CN104268617A - 一种基于rfid的植物数据综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RFID的植物数据综合管理系统。本发明以通过RFID技术所识别和标志的目标植物为单位，以对于海量多源异构数据具有包容性的数据结构为基础，对传感器和智能作业设施所产生的数据进行归一化的组织，并且建立了新的数据应用和管理体系，能够在数据属性、处理时效和系统负荷等方面满足种植业这一应用领域的特定要求。

Description

一种基于RFID的植物数据综合管理系统

技术领域

本发明涉及种植业生产信息化领域，更具体地，涉及一种基于RFID的植物数据综合管理系统。

背景技术

种植业是农业生产的核心。如果说机械化种植业相对于手工种植业的进步主要表现为规模化，那么，现代高科技的种植业相对于传统机械化种植业的进步则尤为突出地表现为信息化。通过信息化，可以针对各类作物开展定量的精细作业，有利于达到水、肥、光照等资源的优化配置，对于异常状况能够及时发现并解决，可以节约人力、设备等方面的成本投入，从而可以从根本上推动种植业向着科学、集约、环保的方向发展。

作为种植业信息化的基础环节，需要对表示植物的自身状况、外部环境及人工作业等因素的综合数据进行采集和分析，特别是以计算机和通讯技术为支撑，实现自动化、智能化的数据采集和管理。为了满足这一需求，尤其是对于具有较大规模的农业生产基地来说，有必要在农田现场组建一套用于植物数据采集、传输、分析和处理的信息系统。

RFID技术是一种非接触性、低硬件成本和适合规模化应用的信息采集和传输技术。RFID技术在目标物体上设置电子标签，利用无线射频信号在有效距离范围内读取电子标签内的数据，从而对目标物体进行识别和跟踪。对于信息化种植业来说，可以采用RFID技术来标识作为数据采集和分析对象的目标植物。同时，环境传感器系统可以针对目标植物采集相关的温度、湿度、土壤墒情、光照、酸碱度、风力、飞虫直至实况图像等数据，集成了自动控制和信息处理功能的智能化农用设施可以反馈与目标植物相关的农田作业信息(例如智能化灌溉喷头可以反馈每次自动给水的时间和供水量等数据)。信息系统的后台通过ZigBee等低成本的无线通信技术从上述现场设备中接收以上各方面的植物数据，从而为种植植物的生长状况分析、异常预警和农田作业管理提供支持。

目前，应用于种植业的RFID信息系统正在被不断开发出来，其功能正在逐渐完善。然而，现有技术中此类信息系统的研究重点集中在位于整个系统前端的现场设备，主要的发展方向包括：提高用于采集农田环境数据的各种传感器的性能及改进布设方式，实现对各类农田作业设施的智能控制，以及基于自组织网络进行高速可靠的无线数据通信。但是，在信息化系统的后台，现有技术实际上只是沿用了现有的数据库，提供常规的数据保存、查询功能和基本的统计分析能力，这一点已经制约了现有的种植业信息系统向深入水平发展。

事实上，为了实现高信息化水平的种植业，所需要应用的将是一套大规模和高复杂度的信息系统。在高信息化水平的种植业生产中，为了达到足够的信息采集覆盖率和采样密度，所应用的RFID单元、传感器及智能作业设施等前端节点将达到海量级，前端节点不断地产生并传输数据流，使系统的后台将会面对一系列复杂的数据分析处理问题。具体来说，在用于大规模种植业生产的信息系统中，其数据流表现为以下几个特点：首先，数据流具有多源异构性，不同的前端节点所产生的数据结构具有明显差别；例如RFID单元所采集的数据一般是表示目标植物编号的字符串型数据，各类环境传感器和智能作业设施则会产生不同结构的标量数据、矢量数据串甚至多媒体编码数据。其次，数据流具有各自不同的动态属性和生命周期。例如，反映酸碱度、土壤墒情等常态化指标的数据属于稳定型数据，而表示温度、湿度、风力、光照等指标的数据属于瞬态型数据，其有效生命周期也比较短暂。第三，以目标植物为对象，数据流之间具有不同的时间和空间相关性，例如光照、温度、湿度等数据在时间维度和空间维度上的坐标决定了这些数据与目标植物的关联程度，对于风力或飞虫等数据，其与目标植物在时空上的相关性则更为复杂多变。

