CN103793851A - 基于地理空间传感网的土壤水分实时监测和即时制图方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理空间传感网的土壤水分实时监测和即时制图方法，本发明首次将地理空间传感网的技术和标准应用于土壤水分实时监测领域，以一种开放的实现手段，结合实时获取的观测数据和即时处理，实现区域面状土壤水分自动化实时监测和制图，而且，本发明中实时观测数据和即时处理方法均可在线共享和互操作。本发明为区域性土壤水分实时监测和即时制图提供了一种开放性的方法，也为环境监测、精准农业提供了一种实时获取、即时分析和在线共享观测数据的方法。

Description

基于地理空间传感网的土壤水分实时监测和即时制图方法

 

技术领域

本发明属于地球空间信息领域，尤其涉及一种基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法。

背景技术

土壤水分即土壤干湿程度，通常用土壤含水量占烘干土壤重量的百分数表示，也可用土壤含水量占田间持水量的百分数表示。土壤水分（或土壤湿度、土壤含水量）是地球生态系统的重要组成部分，是陆地植物、土壤生物等赖以生存的重要物质源泉之一，在全球水循环中发挥着重要的作用，也是许多水文模型、气候模型、生态模型等的重要输入参数。土壤水分作为陆面水资源形成、转化、消耗过程中的基本研究参数，是联系地表水与地下水的纽带，也是研究地表能量交换的基本要素，对气候变化起着非常重要的调解作用。土壤水分的变化能影响其本身的水热过程，使地表参数发生变化，如地表反照率、土壤热容量、地表蒸发和植被生长状况等。这就导致地表能量、水分的再分配，并通过改变地表向大气输送的显热、潜热和长波辐射通量，影响气候变化；气候变化又能影响到土壤含水量变化，两者相互作用，其中包涵复杂的反馈过程。此外，土壤水分作为陆面生态系统水循环的重要组成，是植物生长发育的基本条件，也是研究植物水分胁迫、进行旱情监测、农作物估产等的重要指标。可见土壤水分在地球科学的研究中有着非常重要的意义。因此，实现对土壤水分的实时监测，最终还可以专题图的形式直观地展现出来，具有重要的现实价值和巨大的经济价值。

到目前为止，存在两类土壤水分监测方法：地面方法[1]和遥感方法[2]。二者的区别在于，地面方法的设备主要布设在土壤表面，而遥感方法的设备则主要依靠卫星上搭载的各类传感器，运行在太空中。具体来说，地面方法又可根据监测土壤水分的原理分为六类：（1）烘干法；（2）射线法；（3）介电特性法；（4）核磁共振法；（5）分离示踪法；（6）其他方法（如张力计法、光学测量法等）。在这些地面方法中，烘干法费时费力，不能实时监测，对人工操作要求也高，但作为直接测量土壤水分的唯一方法，在测量精度上具有其他方法不可比拟的优势。其他五类方法都是通过间接测量与土壤水分有关的变量，如射线能量、介电系数、核磁共振信号的初始振幅等，来推算土壤水分含量。这些方法在工业都对应有比较成熟的测量仪器，即地面的土壤水分传感器。遥感方法借助于飞行在太空中的土壤水分传感器获取较大面积的、连续的土壤水分。相比于地面单点的测量，遥感方法具有面状测量、综合成本较低的特点，因而成为目前地球空间信息领域研究的重点。遥感方法依据使用的传感器不同，又可分为如下五类：（1）光学法；（2）高光谱法；（3）被动微波法；（4）主动微波法；（5）综合法。这五类方法分别利用不同成像方式、不同成像波段的传感器和最终生成的遥感图像，加上遥感反演模型，推算地面的土壤水分含量。

