CN105737897B - 一种分布式大田气象远程数据监测系统 - Google Patents

一种分布式大田气象远程数据监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分布式大田气象远程数据监测系统。多个分布式大田气象监测远方终端通过通信模块与mServer数据中心服务器连接，mServer数据中心服务器与气象监测中心主机相连；所述分布式大田气象监测远方终端包括数据采集模块、数据存储转换模块、身份识别系统和报警器。本发明利用通信网络建立多个分布式大田气象监测远方终端与气象监测中心主机之间的通信，利用现成的通信网络，实现对大田环境及时监测、及时预警，信息稳定、可靠、快速、实时。本发明能够对分布式大田气象监测远方终端的身份识别，实现集成管理，提供对分布式大田气象监测远方终端的预警和决策，同时实现不同分布式大田气象监测远方终端之间的数据与智慧共享。

Description

一种分布式大田气象远程数据监测系统
技术领域
本发明属于农业气象监测系统技术领域，特别涉及一种分布式大田气象远程数据监测系统。
背景技术
大田农业气象环境监测是指针对大田种植农业的气候环境，利用现代科学技术对大田空气温湿度、光照强度、降雨降雪、风速风向等环境因子进行全方位监测，以利于提高对恶劣气候以及灾害性气候预警效率，从而投入有效的举措确保大田农业种植的丰收。为实现对较大区域的覆盖，现有的气象监测系统往往由许多监测节点组成。这些监测节点形式多样，有的是功能完善、包含大量气象要素的专业自动气象站，也可以是结构简易、由少量所需要素传感器形成的嵌入式设备。但这些气象监测系统与监测节点往往相对孤立，没有实现统一管理，预警的专家库标准也比较单一，没有集合多系统专家智慧。
对于现有的大田气象监测系统，主要有两个问题有待改进。一是监测系统的数据共享、发布。传统的气象监测系统中，很多属于局域网内部使用方式，数据库和智慧库均未实现共享；气象数据并不属于涉密数据，若每个气象监测系统都能将自己的数据公开，提供给有需要的用户查询，将会对人们的生活或者生产等方面带来极大的方便。二是监测系统的身份表征没有统一的标准，难以实现集成管理。
随着科学技术的发展和社会发展的需求，国际上对气象要素的自动采集和气象数据的自动存储、数据处理、数据的实时传输提出了更高的要求，气象仪器的智能化和网络化成为必然。因此这种分布式大田气象远程数据监测系统的研制具有广阔的市场。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种物联网大田气象数据监测系统。
一种分布式大田气象远程数据监测系统，多个分布式大田气象监测远方终端10通过通信模块6与mServer数据中心服务器8连接，mServer数据中心服务器8与气象监测中心主机9相连；
所述分布式大田气象监测远方终端10包括数据采集模块4、数据存储转换模块7、身份识别系统5和报警器3；
所述数据采集模块4包括传感器集群1与影像采集装置2，用于测量大田环境信息数据；所述传感器集群1包括：
1)温度传感器，用于测量大田气象温度数据；
2)湿度传感器，用于测量大田气象湿度数据；
3)风向传感器，用于测量大田气象风向数据；
4)风速传感器，用于测量大田气象风速数据；
5)雨量传感器，用于测量大田气象降雨量数据；
所述影像采集装置2用于对大田气象环境和大田作物进行视频、图像实时采集；
所述数据采集模块4与数据存储转换模块7连接，所述数据存储转换模块7用于将数据采集模块4采集的信息进行本地存储以及数据转换；其包括：
1)时钟，用于设置每次测量并记录数据的时间；
2)存储器，用于存放操作系统、任务程序、参数和计算程序，并能适应软件升级的需要，以及按照气象监测中心主机9设置的通信周期与气象监测中心主机9进行通讯；
3)数据转换模块，用于将各传感器与影像采集装置2采集的各种模拟信号和数字信号进行处理，形成统一规格的信号，通过交换口端输出；