可见，对于以实现种植业的高水平信息化为目标的信息系统而言，其对海量异构的植物数据的处理、查询和分析能力是非常重要的，这需要整个系统建立在完善且易用的数据结构之上，并且具有适应性强的数据分析处理体系和机制。显然，现有技术虽然在系统前端进行了各种改进，能够有效和完整地采集数据，但在后台引用常规的数据库及其查询方式，无法满足高水平信息化的要求，导致现有系统的功能单一，不能对数据进行充分发掘应用，无法对复杂事件进行及时有效的应对，也经常出现数据过载而无法响应的状况。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于RFID的植物数据综合管理系统。本发明以通过RFID技术所识别和标志的目标植物为单位，以对于海量多源异构数据具有包容性的数据结构为基础，对传感器和智能作业设施所产生的数据进行归一化的组织，并且建立了新的数据应用和管理体系，能够在数据属性、处理时效和系统负荷等方面满足种植业这一应用领域的特定要求。

本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，包括：

配置RFID标签的前端节点,用于采集和生成针对目标植物的原始数据序列，并且通过无线数据传输将所述原始数据序列周期性地上传；并且，所配置的RFID标签中存储了用于标识该前端节点所对应的目标植物的标识符；

配置RFID读取器的中间数据集成节点，通过所述RFID读取器读取有效范围之内的前端节点配置的所述RFID标签中的标识符，并且通过所述无线数据传输接收前端节点上传的原始数据序列；所述中间数据集成节点用于从所述原始数据序列当中提取关键数据，并且以属性的形式将所述关键数据保存于以目标植物为描述对象的描述性统一数据结构；所述中间数据集成节点基于所述统一数据结构提供结构化查询索引和指令；

数据管理中枢单元，用于调用所述结构化查询索引和指令而从所述中间数据集成节点获得反馈结果；所述数据管理中枢单元根据反馈结果计算并存储全局性数据。

优选的是，所述中间数据集成节点包括：

原始数据暂存队列，用于暂存至少一个前端节点所提供的原始数据序列；

关键数据提取单元，用于按照预定算法从所述原始数据序列中选取或者计算关键数据；

数据封装单元，用于将所述关键数据作为属性数组封装在所述描述性统一数据结构当中；

数据接口单元，用于提供所述结构化查询索引和查询指令，并且响应并解析数据管理中枢单元下达的查询指令，在所述描述性统一数据结构当中进行查询，反馈查询结果。

优选的是，所述描述性统一数据结构包括一个索引表单和至少一个属性表单，在所述索引表单中保存所述属性表单的标识符，并且以所述属性表单的标识符为索引建立表单项目，每个表单项目中对应保存指向属性表单的链接值，通过所述链接值访问所述属性表单；每个表单项目中还保存所述属性表单所提供的属性数组的类型列表；所述属性表单中以属性数组为单位保存所述关键数据，所述属性数组具有统一的数据格式；所述属性数组的数据格式包括属性数组自身的标识符，以及多维的属性参数值，基于所述关键数据对所述属性参数值进行赋值。

优选的是，所述属性参数值包括：属性数据的类型值、属性数组的至少一个描述参数值、与属性数组相关联的前端节点的ID值或ID值列表、时间参数值以及关键数据数值。

优选的是，所述属性表单还包括用于描述和存储所述中间数据集成节点对应区域的植物数据的属性数组，并对该属性数组进行人工赋值。

优选的是，所述属性表单包括准静态属性表单和动态属性表单；所述准静态属性表单中所设置的属性数组的类型属于常量或者具有低更新频率的类型；所述动态属性表单中设置的属性数组的类型属于高更新频率的类型。