而在土壤水分监测和制图的软件方面（传感器之间的通讯协议，数据传输、存储和分析方法，土壤水分专题图发布方式等），现有的方法也存在着不同。

基于原位传感器的地面方法通常在局部区域布设若干土壤水分传感器，且这些传感器具有无线通信功能，这些采集节点以某种短距离通讯协议（蓝牙、ZigBee等）将数据实时发送到汇聚节点，汇聚节点通过无线（GPRS、3G等）或有线的途径将采集的土壤水分传输到数据存储和处理中心，中心经过数据解析，处理和展示，最终将土壤水分的结果以图表的形式展示给用户。这种做法可以实现实时或近实时的土壤水分监测，但是目前很多实践都没有结合GIS的空间分析功能，只是将点的观测数据以数字或曲线形式展现出来^[3]，这样就忽略了整个观测区域面状的土壤水分分布规律^[4,5]，导致认识的偏差。而且，由于这些原位传感器网络的建设大多采用局域网设计^[6]，导致系统封闭，不仅处理算法不能网络共享，数据也封闭在系统内部，形成了信息孤岛，大大降低了地理信息的价值。

基于遥感传感器的遥感方法依靠卫星传感器过境时进行观测，然后通过数据链路完成数据下传，地面处理中心接收到遥感数据后，经过一些预处理步骤（裁剪、几何校正和辐射校正等）和反演模型（如基于土壤热惯量的方法、积分方程模型（Integrated Equation Model，IEM）等），最终生成某区域的土壤水分产品。这种方法获取的数据范围较大，但是存在不能实时精准监测的问题。如果某卫星采用太阳同步轨道运行，受轨道限制，通常只有经过一个时间周期（半天、几天或十几天）后，该卫星传感器才能对某一区域重复观测。这种观测时延较大，满足不了土壤水分实时监测的需求。如果某卫星采用地球同步轨道运行，便可以以近实时的模式生成土壤水分产品，但是一般卫星轨道越高，空间分辨率就越低，从而导致该方法生成产品的地面水平空间分辨率一般为几千米，因而只能做较大范围（省级或国家级）的土壤水分近实时监测，不能满足精细监测的需求。并且，卫星数据和产品编码格式不统一（如HDF、Tiff和img等）、处理算法封闭，这给数据的高效共享、功能的重用带来了一定的障碍。

综合分析，目前的土壤水分实时监测和制图方法还存在一些问题，如系统不够开放、数据和功能不能完全共享、时效性差、精细监测较为困难等。因此，迫切需要一种打破数据在线共享、功能开放壁垒的土壤水分实时监测和即时制图方法。

地理空间传感网作为地理信息领域的新理论和新方法，是一种对地观测手段与互联网（World Wide Web，WWW）结合的，具有协同观测、分布式融合和聚焦服务功能的集成系统，类似于对地观测的“物联网”^[7]。因此，从构成来说，地理空间传感网不仅包含了物理形态的多种异构传感器、也包括了实现数据共享和传感器互操作的网络标准规范、协同观测的理论、多传感器融合的理论、聚焦服务和综合决策的理论，是一种多系统的智能化集成。所以，地理空间传感网可以发挥协同观测系统、智能感知系统、多源融合系统、聚焦服务系统、辅助决策系统和按需可视化系统集成协作的能力，最终提升在线地理信息感知、认知和决策的高度集成化和智能化。与传统的无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）相比，地理空间传感网的网络基础设施是无处不在的万维网，而不是WSN建立的局域网。所以，采用地理空间传感网的理念和方法就具有先天的在线共享优势。

以互联网为载体的地理空间传感网，将首次以在线形式提供各种地理信息获取、处理、分析、服务和决策的方法，最终形成一个开放的和即时的地理信息网络，可以实现实时数据更新和实时信息提取，从而使数据从死变活^[8]。本发明方法将充分发挥地理空间传感网以上特点，为土壤水分实时监测和即时制图领域提供一种开放的、在线共享的方法。

文中涉及如下参考文献：

[1] 邓英春, 许永辉. 土壤水分测量方法研究综述. 水文, 2007, 27(4): 20-24.

[2] 汪潇, 张增祥, 赵晓丽, 谭文彬. 遥感监测土壤水分研究综述. 土壤学报, 2007, 44(1): 157-163.

[3] 郭万春, 陈桂芬, 宫鹤, 刘洪岩. 基于无线传感网的土壤水分实时监测系统的设计. 安徽农业科学, 2012, 40(22):11496-11498.