分布式大田气象监测远方终端10的各网络和各节点分别连接至身份识别系统5，身份识别系统5用于将分布式大田气象监测远方终端10的idinfo数据结构与气象数据一起传输到气象监测中心主机9，实现将分布式大田气象监测远方终端10的身份信息与气象数据一起传输到气象监测中心主机9，完成对分布式大田气象监测远方终端10的身份识别，以实现对不同监测网络和节点的区分；
报警器3用于数据采集节点掉线时的本地报警；
所述数据存储转换模块7、身份识别系统5和报警器3分别连接至通信模块6，通信模块6用于实现分布式大田气象监测远方终端10与mServer数据中心服务器8和气象监测中心主机9之间的信息传输，同时接收来自气象监测中心主机10的命令及数据采集模块4的反馈；
所述气象监测中心主机9内安装有DCC(Data Center Client，用户数据服务器)，其通过DCC接口连接到mServer数据中心服务器8，DCC和mServer之间采用C/S模式；所述DCC内设置有数据库11、专家知识库12、解释器13、推理机14和人机接口15，专家知识库12内存储有大田气象领域的专业知识；推理机14提供大田预警信息及决策的推理策略，推理机14依据专家知识库12内的知识进行推理为用户提供问题的答案或解决方案，推理机14根据身份识别系统5识别的分布式大田气象监测远方终端10身份，将预警信息和应对预警的解决方案信息以短信的形式发送给种植负责人；由解释器13为用户提供一定的解释，方便其理解问题的求解过程，以及答案和解决方案的具体实用意义；数据库11用于存储从分布式大田气象监测远方终端10传递过来的数据以及推理过程中所需的各类数据；人机接口15是用户与系统进行对话的接口或界面，是用户用于数据输入和结果输出的窗口。
优选地，所述通信模块6为无线通讯。
进一步优选地，所述通信模块6为GPRS通信模块。
所述idinfo数据结构包含网络或节点的身份信息；所述身份信息包括如下要素：监测网络或节点所属机构信息、国家代码信息、经度信息、纬度信息、节点名称代号、负责人名字、负责人联系方式、具体的地理信息描述、对各节点的信息描述。
上述一种分布式大田气象远程数据监测系统的监测方法，包括如下步骤：
(1)设定大田气象各传感器的监测间隔时间，设定累加器越界最大次数；
(2)气象监测中心主机9读取总线设备，若通信正常则发出同步命令，请求目标设备，若通信不正常则重新读取总线设备；
(3)确保准备就绪后，气象监测中心主机9通过通信模块6获取对应分布式大田气象监测远方终端10的气象数据，包括温度、湿度、风向、风速和雨量值在内的气象数据和视频图像，同时将数据存储在mServer数据中心服务器8中；
(4)气象监测中心主机9获取气象数据后调用专家知识库12并与之比对，判断其是否正常，如参数判断为不正常，则继续判断对应传感器采集节点是否发生掉线；
(5)如判断为传感器采集节点掉线，气象监测中心主机9发送指令给该分布式大田气象监测远方终端10的报警器3使之报警，提醒工作人员查看；如判断为传感器采集节点未发生掉线，则由累加器累计该参数超过设定阈值的次数，如果连续超过阈值即越界的次数超出设定的越界最大次数，则气象监测中心主机9识别该分布式大田气象监测远方终端10身份并将预警信息以短信的形式发送给种植负责人，并将应对预警的决策信息以短信的形式发送给种植负责人；操作完成后累加器清零。
本发明的有益效果为：
①利用通信网络建立多个分布式大田气象监测远方终端与气象监测中心主机之间的通信，不仅可以利用现成的通信网络，而且投资费用比较低，传送的信息稳定、可靠、快速、实时，实现对大田环境及时监测、及时预警。②能够实现不同分布式大田气象监测远方终端之间的数据与智慧共享。③对分布式大田气象监测远方终端的身份识别，实现集成管理，提供对分布式大田气象监测远方终端的预警和决策。
附图说明
图1为一种分布式大田气象远程数据监测系统的结构图；
图2为分布式大田气象监测远方终端的结构图；
图3为DCC模块结构图；
图4为一种分布式大田气象远程数据监测方法的流程图。