优选的是，所述数据接口单元创建不同的线程来管理和操作准静态属性表单和动态属性表单，并为线程分配不同程度的资源和采用不同的算法，其中为针对所述动态属性表单的线程分配更多的计算资源和临时存储资源，并且应用差量更新算法。

优选的是，所述数据管理中枢单元包括：

查询接口单元，用于与所述中间数据集成节点进行指令和数据交互；所述查询接口单元调用所述查询指令，向所述中间数据集成节点的数据接口单元发起对结构化查询索引的查询，并且接收所述中间数据集成节点的数据接口单元以结构化查询索引为关键字而返回的数据结果；

数据处理单元，用于从所述查询接口单元获得查询返回的所述数据结果，并且通过运算生成反馈给用户的查询结果以及全局性植物数据；

用户接口单元，用于供用户输入查询需求，并且向用户反馈所述查询结果；

全局数据存储单元，用于保存所述全局性植物数据。

优选的是，所述查询接口单元包括查询关系表，所述查询关系表中记录了所述中间数据集成节点的数据接口单元支持的查询指令集以及结构化查询索引集。

优选的是，所述查询接口单元支持定时轮询以及触发式查询；所述定时轮询是按照顺序周期性地向所述中间数据集成节点发出查询指令，从而获得包含在中间数据集成节点的属性数组当中的至少一种特定类型的所述数据结果；所述触发式查询是响应用户输入的查询需求或者由特殊事件所触发的查询需求，向中间数据集成节点发出相应的查询指令。

可见，本发明将应用于种植业的植物数据管理系统所关注的重点由前端的数据采集转移到后台的数据管理，针对该系统的数据表现出的海量、多源异构以及在时空维度上具有复杂分布及相互关联性的特点，采用了关键数据提取、建立统一的结构化数据结构，将原始数据整合为描述性的属性数组以及通过分立的线程建立不同处理机制等手段，实现了完善且易用的数据结构，具有适应性强的数据管理体系和机制。本系统能够在大数据量采集的基础之上，提供多样的查询、分析功能，能够保证数据处理的实时性，可以满足高水平信息化的植物管理的要求，特别是对于种植业的规模化生产具有突出的实际意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统总体布局示意图；

图2是本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统中的中间数据集成节点的结构示意图；

图3是本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统中的描述性数据结构示意图；

图4是本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统中的数据管理中枢单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述的基于RFID的植物数据综合管理系统总体布局示意图。在图1所示的种植现场(如农田、大棚、林地、草场等)，广泛布设海量的前端节点101，各前端节点101均配置有效通信距离在数米至十余米范围内的RFID标签，如有源型RFID标签，RFID标签内保存的特定字符串型数据作为标识符，用于标识该前端节点101所对应的目标植物。例如，将区域A的前端节点101所配置的RFID标签内存储的标识符与该区域范围内的目标植物相对应，从而能够以该标识符为索引，获得目标植物的品种、种植数量、种植时间等基本信息。当然一个前端节点101并非只对应单株目标植物，而是代表区域内一定数量的目标植物，其采集与区域内目标植物相关的信息。

前端节点101实际上概括了布设于种植区域的多种类型的传感器，以及具有信息反馈功能的智能作业设备。前端节点101在本系统中的基本作用在于采集或者产生针对目标植物的原始数据。对于传感器型的前端节点101来说，所采集的原始数据可以包括温度、湿度、土壤墒情、光照、酸碱度、风力、飞虫分布密度直至实况图像等；对于智能作业设备，如灌溉喷头等，可以记录其自身的作业而产生相关数据，例如记录历次的灌溉时长、给水量等参数。

