CN107507096A - 一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机应用领域，尤其涉及一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其中采用数据库、服务器和应用端通过有线或无线网连接，数据库分为两个部分:基础属性数据库和空间数据库，服务器包括Web应用服务器和ArcGIS Server，Web应用服务器完成属性数据的处理、调用Arc GIS Server的组件来完成空间数据的查询、编辑和分析功能，通过ArcGIS Server网络发布平台为客户端提供服务。本发明的有益效果：利用大数据如地区常年平均有效降雨量、农作物不同生育阶段需水量及巡检员现场采集的水窖蓄水量对灌溉缺水量进行估算，可为水窖的规划、储水计划和水资源的合理利用提供科学的依据。
Description
技术领域
本发明属于计算机应用领域，尤其涉及一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统。
背景技术
大数据(Big Data)又称为巨量资料，指需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。
由于季节性干旱、大气环流异常等原因，使得部分地区已经连续多年发生严重干旱。为提高抗旱减灾能力投入了大量的人力、物力建设“，现有水利设施管理水平滞后，水利设施利用效益低，在很多地区小水窖并没有发挥好蓄水抗旱的作用。
因而在加强农田水利工程建设的同时，急需利用已有大量监测数据和现有水资源数据设计一种基于大数据的一种基于大数据的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，以提高水利设施和蓄水量的管理、监测水平，对于切实提高水资源的利用率，指导农业抗旱减灾具有重要的作用。
发明内容
为要解决的上述问题，本发明提供一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统。
本发明的技术方案：一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，包括采用数据库、网络服务器、应用端和数据采集系统设备四层结构，其特征在于所述采用数据库、所述服务器和所述应用端通过有线或无线网连接，所述数据采集系统设备与应用端连接，所述数据库分包括基础属性数据库和空间数据库，所述基础属性数据库采用SQL Server 管理基础属性数据，所述空间数据库采用ArcSDE管理空间数据，所述服务器包括Web应用服务器和ArcGIS Server，所述Web应用服务器接收Web客户端的请求，所述Web应用服务器完成属性数据的处理、调用Arc GIS Server的组件来完成空间数据的查询、编辑和分析功能，通过ArcGIS Server网络发布平台为客户端提供服务。
进一步地，所述应用端包括基础信息维护客户端、地图操作客户端、水窖规划管理客户端、数据统计分析客户端和系统管理客户端。
进一步地，所述数据采集系统设备与系统管理客户端连接，所述数据采集系统设备包括温度传感器、雨滴传感器、水质传感器。
进一步地，所述基础信息维护客户端包括地区基本信息维护单元、地区常年气象信息维护单元、作物基本信息维护单元、作物生长周期信息维护单元、作物系数信息维护单元、水窖基本信息维护单元、清除规划水窖单元；
所述地区基本信息维护单元，实现地区代码和地区名称等地区基本信息的增删改功能；
所述地区常年气象信息维护单元，实现地区代码、月份、最高气温、最低气温、平均气温、空气相对湿度、日照时间、风速、平均降雨量等信息的增删改及标准作物腾发量的计算功能；
作物基本信息维护单元，实现作物代码和作物名称的增删改功能；
作物生长周期信息维护单元，实现作物代码、地区代码、地区名称、生长周期的增删改功能；
作物系数信息维护单元，对种植区内每种作物每月的作物系数信息进行维护，实现地区代码、作物代码、月份、作物系数的增删改功能；
水窖基本信息维护对水窖基本信息进行维护，包括在水窖基本信息表中增加、删除农田灌溉水窖的基本信息，同时在水窖分布图层中增加、删除指定水窖点；
清除规划水窖单元，删除新增规划水窖图层中的水窖点。
