CN103530361A - 基于北斗与gis的农务地块图形构建与精细管理中间件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，包括数据处理器、以及分别与数据处理器相连接的定位模块和数据传输模块；其中，数据处理器主要由地块构图模块和数据管理与格式处理模块构成，地块构图模块与定位模块连接，数据管理与格式处理模块分别数据传输模块、手持终端的处理器相连接；所述的地块构图模块装载有GIS系统，并设有数据处理单元和绘图单元，将从定位模块传输过来的位置信息数据进行实时标注，形成地块图形信息，然后传输给数据管理与格式处理模块进行格式处理和综合管理。该中间件结构简单、部署方便、安全可靠、加工成本低，实现了对农务地块的图形构建，提供精细农业生产管理服务。
Description
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航（BD）和地理信息技术（GIS）在农业领域的应用设备，尤其涉及了一种基于北斗和GIS的用于农务地块图形构建与精细管理的中间件。
背景技术
精细化管理是一种理念，一种文化。它是源于发达国家的一种企业管理理念，它是社会分工的精细化，以及服务质量的精细化对现代管理的必然要求，是建立在常规管理的基础上，并将常规管理引向深入的基本思想和管理模式，是一种以最大限度地减少管理所占用的资源和降低管理成本为主要目标的管理方式。
农业精细化管理即是将精细化的管理理念应用到农业生产过程之中。如采取统一田间规划、统一农时标准、统一供种、统一集中育秧、统一水肥管理、统一航化作业、统一收获等措施，用于提高农产品的产量和质量。而农业物联网是促进农业精细化管理的核心手段，其中最基本的应用即是农务地块的定位和管理。因为只有统一了地块，农业生产的各个环节才能够得到进一步的统一管理。
目前，我国的农务地块定位和测量多依赖于GPS定位技术，只能进行与测量相关的简单工作（如计算面积等），没能进行GIS构图，也没有与地块的其他信息进行关联和管理，远远达不到农业精细化的需求，严重制约了我国农业的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有用于农业精细化管理的应用设备领域的空白和功能的不够全面的问题，提供一种结构简单、使用方便、安全可靠、加工成本低的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件；该中间件是一种对外提供统一接口、安装在手持终端内、并且与后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行双向数据传输的中间器件，其使用了北斗卫星导航与GIS结合的定位功能，且能够对农务地块的相关信息进行精细化管理，并可以做出相应的分析和预测。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，包括数据处理器、以及分别与数据处理器相连接的定位模块和数据传输模块；其中，数据处理器主要由地块构图模块和数据管理与格式处理模块构成，地块构图模块与定位模块连接，数据管理与格式处理模块分别数据传输模块、手持终端的处理器相连接；所述的地块构图模块装载有GIS系统，并设有数据处理单元和绘图单元，将从定位模块传输过来的位置信息数据进行实时标注，形成地块图形信息，然后传输给数据管理与格式处理模块进行格式处理和综合管理；所述的数据管理与格式处理模块将地块图形信息进行格式处理后，经由数据传输模块传输给后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行存储；同时，所述的数据管理与格式处理模块还经由数据传输模块接收后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库传输过来数据信息，然后传输给手持终端，进行实时查询和管理。
地块构图模块主要负责将北斗卫星导航系统定位到的位置信息在GIS地图上进行标注，为了加快标注速度、提高定位精度，地块构图模块采用了多种卫星数据处理方法，如差分法等；将绘制的相邻点用直线进行连接，并实时测量出两点间距，自动保存并标注在地图上；当一个地块测量完毕，将会在GIS地图上相应的位置绘制出地块图形，标注出总长、面积等数据信息。
数据管理与格式处理模块主要对绘制好的图形以及其它地块信息进行相关管理，如查询、更新数据等操作。