从数据结构的角度来看，各前端节点101所采集或生成的数据可以通过原始数据序列的形式来表现。每个前端节点101历次采集或者生成的原始数据可以按照时间顺序归集至相对应的一个原始数据序列，原始数据序列由若干个多元数组元素组成，元素可以表示为(time,ID,value1,value2......)。其中，time,ID分别表示数据的采样时间及前端节点的ID，用一个或多个value值表示采样数据的数值。例如，某温度传感器型前端节点101每次采集的原始数据表示为一个(time,ID,Temp)三元数组，元素time,ID,Temp分别表示采样时间、前端设备ID及采样对象数值(温度值)，则该前端节点101所生成的原始数据序列表示为按采样时间顺序排列而成的若干个上述三元数组。

由于前端节点101类型和功能的多样性，使其所提供的原始数据序列表现出充分的多源异构性。首先，各个前端节点101所生成的原始数据一般都会包括采样时间，但其采样对象数值则表现出相当大的差异，例如温度、湿度、酸碱度等采样对象可以用一个标量数值来代表，但光照、风力等采样对象可能需要用一组数值才能够表示；而对于图像传感器，可能要采用数字压缩协议下的编码数据加以表示。其次，视实际需求不同，各个前端节点101的原始数据采样周期差异很大，例如对于温度、湿度、风力等数据需要比较大的采样密度，而对于墒情、酸碱度可以以天甚至周为时间单位进行采样，有些数据的采样可能是由异常事件所触发的，例如图像传感器只在被触发的情况下进行画面拍摄，而无需时时加以拍摄；相应地，各种原始数据的有效生命周期的持续时长也完全不同。第三，不同类型的原始数据与目标植物在时间、空间上的关联性表现复杂多样的态势。例如，通过局部区域内的土壤墒情传感器提供的数据，就可以获得目标植物周边土壤环境情况，但对于目标植物所处环境的飞虫密度，可能需要取得更大空间范围内相关设施采样的数据才有分析意义。

前端节点101除了配置RFID标签以外，还具有无线数据传输能力，以便向系统上传其采集或生成的原始数据序列。无线数据传输可以基于ZigBee等低成本并适合大范围配置的通讯协议，在此不再详述。前端节点101对原始数据的上传一般按照特定周期进行间隔性传输，而不需要在基于数据分析和条件判断的前提下进行触发式上传，这样会导致前端节点101的无线通信比较密集，但可以保证数据的实时性，并且使得前端节点101自身不必要设置数字处理芯片，节约了硬件成本，能够满足大范围且高密度应用于种植业的要求。

中间数据集成节点102配置RFID读取器，读取有效范围之内的前端节点101的RFID标签中的标识符，并且中间数据集成节点102通过上述无线数据传输获得这些前端节点101上传的原始数据序列。中间数据集成节点102从获得的原始数据序列中提取表示该原始数据的来源节点的标识符ID，与其所读取的RFID标签中的标识符进行比较，在匹配的情况下，将该原始数据纳入本中间数据集成节点102的管理范围，否则即丢弃所述原始数据。这样弥合了RFID技术与无线数据传输有径通信半径不一致的问题，保证了基于RFID保存和管理目标植物相关数据。当然，也存在同一个前端节点101处于两个甚至多个中间数据集成节点102共同的RFID读取有效范围之内的情况。这时候可以采用人工设置的方式确定该前端设备101的归属。

中间数据集成节点102的关键功能是作为中间层对由前端节点101提供的原始数据序列进行接收、分析、转换、存储和提取，其核心包括以下两方面：一方面是将上述多源异构的原始数据序列组织到统一的数据结构当中，该数据结构以目标植物为描述对象，与目标植物相关的原始数据序列以属性的形式保存于该数据结构当中；另一方面是从海量的原始数据中提取和上传关键性数据，过滤冗余数据，降低了后续的数据分析、查询和处理的规模和难度。