[4]邱扬, 傅伯杰, 王军,张希来, 孟庆华. 土壤水分时空变异及其与环境因子的关系. 生态学杂志, 2006, 26(1): 100-107.

[5] 严立文, 黄海军, 刘艳霞. 基于GIS空间分析的海底表层沉积物粒度分布特征插值研究. 海洋科学, 2010, 34(1): 58-64.

[6] 章军富. 基于ZigBee无线传感器网络的精准灌溉控制系统. 硕士学位论文, 北京林业大学. 2010, 5.

[7] 陈泽强. 传感网整合关键技术研究. 博士学位论文, 武汉大学, 2012, 5

[8] 李德仁, 邵振峰. 论新地理信息时代. 中国科学 F辑: 信息科学, 2009, 39(6): 579-587。

发明内容

针对目前土壤水分监测方法的存在的不足，本发明提出了一种基于地理空间传感网的土壤水分实时监测和即时制图方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，包括步骤：

S1，在待监测区域部署土壤水分传感器，土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器；

S2，远程服务器采用传感网使能框架中的国际标准对接收的观测数据进行编码，采用SOS服务接口将编码后的观测数据插入SOS数据库；

S3，远程服务器采用SOS服务接口从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据。

上述土壤水分传感器布设于距土壤地表10cm深处，并按预设频率监测土壤水分值。

上述土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器具体为：

土壤水分传感器的观测数据通过线缆汇集于传输节点，传输节点基于通用分组无线服务技术观测数据实时传输到远程服务器。

步骤S2进一步包括子步骤：

2.1 远程服务器经解析获得观测数据，所述的观测数据包括土壤水分传感器经纬度、土壤水分传感器编号、观测时间及观测土壤水分值；

2.2 远程服务器采用传感网使能框架的O&M协议封装观测数据；

2.3 远程服务器采用SOS服务接口中的InsertObservation操作将封装后的观测数据插入SOS数据库。

步骤S3中所述的远程服务器采用SOS服务接口中的GetObservation操作从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据。

作为优选，对步骤S3获取的观测数据进行处理：保留大于等于0%、且小于等于100%的观测数据。

二、基于地理空间传感网的土壤水分即时制图方法，包括步骤：

S1，在待监测区域部署土壤水分传感器，土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器；

S2，远程服务器采用传感网使能框架中的国际标准对接收的观测数据进行编码，采用SOS服务接口将编码后的观测数据插入SOS数据库；

S3，远程服务器采用SOS服务接口从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据；

S4，采用网络处理服务封装空间插值算法，远程服务器采用封装的空间插值算法对步骤S3获取的观测数据进行空间插值，获得栅格数据；

S5，远程服务器对栅格数据进行栅格渲染，获得土壤水分专题图，并即时发布。

 

和现有技术相比，本发明首次将地理空间传感网应用于土壤水分实时监测方法领域，具有如下优点和有益效果：

1）体系开放、可实现在线共享

提供了一个开放的土壤水分实时监测体系，实时采集的数据、空间插值、渲染和发布等功能都可以进行基于互联网的共享和重用，因此可避免数据重复采集、功能重复开发的投入，提高地理信息获取和处理的效率。

2）自动、实时

获取到土壤水分传感器观测到的实时数据后，可即时生成和发布土壤水分信息，该过程全部由计算机程序自动实现，无需借助人工干预，因此可以提高监测时效性，降低人工成本。

 

本发明为区域性土壤水分实时监测和即时制图提供了一种开放性方法，也为环境监测、精准农业提供了一种新的数据实时获取、即时分析和在线共享的基础方法。

附图说明

图1是本发明方法总体流程图；

图2 是实施例中空间插值WPS完成后返回的栅格数据；

图3是实施例中获取WMS的地图数据的响应图；

图4是将WMS地图数据叠加在地图上的显示效果图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，该方法可较精细地对某区域面状土壤水分进行自动化实时监测，更重要在于，本发明方法的开放性，可同时实现实时观测数据和数据处理算法的在线共享。所以，本发明实时数据和处理算法可以无缝地集成到其他更多的应用，从而降低地理信息获取的成本，提高地理信息的利用率。