数据传输模块主要是将绘制好的地块图形数据以及其它相关信息上传到后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库，也可以从精细农业信息库中获取地块属性信息和农民信息送至数据处理器中数据管理与格式处理模块的进行处理和分析，并将处理结果或信息的更新数据回传给精细农业信息库。
作为本发明进一步的说明，以上所述的数据管理与格式处理模块设有地块图管理单元、地块信息管理单元和数据格式处理单元；所述的地块图管理单元包括地物采集标注和专题图管理，其中地物采集标注包括地物的绘制和更新管理，专题图管理包括自定义专题图、更新专题图和查询专题图；所述的地块信息管理单元用于管理地块属性信息和农民属性信息；所述的数据格式处理单元用于对地块图形信息的格式进行转换，以适应不同类型的异构数据库。
作为本发明进一步的说明，以上所述的专题图包括作物品种专题图、机耕情况专题图、虫害专题图和植期专题图。
作为本发明进一步的说明，以上所述的地块属性信息包括地块基本信息（地块ID、地块名称、所属公司、所属农民、实际面积等信息）、土壤信息（土壤品种、盐分、酸碱度、肥力、农药残留情况等信息）、气候信息（温度、湿度、光照度、风力等信息）、农作物信息（名称、品种、健康状态、植期、种植期间、盖膜情况等信息）和与上述信息相关的历史信息等；所述农民属性信息包括农民ID、农民编号、姓名、身份证、所属分公司、联系方式、地址、银行账号、开户行信息和更新时间等。
作为本发明进一步的说明，以上所述的数据处理器采用兼容手机操作系统的微处理器。
作为本发明进一步的说明，以上所述的定位模块采用以北斗卫星导航芯片为核心的北斗卫星导航定位模块，接收北斗卫星导航系统传输过来的地理位置信息数据，然后传输给地块构图模块，在GIS系统上对采集点所在的地块进行定位和识别。
作为本发明进一步的说明，以上所述的定位模块的测速精度为0.1m/s，1PPS进度为20ns，数据更新率为1Hz。
作为本发明进一步的说明，以上所述的数据传输模块采用GPRS通信模块或3G通信模块，进行数据信息的双向传递。
作为本发明进一步的说明，以上所述的手持终端为智能手机或掌上电脑。
本发明的中间件应用到农务地块精细化管理的具体运作过程如下：
将该中间件嵌入到移动手持终端（如手机、PDA等）之中，由地块测量人员随身携带。
首先，要在后端服务器上建立GIS图层空间数据库；即：通过百度、Google、超图、天地图等电子地图建立GIS底图，在底图的基础上通过对地物的标注建立起GIS图层空间数据库。
地物的标注需要使用到装有中间件的手持终端。测量员携带手持终端绕着待测量的地块走一圈，每走几步（测速精度可以达到0.1m/s）中间件就会通过定位模块的北斗导航功能对当前位置进行采点并定位出经纬度和海拔高度，并传送给地块构图模块。地物构图模块经过高速运算和处理，将位置数据在GIS地图上进行标注，并将相邻点的位置进行连线，计算其距离。当测量员走完一圈后，即可得到该地块的GIS图形，以及周长、面积等实际数据。这些数据将通过数据传输模块的GPRS上传到服务器。当足够多的地块被标注出来后，图层空间数据库即建立起来了。
为了实现农业的精细化管理，应将地块属性信息和农民属性信息与实际的地块在GIS地图上关联起来。地块属性信息和农民属性信息可以从精细农业信息库中获取，其具体内容有：
（一）地块属性信息（地块基本信息，土壤信息，气候信息，农作物信息，估产）；
（1）地块基本信息（地块ID，地块名称，所属公司，所属农民，实际面积）；
（2）土壤信息（土壤品种，盐分，酸碱度，肥力，农药残留情况）；
（3）气候信息（温度，湿度，光照度，风力）；
（4）农作物信息（名称，品种，健康状态，植期，种植期间，盖膜情况）；
（二）农民属性信息（农民ID，农民编号，姓名，身份证，所属分公司，联系方式，地址，银行账号，开户行信息，更新时间，备注）。
其中土壤信息、气候信息和农作物信息除了包含当前的状态信息外，还包含了历史信息，用于对当前种植的农作物进行估产。如农作物信息就包含了历史的种植记录和历史产量记录等。上述信息可以通过手持终端的输入或日常的Web输入传到精细农业信息库进行存储，通过某些关键字（如地块ID，农民ID等）将不同的信息关联起来。再通过中间件与图层空间数据库中的具体地块图形进行关联，以达到通过地块图即能管理地块信息的目的。