进一步地，所述地图操作客户端包括加载地图单元、图层管理单元，选择量算单元和数据查询单元；
加载地图单元，可以先选择定位到区域，在加载资源图层；
图层管理单元，增加和移除图层；
选择量算单元，量算两点间的直线距离；
数据查询单元包括水窖基本属性查询子单元和田块基本属性查询子单元，实现按图查水窖、农田的基本属性和按属性查水窖、农田分布情况等功能
进一步地，所述数据统计分析客户端包括作物需水量分析单元、供需平衡分析单元、水窖历史蓄水量分析单元；
作物需水量分析单元，根据选择的种植作物和种植时间，计算区域内所有农田在每个种植时间段的需水量和作物整个生长周期的需水量，并把数据存储到属性数据库中；
供需平衡分析单元，根据该地区种植作物的灌溉需水量及本月水窖的蓄水量统计出该地区灌溉缺水量；
水窖历史蓄水量分析单元，根据用户选择的时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段的水窖蓄水量明细，并作出统计报表。
进一步地，所述系统管理客户端包括用户管理单元、巡检员管理单元、巡检区分配单元和人机交互单元，实现对用户、巡检员的增删改、巡检员巡检区域分配、人机交互的功能。
进一步地，所述水窖规划管理客户端，根据现有的农田及小水窖分布情况，规划新增水窖的位置。
进一步地，作物需水量分析单元采用参考作物法计算作物需水量ETC＝KCET0，式中ET0为标准作物腾发量。
进一步地，ET0采用Penman公式:
式中P0为海平面标准大气压，hpa；p为计算地点的实际气压，h Pa；Ea为干燥力；△为饱和水汽压－温度曲线上的斜率；Rn为净辐。
本发明有益效果是：系统设置合理，利用大数据如地区常年平均有效降雨量、农作物不同生育阶段需水量及巡检员现场采集的水窖蓄水量对灌溉缺水量进行估算，可为水窖的规划、储水计划和水资源的合理利用提供科学的依据，对提高水利设施和蓄水量的管理、监测水平，对于切实提高水资源的利用率，指导农业抗旱减灾具有重要的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种具体实施方式做出说明。
一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，包括采用数据库、服务器、应用端和数据采集系统设备四层结构，采用数据库、服务器和应用端通过有线或无线网连接，数据采集系统设备与应用端连接，数据库分为基础属性数据库和空间数据库，基础属性数据库采用SQL Server管理基础属性数据，空间数据库采用ArcSDE管理空间数据，服务器包括Web应用服务器和ArcGIS Server，Web应用服务器接收Web客户端的请求，Web应用服务器完成属性数据的处理、调用Arc GIS Server的组件来完成空间数据的查询、编辑和分析功能，通过ArcGIS Server网络发布平台为客户端提供服务。
应用端包括基础信息维护客户端、地图操作客户端、水窖规划管理客户端、数据统计分析客户端和系统管理客户端。
数据采集系统设备与系统管理客户端连接，数据采集系统设备包括温度传感器、雨滴传感器、水质传感器。
根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于基础信息维护客户端包括地区基本信息维护单元、地区常年气象信息维护单元、作物基本信息维护单元、作物生长周期信息维护单元、作物系数信息维护单元、水窖基本信息维护单元、清除规划水窖单元；
地区基本信息维护单元，实现地区代码和地区名称等地区基本信息的增删改功能；
地区常年气象信息维护单元，实现地区代码、月份、最高气温、最低气温、平均气温、空气相对湿度、日照时间、风速、平均降雨量等信息的增删改及标准作物腾发量的计算功能；
作物基本信息维护单元，实现作物代码和作物名称的增删改功能；
作物生长周期信息维护单元，实现作物代码、地区代码、地区名称、生长周期的增删改功能；
作物系数信息维护单元，对种植区内每种作物每月的作物系数信息进行维护，实现地区代码、作物代码、月份、作物系数的增删改功能；
水窖基本信息维护单元，对水窖基本信息进行维护，包括在水窖基本信息表中增加、删除农田灌溉水窖的基本信息，同时在水窖分布图层中增加、删除指定水窖点；
清除规划水窖单元，删除新增规划水窖图层中的水窖点。