上面已经介绍了各前端节点101所输出的原始数据序列的结构。中间数据集成节点102对于接收到的属于自身管理范围的原始数据序列，以图2所示的子模块加以处理。

首先，将中间数据集成节点102所对应的各个前端节点101提供的原始数据序列暂存于相应的原始数据暂存队列102A当中，每个前端节点101可以对应一个原始数据暂存队列，视各个前端节点101采样和输出数据的频率和数据量不同，可以为之设置不同数据容量的原始数据暂存队列，例如，温度传感器设定每1分钟采样一次并上传原始数据，则其原始数据序列的数据量增长是比较快的，需要相应地具有较大数据容量的原始数据暂存队列。根据实际需要，也可以使多个前端节点101共同对应一个原始数据暂存队列，或者使同一类型的前端节点101共用一个原始数据暂存队列。

上文所述，原始数据序列中的数据是密集和海量的，因此关键数据提取单元102B对原始数据暂存队列中的原始数据序列进行提取精简，过滤冗余数据。鉴于原始数据的多源性，可以采用多种不同的算法实现提取。例如，被测的酸碱度值在较短的时间周期上基本上属于一个恒定量值，但由于测量的波动因素可能使得每次的采样值分布在恒定量值上下的预定范围之内；因此对于反映酸碱度的原始数据，可以计算一定时间周期内的平均值，进而比较原始数据序列中若干个连续时间点上的采样值value相对该平均值的差值变化大小，当这一变化持续超出阈值时则将反映酸碱度的原始数据作为关键数据加以提取，这表明采样地区的土地酸碱度短时间内发生了比较显著的变化；否则将其作为冗余数据加以排除。又例如，对于温度、湿度等采样密度很高且一般呈渐变趋势的原始数据，可以提取每24小时内若干个固定时间点的数据作为关键数据，或者是计算一定时间长度上的平均值作为关键数据。可见，通过关键数据提取单元102B的作用，可以显著地减少后续阶段的数据量，但同时基本保留了前端节点101所提供的关键性的信息。由于中间数据集成节点102在系统中是偏底层的设备，每个所对应的前端节点101的数量是比较有限的，导致其通讯和数据处理的负荷总体上看比较低，因此通过将关键数据提取这一步骤分散于中间数据集成节点102完成，可以保证其比较快速高效的完成，并且对中间数据集成节点102自身硬件成本要求也比较低。

数据封装单元102C建立针对本中间数据集成节点102所属区域范围内的目标植物的描述性数据结构，并且接收由关键数据提取单元102B所提取的关键数据，将关键数据作为属性数组封装在该描述性数据结构当中。通过统一数据结构，消除了不同类型的原始数据自身存在的异构性，为后续的数据处理和查询提供了支撑。

图3详细示出了本发明所建立的描述性数据结构，包括索引表单INDEXTABLE和若干属性表单PROPERTY TABLE。索引表单INDEX TABLE分为表头单元和负荷单元。表头单元中存储与本中间数据集成节点102以及该中间数据集成节点102对应的种植区域相关的基本信息，包括：中间数据集成节点102的标识编码，对应种植区域的标识编码、地理坐标、面积等基本信息，该中间数据集成节点102所对应的各前端节点101的ID、分布位置、节点类型等节点基本信息。索引表单INDEX TABLE的负荷单元中保存了各个属性表单PROPERTY TABLE的标识符,并且以各个属性表单PROPERTY TABLE的标识符为索引建立表单项目,每个表单项目中对应保存指向本属性表单PROPERTY TABLE的链接值，可以通过链接值访问该属性表单。每个表单项目中还保存本属性表单PROPERTY TABLE所提供的属性数组的类型列表。可见，索引表单INDEX本身不存储包括关键数据在内的任何属性数组的数值，而是提供指向各个属性表单PROPERTY TABLE的链接值，可以通过链接值访问各个属性表单从而获得属性表单中存储的属性数组。这样，基于所提取的关键数据而对描述性数据结构中的数值进行更新的时候，只需要更新对应的属性表单，而使索引表单INDEX TABLE基本上保持不变。