下面将结合附图和具体实施方式进一步说明本发明方法。

见图1，本发明方法包括步骤：

S1，在待监测区域部署土壤水分传感器，土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器。

本实施例试验场为湖北省武汉市豹獬镇的一个斜坡上（中心经纬度：114.52646°，30.46982°）共布设17个土壤水分传感器，所采用的土壤水分传感器型号为LVDSC12，通信接口采用RS485协议，但不限于此。本实施例采用的土壤水分传感器均采用介电特性法测量布设点土壤水分，介电特性法是一种利用土壤水分和土壤介电系数之间的关系测定土壤水分的成熟方法。

土壤水分传感器布设于距土壤地表10cm深处，并按预设频率监测土壤水分值，本实施例中预设频率为10分钟。各土壤水分传感器的观测数据通过线缆汇集到传输节点，传输节点利用成熟的通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）将各土壤水分传感器的观测数据实时传输到远程服务器，本实施例中远程服务器IP地址为202.114.118.60，端口为9001。为降低野外部署土壤水分传感器成本，本发明的土壤水分值采集系统采用太阳能供电。

S2，远程服务器将土壤水分传感器的观测数据发送至SOS数据库。

SOS为开放地理空间联盟（OGC）发布的传感器观测服务，SOS提供了管理传感器注册和发现传感器数据的API，通过这个服务，客户能够以SOS的标准接口来获取一个或多个传感器的观测数据；并且，观测数据以及观测数据的元数据信息以SOS统一的编码方式返回客户端。然而SOS默认仅仅支持本地数据库数据的访问方式，不能支持外源数据系统的访问。

本步骤是将各孤立的土壤水分传感器观测数据以标准格式接入互联网，使任何人在任何地方，只要遵循该标准格式，就可以获取到土壤水分传感器的观测数据。

为实现土壤水分传感器观测数据的互联网接入，本发明采用开放地理空间联盟推出的传感网使能框架（Sensor Web Enablement, SWE）中的国际标准对土壤水分传感器观测数据进行编码，具体涉及SWE中的O&M编码规范、SensorML（传感器建模语言）编码规范和SOS服务接口规范；然后将编码后的土壤水分传感器观测数据发送至SOS数据库。O&M规范是一种描述观测数据的XML（可扩展标记语言）编码规范，它定义关于观测与量测术语及其之间的关系，通过建立通用数据编码模型，提供发现、获取实时和存档数据的能力。因此O&M编码后的各类观测数据基于web发布之后，就可以实现不同领域应用数据共享，避免了异构传感器数据格式及应用领域数据格式的不通用。而将O&M格式的观测数据插入或者取出来的接口就是SOS服务提供的接口，SOS提供一种标准化的应用于多种类型传感器的查询来保存或获取传感器数据。因此，在本实例中，将采用SOS提供的两个操作（InsertObservation和GetObservation）来实现O&M包装后的土壤水分观测数据的保存和获取。本实例中采用的O&M编码规范的模式和SOS操作的模式可参考OGC公开的O&M和SOS的标准规范说明文档。

本实施例中，豹澥试验场的传输节点将17个土壤水分传感器的观测数据通过GPRS通讯协议，以10分钟/次的频率发送到远程服务器。这里远程服务器首先通过modbus通讯协议解析出各土壤水分传感器的原始观测数据，然后远程服务器依据O&M协议封装土壤水分传感器原始观测数据，并通过InsertObservation接口将以O&M协议封装的数据存入SOS数据库中。