基础信息准备完毕后，即可进行地块专题图的建立。地块专题图又可分为作物品种专题图，机耕情况专题图，虫害专题图和植期专题图等。作物品种专题图即根据不同的地块所种植的作物用不同的颜色进行标注，如玉米地用黄色，甘蔗地用黑色等等；机耕情况专题图是按地块的耕种方式进行划分，如机器耕种用红色，牛耕用蓝色等等；虫害专题图按地块上出现的各种害虫品种进行划分；植期专题图则是按农作物种植的期间进行划分。使用专题图是为了根据不同的需要快速地查询到相关信息。
日常的系统工作主要分为信息的更新、查询和估产等。信息的更新首先来自于地块巡检，地块巡检可分为细致巡检和粗略巡检。当地块的位置、区域、面积等有所变动时，需要巡检员携带手持终端重新绕地块一圈，重新绘制地块图形，更新数据库中的地块图形信息，此为细致巡检。若是地块的物理位置和区域没有变化时，仅需要对其进行粗略巡检，即携带手持终端站在地块附近某处，中间件即会通过定位模块确定当前位置，然后通过数据传输模块将图层空间数据库中相应位置的整个区域的地块图形信息传输到数据管理与格式处理模块中，并通过手持终端的显示屏显示给巡检员。根据显示地图的比例大小，可以看到当前位置附近若干地块的图形信息，点击某个地块即可查看该地块的所有相关信息。若地块属性或农民信息有所变动，即可通过手持终端的输入界面进行修改，然后通过数据传输模块上传到精细农业信息库中，完成更新。
对地块的估产和预测则需要通过数据管理模块来进行分析，通过研究该地块的历史信息如土壤信息、气象信息、种植信息和产量信息等，比对该地块的当前信息，采用多种数据分析方法，能够得到该地块目前种植的农作物的产量预测。
本发明的优点：
1.对外提供了统一的接口，适应不同操作平台的手持终端，适用范围广。
2.北斗卫星导航系统和GIS系统结合使用，实时将测量的地块数据标注在GIS地图上，获得地块图形，速度快，精确度高。
3.能够对地块的相关信息进行精细化管理，并做出相应的分析和预测。
4.能够自定义地块专题图并可以进行分类查询管理。
5.结构简单、使用方便、安全可靠、加工成本低，而且适用于安卓、IOS、WindowsPhone等系统平台的开发，实现了对农务地块的图形构建，提供精细农业生产管理服务。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明中数据管理与格式处理模块的功能结构图。
图3是本发明的中间件应用到农务地块精细化管理的整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但是本发明的要求保护的范围不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1、图2所示，一种基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，是对外提供统一接口、安装在手持终端内、并且与后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行双向数据传输的中间器件，包括数据处理器、以及分别与数据处理器相连接的定位模块和数据传输模块；其特征在于：数据处理器主要由地块构图模块和数据管理与格式处理模块构成，地块构图模块与定位模块连接，数据管理与格式处理模块分别数据传输模块、手持终端的处理器相连接；所述的地块构图模块装载有GIS系统，并设有数据处理单元和绘图单元，将从定位模块传输过来的位置信息数据进行实时标注，形成地块图形信息，然后传输给数据管理与格式处理模块进行格式处理和综合管理；所述的数据管理与格式处理模块将地块图形信息进行格式处理后，经由数据传输模块传输给后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行存储；同时，所述的数据管理与格式处理模块还经由数据传输模块接收后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库传输过来数据信息，然后传输给手持终端，进行实时查询和管理。
以上所述的数据管理与格式处理模块设有地块图管理单元、地块信息管理单元和数据格式处理单元；所述的地块图管理单元包括地物采集标注和专题图管理，其中地物采集标注包括地物的绘制和更新管理，专题图管理包括自定义专题图、更新专题图和查询专题图；所述的地块信息管理单元用于管理地块属性信息和农民属性信息；所述的数据格式处理单元用于对地块图形信息的格式进行转换，以适应不同类型的异构数据库。
以上所述的专题图包括作物品种专题图、机耕情况专题图、虫害专题图和植期专题图。