属性表单PROPERTY TABLE中以属性数组为单位来组织和保存数据。本发明中对各属性数组的数据格式进行了统一化的定义，从而通过将所述关键数据赋值给具有统一数据格式的属性数组，可以消除关键数据本身的异构性所带来的不便。为属性数组所定义的数据格式可以包括属性数组自身的标识符，以及多维的属性参数值，所述属性参数值可包括本属性数组的类型值(如温度、湿度、土壤墒情、光照、酸碱度、风力、飞虫分布密度)，本属性数组的至少一个描述参数值(例如，对于温度而言，通过描述参数值定义该温度为24小时平均温度、24小时最高温度、24小时最低温度等)，与属性数组关联的前端节点的ID值或ID值列表(例如，某一地域范围的平均酸碱度值是由空间分布的多个传感器的采样值平均获得的，则保存该平均酸碱度值的属性数组相关联的是上述多个传感器的ID值列表)，时间参数值(如采样时间点、平均值的采样时间段、有效时间等)以及关键数据的value值本身。可见，在属性表单PROPERTY TABLE中，基于构成属性数组的多元数组，以统一的数据格式完整描述关键数据，从而消除了关键数据自身的异构性。而且，属性数组的赋值不仅仅是基于对来自某一个前端节点的关键数据的简单记录，还包括了对来自若干前端节点的数据进行整合运算，以及对单一或多个前端节点所提供的一定时间跨度上的关键数据进行整合运算，从而更好地反映了植物数据在时间和空间维度上的特征和变化规律。

属性表单PROPERTY TABLE中除了基于关键数据而赋值的属性数组之外，还可以定义其它属性数组，从而对中间数据集成节点102所对应区域的植物数据进行描述和存储。例如，可以建立表示该区域种植植物种类、种植密度、播种时间等数据的属性数组，并对该属性数组进行人工赋值。

一个属性表单PROPERTY TABLE中可以包含多个属性数组。本发明中将属性表单PROPERTY TABLE分为准静态属性表单和动态属性表单。以上两种类型的属性表单的主要区别在于表单中的属性数组的更新频率。准静态属性表单中所设置的属性数组的类型属于常量或者具有较低更新频率的类型，例如表示某区域种植植物种类、土壤酸碱度值等；动态属性表单中设置的属性数组具有较高的更新频率，例如表示温度、湿度、风速等类型的属性数组。基于准静态属性表单和动态属性表单的区分，所述中间数据集成节点102可以创建不同的线程来管理和操作以上两类属性表单，并为线程分配不同程度的资源，并且采用不同的算法。例如，对于数据的更新和调用更加频繁的动态属性表单，可以为针对该表单的线程分配更多的计算资源和临时存储资源，并且在更新算法上可以采用差量更新和调用的算法，即每次只涉及对变化的数据进行读写操作。

数据接口单元102D面对系统的上层，提供针对由前端设备采集的关键数据等植物数据的查询和调用。本发明已经将海量的、多源异构的原始数据简化并且组织为统一的描述性数据结构，形成了索引表单INDEX TABLE和若干属性表单PROPERTY TABLE体系，从而弥合了底层数据结构的差异性，并且针对不同类型的数据在时间分布上严重不均匀的特性，建立了准静态和动态两类数据处理机制。因此，数据接口单元102D可以向上层提供结构化查询索引和指令，使上层可以利用统一的指令实现对各类型数据的查询和调用，并且基于这些指令所启动的线程具有均衡和稳定的性能。具体来说，系统的上层所下达的查询和调用指令被数据接口单元102D解析并从中提取查询涉及的关键字，例如数据接口单元102D从上层下达的查询指令中解析出24小时平均温度的关键字，进而该数据接口单元102D访问索引表单INDEX TABLE中的表单项目，获得存储了24小时平均温度的属性表单的链接。数据接口单元102D针对该属性表单发起相应的查询线程，分配相应的资源，这样从属性表单中查询取得表示24小时平均温度的属性数组，并且向上层反馈该属性数组中包含的value值及其它相关信息。