下面将以某条原始观测数据为例详细说明本步骤的实现过程。

远程服务器解析出一条原始观测数据：北纬30.535296°、东经114.369321°点位上，ID为urn:liesmars:insitusensor:BaoxieSoilMoistureStation-LVDSC12-14的传感器，在与世界统一协调时相差正8个小时的2013年11月5日6点1分4秒时，产生了一个土壤水分观测数据8%。远程服务器对该条原始观测数据进行O&M标准封装，具体为：将经纬度信息放在遵循O&M规范的XML文档的“<gml:featureOfInterest>”标签中，将时间信息放在遵循O&M规范的XML文档的“<gml:timePosition>”标签中，将传感器ID放在遵循O&M规范的XML文档的“<om:procedure>”标签中，将观测对象（即，土壤水分百分含量）放在遵循O&M规范的XML文档的“<swe:DataRecord >”标签中，将原始观测数据（即8%）放在遵循O&M规范的XML文档的“<gml:values>”标签中。加上其他附加信息，如时间的定义规定采用ISO 8601公历的时间表示方法，最后将这些信息都放在O&M根标签“<om:Observation>”下，就完成了原始观测数据到可共享的O&M数据的转变。

采用InsertObservation接口将经O&M协议封装的数据插入SOS数据库，具体为：向SOS数据库发送InsertObservation请求，InsertObservation请求的XML文档主体部分就是经O&M协议封装后的数据，然后加上“<AssignedSensorId>”标签封装传感器ID，最后使用“<InsertObservation>”根标签封装整个InsertObservation请求。SOS数据库接收到InsertObservation请求后，如果请求合法，就会把该观测记录保存到SOS数据库中，然后返回一个插入成功的ID用户，该响应会封装在SOS数据库的“<sos:InsertObservationResponse>”根标签中，在SOS数据库的子标签“<sos:AssignedObservationId>”中返回表示存储数据插入成功的操作ID，例如：

<sos:AssignedObservationId>o_1334472</sos:AssignedObservationId>

表示此插入操作成功的ID为o_1334472。

按照上述步骤就可以将部署的17个土壤水分传感器的观测数据实时、自动地插入到SOS数据库中。

S3，从SOS数据库中获取并预处理土壤水分观测数据。

经过步骤S2的处理，则可以使用标准的SOS网络接口从SOS数据库中在线获取土壤水分观测数据。本步骤，依据SOS标准接口GetObservation获取SOS数据库中已成功插入的实时观测值。

按照SOS的标准规范，GetObservation请求以“<sos:GetObservation>”为根标签，然后在其子标签中指定查询条件，比如可以用“<sos:temporalFilter>”封装一个时间过滤查询条件，里面进一步用“<gml:timePosition>”标签指定查询时间点。例如，“<gml:timePosition>2013-11-05T06L01:04+08:00</gml:timePosition>”表示查询2013年11月5日6点1分4秒时刻产生的所有的土壤水分观测数据。“+08:00”代表观测时间与世界统一协调时（Universal Time Coordinated, UTC）相差正8个小时。SOS数据库接收到查询请求后，经过数据库的时间、空间和属性查询，返回给用户以“<sos:GetObservationResponse>”根标签封装的查询结果。在该根标签下，2013年11月5日6点1分4秒时刻产生的每个土壤水分观测数据都用“<sos:observationData>”标签封装，该标签中又存储以O&M封装的观测数据。

根据以上查询条件，从SOS数据库中查询17个土壤水分传感器在该查询时间点的观测数据分别为：4.5%、8.0%、1.3%、20.0%、14.7%、1.6%、33.2%、33.1%、22.9%、30.2%、0.7%、37.8%、31.2%、38.7%、31.0%、34.3%、44.2%。远程服务器预处理这些原始观测数据，预处理规则是保留大于等于0%、且小于等于100%的观测数据，因为在某些情况下（比如硬件故障），产生的观测数据可能不在0%~100%间，所以，预处理可有效地保证下一步使用的是正常观测数据。

S4，远程服务器对预处理后的土壤水分观测数据进行空间插值。

远程服务器获取查询时间点的土壤水分观测数据并进行预处理，本步骤则对预处理后的离散的土壤水分观测数据进行空间插值，以科学地获取未部署土壤水分传感器区域的土壤水分值。为了实现功能重用，本发明采用OGC网络处理服务（Web Processing Service, WPS）封装空间插值算法，以实现地理处理的在线共享。WPS为地理信息处理服务提供了一种标准化的网络服务接口，用以规范网络处理的输入和输入。