地图操作客户端包括加载地图单元、图层管理单元，选择量算单元和数据查询单元；
加载地图单元，可以先选择定位到区域，在加载资源图层；
图层管理单元，增加和移除图层；
选择量算单元，量算两点间的直线距离；
数据查询单元包括水窖基本属性查询子单元和田块基本属性查询子单元，实现按图查水窖、农田的基本属性和按属性查水窖、农田分布情况等功能
数据统计分析客户端包括作物需水量分析单元、供需平衡分析单元、水窖历史蓄水量分析单元；
作物需水量分析单元，根据选择的种植作物和种植时间，计算区域内所有农田在每个种植时间段的需水量和作物整个生长周期的需水量，并把数据存储到属性数据库中；
供需平衡分析单元，根据该地区种植作物的灌溉需水量及本月水窖的蓄水量统计出该地区灌溉缺水量；
水窖历史蓄水量分析单元，根据用户选择的时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段的水窖蓄水量明细，并作出统计报表。
系统管理客户端包括用户管理单元、巡检员管理单元、巡检区分配单元和交互单元，实现对用户、巡检员的增删改、巡检员巡检区域分配、人机交互的功能。
水窖规划管理客户端，根据现有的农田及小水窖分布情况，规划新增水窖的位置。
作物需水量分析单元采用参考作物法计算作物需水量ETC＝KCET0，式中ET0为标准作物腾发量。
ET0采用Penman公式:
式中P0为海平面标准大气压，hpa；p为计算地点的实际气压，h Pa；Ea为干燥力；△为饱和水汽压－温度曲线上的斜率；Rn为净辐。
实施例1
一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，包括采用数据库、服务器、应用端和数据采集系统设备四层结构，采用数据库、服务器和应用端通过有线或无线网连接，数据库分为两个部分数据库分为两个部分:基础属性数据部分和空间数据部分，用SQL Server管理基础属性数据，用Ar SDE作为空间数据引擎来实现空间数据的管理，业务服务层获得客户端的请求，然后由服务器的程序完成属性数据的处理、调用Arc GIS Server的组件来完成空间数据的查询、编辑和分析功能，通过ArcGIS Server网络发布平台为客户端提供服务。
应用端包括基础信息维护客户端、地图操作客户端、水窖规划管理客户端、数据统计分析客户端和系统管理客户端，数据采集系统设备与系统管理客户端连接，数据采集系统设备包括温度传感器、雨滴传感器、水质传感器，温度传感器采用IC温度传感器，精度好，可靠性高；雨滴传感器设置在室外采用SSM-002雨滴传感器，雨滴传感器利用静电电容量变化进行雨量检测，对雨滴反应灵敏，输出信号不受灰尘影响，水质传感器采用水质传感器/水环保传感器/水处理传感器SXXXC系列三合一溶液PH值传感器产品优势：适用于市面流行的款式和台式仪表，耐用的环氧树脂外壳，浸湿运输，随时能用；凝胶灌装参考，单接头或双接头连接，量程0-14pH(Na+误差>12.3PH)，工作温度在0-70 度，响应速度快，一秒内达到>90％。传感器集数据采集和传输于一体，电池供电时间长，安装简便，成本低，实现数字信号采集、太阳能供电、无线传输等技术，应用于不方便布线的场合。
基础信息维护客户端包括地区基本信息维护单元、地区常年气象信息维护单元、作物基本信息维护单元、作物生长周期信息维护单元、作物系数信息维护单元、水窖基本信息维护单元、清除规划水窖单元；
地区基本信息维护单元，实现地区代码和地区名称等地区基本信息的增删改功能；地区常年气象信息维护单元，实现地区代码、月份、最高气温、最低气温、平均气温、空气相对湿度、日照时间、风速、平均降雨量等信息的增删改及标准作物腾发量的计算功能；作物基本信息维护单元，实现作物代码和作物名称的增删改功能；作物生长周期信息维护单元，实现作物代码、地区代码、地区名称、生长周期的增删改功能；作物系数信息维护单元，对种植区内每种作物每月的作物系数信息进行维护，实现地区代码、作物代码、月份、作物系数的增删改功能；水窖基本信息维护单元，对水窖基本信息进行维护，包括在水窖基本信息表中增加、删除农田灌溉水窖的基本信息，同时在水窖分布图层中增加、删除指定水窖点；清除规划水窖单元，删除新增规划水窖图层中的水窖点。
