多种不同类别的传感器（类似于U盘接电脑），要求以后可增加气象及土壤参数只购传感器即可，无需再配主机。6、可增加GPS定位功能。上位机软件上位机软件要求：显示每种参数过程曲线趋势和最大值、最小值、平均值显示查看、放大、缩小功能，每种参数的报表、曲线图可选择时段查询。每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可输出打印。墒情评价：可以设置最低最高超限值，可自动进行墒情评价及旱情分析，软件可在线升级。供电部分 仪器内置大容量锂电池，可随用随充。技术参数 工作电压范围：7.5V14.5V工作及待机电流：待机电流19mA,最大工作电流：300mA待机时长：标配电
13、池（12V24AH）可用18天通讯接口：RS-485、USB接口。选配的气象要素 空气温度、空气湿度、露点、风向、风速、雨量、大气压、光照度、二氧化碳、土壤盐分、水分蒸发。4动态交互网页技术动态网页技术是通过一定的计算机语言编程，使服务器动态地产生出包含用户所需内容的网页，传送给用户浏览。它是HTML的扩展，使得开发者可以对HTML网页中的元素进行编程，从而提供动态的效果s。动态HTML基于一种文档对象模型(Document Object Modal，DOM)，HTML页面中的每个元素都是对象，拥有自己的属性、方法和事件，通过编程，就可以在客户端实现一定程度上的动态效果和交互能力。动态HTML
14、技术主要体现在如下几个方面，动态样式：可以改变文档中任意元素的样式；动态内容：在网页加载后，可以动态修改网页的内容；对象定位：支持绝对定位和相对定位，可以任意控制网页中元素的位置；多媒体处理能力：提供一些内建的方法和对象，处理多媒体；字体嵌入：可使用特定URL下的字体；数据绑定：可轻松的显示数据库的内容；文档对象模型：提供对象的属性、方法和事件编程能力。5WebGIS技术作为GIS与信息技术发展的产物23，webGIS实际上是在Web上实现GIS功能，也就是将GIS综合进Web以进行信息的发布。从互连网的任意一个用户上使用浏览器(如IE，Netscape等)就可以浏览webGIs站点中的空间数
15、据、制作专题图、进行地理信息的空间分析和空间查询，从而给web的信息发布加上了地理信息系统这一直观的工具，使人们通过Web浏览查询信息更方便，也使GIs通过web得到了普及。51 GIS录入本系统电子底图采用1：25万的地理地形图，GIS的基础数据包括区划边界、市、县、乡镇、河流(三级)、水利工程位置(包括闸、坝、灌渠等)、交通、水文站点等信息。并按照一定的规则对各要素归类分层编码，同时对部分图层建立相应的属性库。数据库数据结构建立在空间图形数据分解为定位数据和属性数据基础上，采用混合数据结构，即定位数据采用拓扑结构，属性数据采用将模拟地图图形表示的实体分解为点、线或面状目标，具有相同属性关系
16、结构。52 WebGIS信息发布本系统GIS部分的网上发布采用了服务器站ActivcX构件技术，客户站不需要下载任何控件或插件，兼容性好。最底层采用了慧图公司的Topmap world。webGIS实现地图的网上发布，显示各类分布图。将查询、分析与预测结果显示在地图上，同时在网上发布。表现形式形象直观，方便快捷。基本信息分布图包括测站分布图、闸坝分布图、土壤分布图、农作物种植分布查询、县市及乡镇资料查询等。资料查询结果均以列表形式表示。在图形中，不仅可以浏览整个淮北地区电子地图信息，而且可以将淮北地区6个市地图分块单独显示，供各市查询，非常方便。6 SQL技术及数据库建设SQL意思为结构化查询语言。其主要