标号说明：1-传感器集群，2-影像采集装置，3-报警器，4-数据采集模块，5-身份识别系统，6-通信模块，7-数据存储转换模块，8-mServer数据中心服务器，9-气象监测中心主机，10-分布式大田气象监测远方终端，11-数据库，12-专家知识库，13-解释器，14-推理机，15-人机接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示一种分布式大田气象远程数据监测系统，多个分布式大田气象监测远方终端10通过通信模块6与mServer数据中心服务器8连接，mServer数据中心服务器8与气象监测中心主机9相连；所述通信模块6为GPRS通信模块。
如图2所示，所述分布式大田气象监测远方终端10包括数据采集模块4、数据存储转换模块7、身份识别系统5、报警器3和供电系统。
所述数据采集模块4包括传感器集群1与影像采集装置2，用于测量大田环境信息数据；所述传感器集群1包括：
1)温度传感器，用于测量大田气象温度数据；
2)湿度传感器，用于测量大田气象湿度数据；
3)风向传感器，用于测量大田气象风向数据；
4)风速传感器，用于测量大田气象风速数据；
5)雨量传感器，用于测量大田气象降雨量数据；
所述影像采集装置2用于对大田气象环境和大田作物进行视频、图像实时采集；影像采集装置2采用H.264室内外一体化网络高速球型摄像机，增强了系统的可靠性，便于安装和维护。摄像头内部自带存储单元，能够存储一定数量的图片数据，这一特性使其适合在无人值守的野外长时间运行，极大地提高了监测系统的稳定性和摄像功能的实用性。
所述数据采集模块4与数据存储转换模块7连接，所述数据存储转换模块7用于将数据采集模块4采集的信息进行本地存储以及数据转换；其包括：
1)时钟，用于设置每次测量并记录数据的时间；
2)存储器，用于存放操作系统、任务程序、参数和计算程序，并能适应软件升级的需要，以及按照气象监测中心主机9设置的通信周期与气象监测中心主机9进行通讯；
3)数据转换模块，用于将各传感器与影像采集装置2采集的各种模拟信号和数字信号进行处理，形成统一规格的信号，通过交换口端输出。
分布式大田气象监测远方终端10的各网络和各节点分别连接至身份识别系统5，身份识别系统5用于将分布式大田气象监测远方终端10的idinfo数据结构与气象数据一起传输到气象监测中心主机9，其中idinfo数据结构包含网络或节点的身份信息，包括：监测网络或节点所属机构信息、国家代码信息、经度信息、纬度信息、节点名称代号、负责人名字、负责人联系方式、具体的地理信息描述、对各节点的信息描述；身份信息中最重要的是地理位置信息，地理位置信息服务(LBS)通过在分布式大田气象监测远方终端10安装GPS定位系统以实现位置信息的获取；从而实现将分布式大田气象监测远方终端10的身份信息与气象数据一起传输到气象监测中心主机9，完成对分布式大田气象监测远方终端10的身份识别，以实现对不同监测网络和节点的区分。
报警器3用于数据采集节点掉线时的本地报警。
所述数据存储转换模块7、身份识别系统5和报警器3分别通过GPRS无线网络实现与mServer数据中心服务器8的通信功能，实现分布式大田气象监测远方终端10与mServer数据中心服务器8和气象监测中心主机9之间的信息传输，GPRS无线网络同时接收来自气象监测中心主机10的命令及数据采集模块4的反馈。GPRS无线网络的组网方案采用公网组网方式，充分发挥其通信速度快、通信质量稳定、系统建设投资小、实时性和安全性较好的特点；
所述供电系统采用12V铅蓄电池，12V蓄电池采用市电供电配以太阳能系统供电，为各个模块供电。