地图操作客户端包括加载地图单元、图层管理单元，选择量算单元和数据查询单元；加载地图单元，可以先选择定位到区域，在加载资源图层；图层管理单元，增加和移除图层；选择量算单元，量算两点间的直线距离；实现按图查水窖数据查询单元包括水窖基本属性查询子单元和田块基本属性查询子单元，实现按图查水窖、农田的基本属性和按属性查水窖、农田分布情况等功能
数据统计分析客户端包括作物需水量分析单元、供需平衡分析单元、水窖历史蓄水量分析单元；
作物需水量分析单元，根据选择的种植作物和种植时间，计算区域内所有农田在每个种植时间段的需水量和作物整个生长周期的需水量，并把数据存储到属性数据库中，目前作物需水量的计算方法大致有3类，分别是模系数法、直接计算法和参考作物法。对估算作物需水量的多种方法进行比较后认为，参考作物法具有较好的通用性和稳定性，估算精度较高，各地都可以使用。参考作物法计算需水量首先计算参考作物蒸发蒸腾量 ET0，然后利用作物系数KC修正，得到某种具体作物需水量，计算公式如下:作物需水量分析单元采用参考作物法计算作物需水量ETC＝KCET0。
式中ET0为标准作物腾发量。是计算农业作物需水量的核心因子，各个地区的标准作物腾发量由于其气候、土壤等因素的影响不同，使得各地区腾发量数据存在差异，研究表明，Penman-Monteith公式无论是用于逐日计算，还是用于估算月蒸发蒸腾量或整个生长季的蒸发蒸腾量，结果比使用少量气象数据的方法更为可靠参考作物阶段蒸发蒸腾量计算采用1979年FAO推荐采用的Penman公式:
式中P0为海平面标准大气压，hpa；p为计算地点的实际气压，h Pa；Ea为干燥力；△为饱和水汽压－温度曲线上的斜率；Rn为净辐。
供需平衡分析单元，根据该地区种植作物的灌溉需水量及本月水窖的蓄水量统计出该地区灌溉缺水量；水窖历史蓄水量分析单元，根据用户选择的时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段的水窖蓄水量明细，并作出统计报表。
系统管理客户端包括用户管理单元、巡检员管理单元、巡检区分配单元和人机交互单元，实现对用户、巡检员的增删改、巡检员巡检区域分配、人机交互的功能；数据采集系统设备与系统管理客户端的交互单元连接，数据采集系统设备包括温度传感器、雨滴传感器、水质传感器，温度传感器采用IC温度传感器，精度好，可靠性高；雨滴传感器设置在室外采用SSM-002雨滴传感器，雨滴传感器利用静电电容量变化进行雨量检测，对雨滴反应灵敏，输出信号不受灰尘影响，水质传感器采用水质传感器/水环保传感器/水处理传感器SXXXC系列三合一溶液PH值传感器产品优势：适用于市面流行的款式和台式仪表，耐用的环氧树脂外壳，浸湿运输，随时能用；凝胶灌装参考，单接头或双接头连接，量程0-14pH(Na+误差>12.3PH)，工作温度在0-70度，响应速度快，一秒内达到>90％。。传感器集数据采集和传输于一体，电池供电时间长，安装简便，成本低，实现数字信号采集、太阳能供电、无线传输等技术，应用于不方便布线的场合，实现人机交互。
水窖规划管理客户端，根据现有的农田及小水窖分布情况，规划新增水窖的位置。水窖规划管理客户端采用水窖规划选址空间分析建模，建模是基于地理对象的位置形态特征的空间数据分析，能够用来解决数据间的描述、关系、表达、预测、分析等问题，是GIS最具特色的内容，利用空间分析工具对现有水窖的服务范围进行分析，并依据选定规划区域内总移动路径最小原则对新增水窖进行选址，为水窖规划提供一定的参考。
在Visual studio 2008平台上，利用Arc GIS Server.NET ADF提供的组件，使用C#语言开发实现了基于大数据的农田灌溉集雨水窖管理信息系统，使用GPS实地调查采集并生农田灌溉水窖空间数据，运行系统的作物需水量分析和供需平衡分析功能，系统采用参考作物法计算农作物不同生育阶段的需水量，并结合常年平均有效降雨量来估算作物灌溉需水量，用空间分析建模为新增水窖进行规划，选址，利用PDA巡检系统上传的数据对水窖进行监测和管理，并将分析和统计结果通过Web GIS的地图、统计图可视化展现，从而为水资源管理和调控提供决策支持。并计算4月至8月的作物需水量计算结果研究结果相符。
与现有技术相比，系统设置合理，利用大数据如地区常年平均有效降雨量、农作物不同生育阶段需水量及巡检员现场采集的水窖蓄水量对灌溉缺水量进行估算，可为水窖的规划、储水计划和水资源的合理利用提供科学的依据，对提高水利设施和蓄水量的管理、监测水平，对于切实提高水资源的利用率，指导农业抗旱减灾具有重要的作用。