一个成熟算法如果想通过web进行调用，并且让任何人都清楚该算法输入和输出的格式，目前的办法之一就是，将该算法通过WPS服务发布（或封装）出去。WPS提供了基于web的算法输入输出说明的框架，例如，本具体实施方式中，采用52North 提供的名为52nWPS的开源WPS框架，而在框架内部，仍然由具体的算法实现功能。WPS因此定义了一个用户如何触发网络处理服务的执行，服务的输入是什么，服务的输出该如何处理等。WPS定义了三个操作：GetCapabilities，DescribeProcess和Execute。GetCapabilities用来获取WPS服务的元数据信息，用户可以通过GetCapabilities操作知道WPS内部封装的算法，DescribeProcess描述一个处理的输入和输出，Execute则用来触发服务执行，返回结果。

本具体实施例中，可以构建一个唯一标识符（Indentifier）为cn.edu.whu.swe.algorithm.interpolate.IDW的空间插值处理服务，并限定输入最少3个点、最多100个点，输出为image/tiff格式。在空间插值算法的具体实现上，本实施例采用ESRI公司推出的ArcEngine 10二次开发包，调用其中IFeatureClass接口的createFeature方法依据17个点自动创建一个临时shp图层，然后依据该点状shp，通过ArcEngine 10开发包中IInterpolationOp接口的iDW方法实现反距离加权的空间插值（Inverse Distance Weighted，IDW）。反距离加权空间插值是一种常用而简单的空间插值方法，IDW是基于“地理第一定律”的基本假设：即两个物体相似性随他们间距离增大而减少。该方法以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本赋予的权重越大，该方法简单易行，直观且效率高，在已知点分布均匀的情况下插值效果好。该空间插值WPS执行之后，返回插值后的栅格数据，见图2，使用ArcMap软件打开返回的插值后的栅格数据，可以看到，借助于WPS封装的空间插值功能，实现了有限个离散观测点到连续面状观测数据的扩展。

S5，远程服务器对空间插值后的栅格数据进行栅格渲染，获得土壤水分专题图。

为直观显示区域内土壤水分的不同分布，本步骤调用经WPS封装的栅格渲染功能，使土壤水分专题图显示效果更加友好。本具体实施例中，可以构建一个唯一的标识符（Identifier）为cn.edu.whu.swe.algorithm.raster.StrtchRender的栅格渲染服务，其输入为一个image/tiff格式的栅格数据，输出为经过渲染之后的image/tiff格式。

在栅格渲染的具体实现上，本实施例采用ESRI公司推出的ArcEngine 10二次开发包，实现其中的IRasterStretch接口，生成一个从蓝到红的拉伸渲染器，然后通过IRaster接口的setRendererByRef方法引用生成的栅格渲染器，实现渲染过程，最终获得经彩色渲染后的土壤水分分布图。

S6，远程服务器即时发布土壤水分专题图。

本步骤即时发布步骤S5所获的土壤水分专题图，实现土壤水分观测结果的网络共享。本具体实施方式中，构建一个唯一标识符（Identifier）为cn.edu.whu.swe.algorithm.raster.PublishWMS的地图发布服务，其输入为渲染后的栅格数据，输出为WMS的web地址。WMS（Web Map Service，网络地图服务）为开放地理空间联盟OGC提出的一种网络地图服务接口，在web上的任何客户端，都可以通过该接口无缝访问得到该WMS服务提供的地图数据。在具体实现WMS发布功能时，本实施例选择ESRI公司推出的ArcGIS Server 10 GIS服务器，仍然采用ArcEngine 10中的接口自动连接ArcGIS Server服务器发布网络地图服务（Web Map Service，WMS）。使用的主要接口有两个，一个接口是IGISServerConnection，采用其connect方法连接到ArcGIS Server服务器，再采用getServerObjectAdmin方法获取服务器的控制权；另一个接口是IServerObjectAdmin，通过其提供的startConfiguration方法启动WMS服务。最终，获得WPS返回的WMS地址为http://202.114.118.207:8399/arcgis/services/1914/ImageServer/WMSServer，其中202.114.118.207:8399为ArcGIS Server服务器的ip地址和端口号。通过访问该WMS服务，可以在线获取该土壤水分专题图。根据通用的WMS标准，调用GetMap操作就可以获得一个WMS共享的地图数据，见图3。