以上所述的地块属性信息包括地块基本信息、土壤信息、气候信息、农作物信息和与上述信息相关的历史信息；所述农民属性信息包括农民ID、农民编号、姓名、身份证、所属分公司、联系方式、地址、银行账号、开户行信息和更新时间。
以上所述的数据处理器采用兼容手机操作系统的微处理器。所述的定位模块采用以北斗卫星导航芯片为核心的北斗卫星导航定位模块，接收北斗卫星导航系统传输过来的地理位置信息数据，然后传输给地块构图模块，在GIS系统上对采集点所在的地块进行定位和识别。所述的定位模块的测速精度为0.1m/s，1PPS进度为20ns，数据更新率为1Hz。所述的数据传输模块采用GPRS通信模块，进行数据信息的双向传递。所述的手持终端为智能手机。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于：所述的数据传输模块采用3G通信模块，进行数据信息的双向传递。所述的手持终端为掌上电脑。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别仅在于：所述的数据传输模块采用GPRS通信模块，进行数据信息的双向传递。所述的手持终端为掌上电脑。
如图3所示，将上述实施例1-3的中间件应用到农务地块精细化管理的具体运作过程如下：
将该中间件嵌入到移动手持终端（如手机、PDA等）之中，由地块测量人员随身携带。
首先，要在后端服务器上建立GIS图层空间数据库；即：通过百度、Google、超图、天地图等电子地图建立GIS底图，在底图的基础上通过对地物的标注建立起GIS图层空间数据库。
地物的标注需要使用到装有中间件的手持终端。测量员携带手持终端绕着待测量的地块走一圈，每走几步（测速精度可以达到0.1m/s）中间件就会通过定位模块的北斗导航功能对当前位置进行采点并定位出经纬度和海拔高度，并传送给地块构图模块。地物构图模块经过高速运算和处理，将位置数据在GIS地图上进行标注，并将相邻点的位置进行连线，计算其距离。当测量员走完一圈后，即可得到该地块的GIS图形，以及周长、面积等实际数据。这些数据将通过数据传输模块的GPRS上传到服务器。当足够多的地块被标注出来后，图层空间数据库即建立起来了。
为了实现农业的精细化管理，应将地块属性信息和农民属性信息与实际的地块在GIS地图上关联起来。地块属性信息和农民属性信息可以从精细农业信息库中获取，其具体内容有：
（一）地块属性信息（地块基本信息，土壤信息，气候信息，农作物信息，估产）；
（1）地块基本信息（地块ID，地块名称，所属公司，所属农民，实际面积）；
（2）土壤信息（土壤品种，盐分，酸碱度，肥力，农药残留情况）；
（3）气候信息（温度，湿度，光照度，风力）；
（4）农作物信息（名称，品种，健康状态，植期，种植期间，盖膜情况）；
（二）农民属性信息（农民ID，农民编号，姓名，身份证，所属分公司，联系方式，地址，银行账号，开户行信息，更新时间，备注）。
其中土壤信息、气候信息和农作物信息除了包含当前的状态信息外，还包含了历史信息，用于对当前种植的农作物进行估产。如农作物信息就包含了历史的种植记录和历史产量记录等。上述信息可以通过手持终端的输入或日常的Web输入传到精细农业信息库进行存储，通过某些关键字（如地块ID，农民ID等）将不同的信息关联起来。再通过中间件与图层空间数据库中的具体地块图形进行关联，以达到通过地块图即能管理地块信息的目的。
基础信息准备完毕后，即可进行地块专题图的建立。地块专题图又可分为作物品种专题图，机耕情况专题图，虫害专题图和植期专题图等。作物品种专题图即根据不同的地块所种植的作物用不同的颜色进行标注，如玉米地用黄色，甘蔗地用黑色等等；机耕情况专题图是按地块的耕种方式进行划分，如机器耕种用红色，牛耕用蓝色等等；虫害专题图按地块上出现的各种害虫品种进行划分；植期专题图则是按农作物种植的期间进行划分。使用专题图是为了根据不同的需要快速地查询到相关信息。
日常的系统工作主要分为信息的更新、查询和估产等。信息的更新首先来自于地块巡检，地块巡检可分为细致巡检和粗略巡检。当地块的位置、区域、面积等有所变动时，需要巡检员携带手持终端重新绕地块一圈，重新绘制地块图形，更新数据库中的地块图形信息，此为细致巡检。若是地块的物理位置和区域没有变化时，仅需要对其进行粗略巡检，即携带手持终端站在地块附近某处，中间件即会通过定位模块确定当前位置，然后通过数据传输模块将图层空间数据库中相应位置的整个区域的地块图形信息传输到数据管理与格式处理模块中，并通过手持终端的显示屏显示给巡检员。根据显示地图的比例大小，可以看到当前位置附近若干地块的图形信息，点击某个地块即可查看该地块的所有相关信息。若地块属性或农民信息有所变动，即可通过手持终端的输入界面进行修改，然后通过数据传输模块上传到精细农业信息库中，完成更新。