本发明所述系统的上层是数据管理中枢单元103。该单元的作用包括：向所述中间数据集成节点102下达数据查询和调用指令，并且接收中间数据集成节点102的反馈结果；实现与系统用户的交互功能，响应系统用户的命令；计算及存储全局性数据；以及响应事件触发。数据管理中枢单元103具体结构如图4所示，包括查询接口单元103A、数据处理单元103B、用户接口单元103C以及全局数据存储单元103D。

所述查询接口单元103A是与各个中间数据集成节点102进行指令和数据交互的接口，所述查询接口单元103A中包括查询关系表，查询关系表中为每个中间数据集成节点102建立了相应的节点信息项，每个节点信息项中记录了中间数据集成节点102相关的基本信息，例如中间数据集成节点的标识编码，该节点所对应的种植区域的标识编码、区域位置坐标等等。节点信息项中还包括了中间数据集成节点102的数据接口单元102D所支持的查询指令集以及所提供的结构化查询索引集，从而查询接口单元103A可调用上述查询指令，向对应的中间数据集成节点102的数据接口单元102D发起对所述结构化查询索引的查询，并且接收由数据接口单元102D以结构化查询索引为关键字而返回的数据结果。查询接口单元103A支持的查询方式包括定时轮询以及触发式查询；定时轮询是该单元按照顺序周期性地依次向各个中间数据集成节点102发出查询指令，从而获得包含在其属性数组当中的某一特定类型或者某几种特定类型的关键数据，从而对某些植物数据中的某一类或某几类指标进行持续性地监测；而触发式查询则是响应用户通过用户接口单元103C输入的查询需求或者由特殊事件所触发的查询需求，而由查询接口单元103A向中间数据集成节点102发出针对性的查询指令，例如针对某一特定中间数据集成节点102的某一特定类型的关键数据进行查询。

数据处理单元103B从所述查询接口单元103A获得关键数据，并且对关键数据进行统计整合运算，生成反馈给所述用户接口单元103C的查询结果。数据处理单元103B还负责在上述统计整合运算基础之上，生成反映整体状况的全局性植物数据，将其存入全局数据存储单元103D。全局数据存储单元103D所保存的全局性植物数据对宏观分析和整体监控具有重要的作用。

本发明所述的事件触发机制是由中间数据集成节点102和数据管理中枢单元103共同作用形成的。当所述中间数据集成节点102确定预定类型的关键数据的变化量超过触发阈值时，则向数据管理中枢单元103发送触发消息，所述数据管理中枢单元103响应该触发消息，通过所述查询接口单元103A查询调取相关的关键数据，以便开展进一步的响应和分析。

可见，本发明将应用于种植业的植物数据管理系统所关注的重点由前端的数据采集转移到后台的数据管理，针对该系统的数据表现出的海量、多源异构以及在时空维度上具有复杂分布及相互关联性的特点，采用了关键数据提取、建立统一的结构化数据结构，将原始数据整合为描述性的属性数组以及通过分立的线程建立不同处理机制等手段，实现了完善且易用的数据结构，具有适应性强的数据管理体系和机制。本系统能够在大数据量采集的基础之上，提供多样的查询、分析功能，能够保证数据处理的实时性，可以满足高水平信息化的植物管理的要求，特别是对于种植业的规模化生产具有突出的实际意义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，包括：

配置RFID标签的前端节点,用于采集和生成针对目标植物的原始数据序列，并且通过无线数据传输将所述原始数据序列周期性地上传；并且，所配置的RFID标签中存储了用于标识该前端节点所对应的目标植物的标识符；