所述气象监测中心主机9内安装有DCC，其通过DCC接口连接到mServer数据中心服务器8，DCC和mServer之间采用C/S模式，一个mServer可以同时与多个DCC通信，分布式大田气象监测远方终端10通过UDP、TCP、ETCP三种方式和mServer数据中心服务器8相连，DCC则通过TCP方式和mServer相连，mServer数据中心服务器8可以接受多达1000台分布式大田气象监测远方终端10同时连入和1000个DCC同时连入，使得多个气象监测中心主机9均可实现对不同地理位置的大田气象数据的监测查询，共同完善专家知识库12及预警机制，实现了大田监测系统之间的数据共享。如图3所示，所述DCC内设置有数据库11、专家知识库12、解释器13、推理机14和人机接口15，专家知识库12内存储有大田气象领域的专业知识，包括种植方案专家知识库、农业气候专家知识库和病虫害专家知识库；推理机14提供大田预警信息及决策的推理策略，专家知识库12是推理机14工作的知识基础，推理机14依据专家知识库12内的知识进行推理为用户提供问题的答案或解决方案，推理机14根据身份识别系统5识别的分布式大田气象监测远方终端10身份，将预警信息和应对预警的解决方案信息以短信的形式发送给种植负责人；由解释器13为用户提供一定的解释，方便其理解问题的求解过程，以及答案和解决方案的具体实用意义；数据库11用于存储从分布式大田气象监测远方终端10传递过来的数据以及推理过程中所需的各类数据；人机接口15是用户与系统进行对话的接口或界面，是用户用于数据输入和结果输出的窗口，位于气象监测中心主机9的用户可录入种植信息、种植方案等大田作物信息，还可以查询各个分布式大田气象监测远方终端10的历史数据和图像，还能通过自身理论、经验完善专家知识库12，并让不同气象监测中心主机9的用户共享。
上述一种分布式大田气象远程数据监测系统的监测方法，如图4所示，包括如下步骤：
(1)设定大田气象各传感器的监测间隔时间，设定累加器越界最大次数；
(2)气象监测中心主机9读取总线设备，若通信正常则发出同步命令，请求目标设备，若通信不正常则重新读取总线设备；
(3)确保准备就绪后，气象监测中心主机9通过通信模块6获取对应分布式大田气象监测远方终端10的气象数据，包括温度、湿度、风向、风速和雨量值在内的气象数据和视频图像，同时将数据存储在mServer数据中心服务器8中；
(4)气象监测中心主机9获取气象数据后调用专家知识库12并与之比对，判断其是否正常，如参数判断为不正常，则继续判断对应传感器采集节点是否发生掉线；
(5)如判断为传感器采集节点掉线，气象监测中心主机9发送指令给该分布式大田气象监测远方终端10的报警器3使之报警，提醒工作人员查看；如判断为传感器采集节点未发生掉线，则由累加器累计该参数超过设定阈值的次数，如果连续超过阈值即越界的次数超出设定的越界最大次数，则气象监测中心主机9识别该分布式大田气象监测远方终端10身份并将预警信息以短信的形式发送给种植负责人，并将应对预警的决策信息以短信的形式发送给种植负责人；操作完成后累加器清零。

Claims (5)

1.一种分布式大田气象远程数据监测系统，其特征在于，多个分布式大田气象监测远方终端(10)通过通信模块(6)与mServer数据中心服务器(8)连接，mServer数据中心服务器(8)与气象监测中心主机(9)相连；
所述分布式大田气象监测远方终端(10)包括数据采集模块(4)、数据存储转换模块(7)、身份识别系统(5)和报警器(3)；
所述数据采集模块(4)包括传感器集群(1)与影像采集装置(2)，用于测量大田环境信息数据；所述传感器集群(1)包括：
1)温度传感器，用于测量大田气象温度数据；
2)湿度传感器，用于测量大田气象湿度数据；
3)风向传感器，用于测量大田气象风向数据；
4)风速传感器，用于测量大田气象风速数据；
5)雨量传感器，用于测量大田气象降雨量数据；
所述影像采集装置(2)用于对大田气象环境和大田作物进行视频、图像实时采集；
所述数据采集模块(4)与数据存储转换模块(7)连接，所述数据存储转换模块(7)用于将数据采集模块(4)采集的信息进行本地存储以及数据转换；其包括：
1)时钟，用于设置每次测量并记录数据的时间；
2)存储器，用于存放操作系统、任务程序、参数和计算程序，并能适应软件升级的需要，以及按照气象监测中心主机(9)设置的通信周期与气象监测中心主机(9)进行通讯；