本实施例中，可通过如下GetMap请求获得土壤水分专题图：http://202.114.118.207:8399/arcgis/services/1914/ImageServer/WMSServer?REQUEST=GetMap&service=wms&layers=0&CRS=CRS:84&SRS=EPSG:4326&BBOX=114.526360,30.469720,114.526560,30.469920&FORMAT=image/png&width=800&height=1000&version=1.3.0。GetMap请求中，通过指定WMS的图层编号（layers=0）、坐标系统（CRS=CRS:84&SRS=EPSG:4326）、范围为一个包含该区域的矩形（BBOX=114.526360,30.469720,114.526560,30.469920）、返回格式为PNG（FORMAT=image/png）、图片宽为800像素，长为1000像素（width=800&height=1000）和版本（version=1.3.0）这些信息之后，就可以获取WMS共享的数据。这样就实现了以WMS的国际标准形式自动、实时发布实验区域土壤水分专题图。最后，也可以通过诸如OpenLayers的网络地图客户端将制图结果叠加到实地地图上，见图4所示，从中可以看出，实时生成之后的土壤水分专题图显示在了研究区域中，用户就可以通过这个专题图实时掌握该区域的土壤水分变化，以便进一步支撑该区域的农业灌溉、生态监测等应用。

 

本发明首次基于地理空间传感网的优势（集成传感网实时服务接口、GIS空间分析与发布功能、地理信息标准等多种技术和手段），在实地部署的多个土壤水分传感器的基础上，实现了土壤水分的实时获取、即时分析及发布和在线共享，为区域性土壤水分监测应用提供了一种新型的开放性手段。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.    基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于，包括步骤：

S1，在待监测区域部署土壤水分传感器，土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器；

S2，远程服务器采用传感网使能框架中的国际标准对接收的观测数据进行编码，采用SOS服务接口将编码后的观测数据插入SOS数据库；

S3，远程服务器采用SOS服务接口从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据。

2.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于：

所述的土壤水分传感器布设于距土壤地表10cm深处，并按预设频率监测土壤水分值。

3.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于：

所述的土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器具体为：

土壤水分传感器的观测数据通过线缆汇集于传输节点，传输节点基于通用分组无线服务技术观测数据实时传输到远程服务器。

4.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于：

步骤S2进一步包括子步骤：

2.1 远程服务器经解析获得观测数据，所述的观测数据包括土壤水分传感器经纬度、土壤水分传感器编号、观测时间及观测土壤水分值；

2.2 远程服务器采用传感网使能框架的O&M协议封装观测数据；

2.3 远程服务器采用SOS服务接口中的InsertObservation操作将封装后的观测数据插入SOS数据库。

5.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于：

步骤S3中所述的远程服务器采用SOS服务接口中的GetObservation操作从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据。

6.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分实时监测方法，其特征在于：

对步骤S3获取的观测数据进行处理：保留大于等于0%、且小于等于100%的观测数据。

7.如权利要求1所述的基于地理空间传感网的土壤水分即时制图方法，其特征在于，包括步骤：

S1，在待监测区域部署土壤水分传感器，土壤水分传感器的观测数据实时传输至远程服务器；

S2，远程服务器采用传感网使能框架中的国际标准对接收的观测数据进行编码，采用SOS服务接口将编码后的观测数据插入SOS数据库；

S3，远程服务器采用SOS服务接口从SOS数据库中查询并获取所需的观测数据；

S4，采用网络处理服务封装空间插值算法，远程服务器采用封装的空间插值算法对步骤S3获取的观测数据进行空间插值，获得栅格数据；

S5，远程服务器对栅格数据进行栅格渲染，获得土壤水分专题图，并即时发布。

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