配置RFID读取器的中间数据集成节点，通过所述RFID读取器读取有效范围之内的前端节点配置的所述RFID标签中的标识符，并且通过所述无线数据传输接收前端节点上传的原始数据序列；所述中间数据集成节点用于从所述原始数据序列当中提取关键数据，并且以属性的形式将所述关键数据保存于以目标植物为描述对象的描述性统一数据结构；所述中间数据集成节点基于所述统一数据结构提供结构化查询索引和指令；

数据管理中枢单元，用于调用所述结构化查询索引和指令而从所述中间数据集成节点获得反馈结果；所述数据管理中枢单元根据反馈结果计算并存储全局性数据。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述中间数据集成节点包括：

原始数据暂存队列，用于暂存至少一个前端节点所提供的原始数据序列；

关键数据提取单元，用于按照预定算法从所述原始数据序列中选取或者计算关键数据；

数据封装单元，用于将所述关键数据作为属性数组封装在所述描述性统一数据结构当中；

数据接口单元，用于提供所述结构化查询索引和查询指令，并且响应并解析数据管理中枢单元下达的查询指令，在所述描述性统一数据结构当中进行查询，反馈查询结果。

3.根据权利要求2所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述描述性统一数据结构包括一个索引表单和至少一个属性表单，在所述索引表单中保存所述属性表单的标识符，并且以所述属性表单的标识符为索引建立表单项目，每个表单项目中对应保存指向属性表单的链接值，通过所述链接值访问所述属性表单；每个表单项目中还保存所述属性表单所提供的属性数组的类型列表；所述属性表单中以属性数组为单位保存所述关键数据，所述属性数组具有统一的数据格式；所述属性数组的数据格式包括属性数组自身的标识符，以及多维的属性参数值，基于所述关键数据对所述属性参数值进行赋值。

4.根据权利要求3所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述属性参数值包括：属性数据的类型值、属性数组的至少一个描述参数值、与属性数组相关联的前端节点的ID值或ID值列表、时间参数值以及关键数据数值。

5.根据权利要求4所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述属性表单还包括用于描述和存储所述中间数据集成节点对应区域的植物数据的属性数组，并对该属性数组进行人工赋值。

6.根据权利要求5所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述属性表单包括准静态属性表单和动态属性表单；所述准静态属性表单中所设置的属性数组的类型属于常量或者具有低更新频率的类型；所述动态属性表单中设置的属性数组的类型属于高更新频率的类型。

7.根据权利要求6所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述数据接口单元创建不同的线程来管理和操作准静态属性表单和动态属性表单，并为线程分配不同程度的资源和采用不同的算法，其中为针对所述动态属性表单的线程分配更多的计算资源和临时存储资源，并且应用差量更新算法。

8.根据权利要求7所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述数据管理中枢单元包括：

查询接口单元，用于与所述中间数据集成节点进行指令和数据交互；所述查询接口单元调用所述查询指令，向所述中间数据集成节点的数据接口单元发起对结构化查询索引的查询，并且接收所述中间数据集成节点的数据接口单元以结构化查询索引为关键字而返回的数据结果；

数据处理单元，用于从所述查询接口单元获得查询返回的所述数据结果，并且通过运算生成反馈给用户的查询结果以及全局性植物数据；

用户接口单元，用于供用户输入查询需求，并且向用户反馈所述查询结果；

全局数据存储单元，用于保存所述全局性植物数据。

9.根据权利要求8所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述查询接口单元包括查询关系表，所述查询关系表中记录了所述中间数据集成节点的数据接口单元支持的查询指令集以及结构化查询索引集。

10.根据权利要求9所述的基于RFID的植物数据综合管理系统，其特征在于，所述查询接口单元支持定时轮询以及触发式查询；所述定时轮询是按照顺序周期性地向所述中间数据集成节点发出查询指令，从而获得包含在中间数据集成节点的属性数组当中的至少一种特定类型的所述数据结果；所述触发式查询是响应用户输入的查询需求或者由特殊事件所触发的查询需求，向中间数据集成节点发出相应的查询指令。