3)数据转换模块，用于将各传感器与影像采集装置(2)采集的各种模拟信号和数字信号进行处理，形成统一规格的信号，通过交换口端输出；
分布式大田气象监测远方终端(10)的各网络和各节点分别连接至身份识别系统(5)，身份识别系统(5)用于将分布式大田气象监测远方终端(10)的idinfo数据结构与气象数据一起传输到气象监测中心主机(9)，实现将分布式大田气象监测远方终端(10)的身份信息与气象数据一起传输到气象监测中心主机(9)，完成对分布式大田气象监测远方终端(10)的身份识别，实现对不同监测网络和节点的区分；
报警器(3)用于数据采集节点掉线时的本地报警；
所述数据存储转换模块(7)、身份识别系统(5)和报警器(3)分别连接至通信模块(6)，通信模块(6)用于实现分布式大田气象监测远方终端(10)与mServer数据中心服务器(8)和气象监测中心主机(9)之间的信息传输，同时接收来自气象监测中心主机(9)的命令及数据采集模块(4)的反馈；
所述气象监测中心主机(9)内安装有DCC，其通过DCC接口连接到mServer数据中心服务器(8)，DCC和mServer之间采用C/S模式；所述DCC内设置有数据库(11)、专家知识库(12)、解释器(13)、推理机(14)和人机接口(15)，专家知识库(12)内存储有大田气象领域的专业知识；推理机(14)提供大田预警信息及决策的推理策略，推理机(14)依据专家知识库(12)内的知识进行推理为用户提供问题的答案或解决方案，推理机(14)根据身份识别系统(5)识别的分布式大田气象监测远方终端(10)身份，将预警信息和应对预警的解决方案信息以短信的形式发送给种植负责人；由解释器(13)为用户提供一定的解释，方便其理解问题的求解过程，以及答案和解决方案的具体实用意义；数据库(11)用于存储从分布式大田气象监测远方终端(10)传递过来的数据以及推理过程中所需的各类数据；人机接口(15)是用户与系统进行对话的接口或界面。
2.根据权利要求1所述一种分布式大田气象远程数据监测系统，其特征在于，所述通信模块(6)为无线通讯。
3.根据权利要求2所述一种分布式大田气象远程数据监测系统，其特征在于，所述通信模块(6)为GPRS通信模块。
4.根据权利要求1所述一种分布式大田气象远程数据监测系统，其特征在于，所述idinfo数据结构包含网络或节点的身份信息；所述身份信息包括如下要素：监测网络或节点所属机构信息、国家代码信息、经度信息、纬度信息、节点名称代号、负责人名字、负责人联系方式、具体的地理信息描述、对各节点的信息描述。
5.如权利要求1所述一种分布式大田气象远程数据监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设定大田气象各传感器的监测间隔时间，设定累加器越界最大次数；
(2)气象监测中心主机(9)读取总线设备，若通信正常则发出同步命令，请求目标设备，若通信不正常则重新读取总线设备；
(3)确保准备就绪后，气象监测中心主机(9)通过通信模块(6)获取对应分布式大田气象监测远方终端(10)的气象数据，包括温度、湿度、风向、风速和雨量值在内的气象数据和视频图像，同时将数据存储在mServer数据中心服务器(8)中；
(4)气象监测中心主机(9)获取气象数据后调用专家知识库(12)并与之比对，判断其是否正常，如参数判断为不正常，则继续判断对应数据采集节点是否发生掉线；
(5)如判断为数据采集节点掉线，气象监测中心主机(9)发送指令给该分布式大田气象监测远方终端(10)的报警器(3)使之报警，提醒工作人员查看；如判断为数据采集节点未发生掉线，则由累加器累计该参数超过设定阈值的次数，如果连续超过阈值即越界的次数超出设定的越界最大次数，则气象监测中心主机(9)识别该分布式大田气象监测远方终端(10)身份并将预警信息以短信的形式发送给种植负责人，并将应对预警的决策信息以短信的形式发送给种植负责人；操作完成后累加器清零。
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