对地块的估产和预测则需要通过数据管理模块来进行分析，通过研究该地块的历史信息如土壤信息、气象信息、种植信息和产量信息等，比对该地块的当前信息，采用多种数据分析方法，能够得到该地块目前种植的农作物的产量预测。
Claims (9)
1. 一种基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，是对外提供统一接口、安装在手持终端内、并且与后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行双向数据传输的中间器件，包括数据处理器、以及分别与数据处理器相连接的定位模块和数据传输模块；其特征在于：数据处理器主要由地块构图模块和数据管理与格式处理模块构成，地块构图模块与定位模块连接，数据管理与格式处理模块分别数据传输模块、手持终端的处理器相连接；所述的地块构图模块装载有GIS系统，并设有数据处理单元和绘图单元，将从定位模块传输过来的位置信息数据进行实时标注，形成地块图形信息，然后传输给数据管理与格式处理模块进行格式处理和综合管理；所述的数据管理与格式处理模块将地块图形信息进行格式处理后，经由数据传输模块传输给后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库进行存储；同时，所述的数据管理与格式处理模块还经由数据传输模块接收后端服务器的GIS图层空间数据库和/或精细农业信息库传输过来数据信息，然后传输给手持终端，进行实时查询和管理。
2. 根据权利要求1所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的数据管理与格式处理模块设有地块图管理单元、地块信息管理单元和数据格式处理单元；所述的地块图管理单元包括地物采集标注和专题图管理，其中地物采集标注包括地物的绘制和更新管理，专题图管理包括自定义专题图、更新专题图和查询专题图；所述的地块信息管理单元用于管理地块属性信息和农民属性信息；所述的数据格式处理单元用于对地块图形信息的格式进行转换，以适应不同类型的异构数据库。
3. 根据权利要求2所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的专题图包括作物品种专题图、机耕情况专题图、虫害专题图和植期专题图。
4. 根据权利要求2所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的地块属性信息包括地块基本信息、土壤信息、气候信息、农作物信息和与上述信息相关的历史信息；所述农民属性信息包括农民ID、农民编号、姓名、身份证、所属分公司、联系方式、地址、银行账号、开户行信息和更新时间。
5. 根据权利要求1-4任一所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的数据处理器采用兼容手机操作系统的微处理器。
6. 根据权利要求1-4任一所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的定位模块采用以北斗卫星导航芯片为核心的北斗卫星导航定位模块，接收北斗卫星导航系统传输过来的地理位置信息数据，然后传输给地块构图模块，在GIS系统上对采集点所在的地块进行定位和识别。
7. 根据权利要求6所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的定位模块的测速精度为0.1m/s，1PPS进度为20ns，数据更新率为1Hz。
8. 根据权利要求1-4任一所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的数据传输模块采用GPRS通信模块或3G通信模块，进行数据信息的双向传递。
9. 根据权利要求1-4任一所述的基于北斗与GIS的农务地块图形构建与精细管理中间件，其特征在于：所述的手持终端为智能手机或掌上电脑。
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