以上对本发明的一个实例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，包括采用数据库、服务器、应用端和数据采集系统设备四层结构，其特征在于所述采用数据库、所述服务器和所述应用端通过有线或无线网连接，所述数据采集系统设备与应用端连接,所述数据库包括基础属性数据库和空间数据库，所述基础属性数据库采用SQL Server管理基础属性数据，所述空间数据库采用ArcSDE管理空间数据，所述服务器包括Web应用服务器和ArcGIS Server，所述Web应用服务器接收Web客户端的请求，所述Web应用服务器完成属性数据的处理、调用Arc GISServer的组件来完成空间数据的查询、编辑和分析功能，通过ArcGIS Server网络发布平台为客户端提供服务。
2.根据权利要求1的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述应用端包括基础信息维护客户端、地图操作客户端、水窖规划管理客户端、数据统计分析客户端、系统管理客户端。
3.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述数据采集系统设备与系统管理客户端连接，所述数据采集系统设备包括温度传感器、雨滴传感器、水质传感器。
4.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述基础信息维护客户端包括地区基本信息维护单元、地区常年气象信息维护单元、作物基本信息维护单元、作物生长周期信息维护单元、作物系数信息维护单元、水窖基本信息维护单元、清除规划水窖单元；
所述地区基本信息维护单元，实现地区代码和地区名称等地区基本信息的增删改功能；
所述地区常年气象信息维护单元，实现地区代码、月份、最高气温、最低气温、平均气温、空气相对湿度、日照时间、风速、平均降雨量等信息的增删改及标准作物腾发量的计算功能；
所述作物基本信息维护单元，实现作物代码和作物名称的增删改功能；
所述作物生长周期信息维护单元，实现作物代码、地区代码、地区名称、生长周期的增删改功能；
所述作物系数信息维护单元，对种植区内每种作物每月的作物系数信息进行维护，实现地区代码、作物代码、月份、作物系数的增删改功能；
所述水窖基本信息维护单元，对水窖基本信息进行维护，包括在水窖基本信息表中增加、删除农田灌溉水窖的基本信息，同时在水窖分布图层中增加、删除指定水窖点；
所述清除规划水窖单元，删除新增规划水窖图层中的水窖点。
5.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述地图操作客户端包括加载地图单元、图层管理单元，选择量算单元和数据查询单元；
所述加载地图单元，可以先选择定位到区域，在加载资源图层；
所述图层管理单元，增加和移除图层；
所述选择量算单元，量算两点间的直线距离；
所述数据查询单元包括水窖基本属性查询子单元和田块基本属性查询子单元，实现按图查水窖、农田的基本属性和按属性查水窖、农田分布情况等功能。
6.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述数据统计分析客户端包括作物需水量分析单元、供需平衡分析单元、水窖历史蓄水量分析单元；
所述作物需水量分析单元，根据选择的种植作物和种植时间，计算区域内所有农田在每个种植时间段的需水量和作物整个生长周期的需水量，并把数据存储到属性数据库中；
所述供需平衡分析单元，根据该地区种植作物的灌溉需水量及本月水窖的蓄水量统计出该地区灌溉缺水量；
所述水窖历史蓄水量分析单元，根据用户选择的时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段，从水窖巡检信息表中查询出该时间段的水窖蓄水量明细，并作出统计报表。
7.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述系统管理客户端包括用户管理单元、巡检员管理单元、巡检区分配单元和人机交互单元，实现对用户、巡检员的增删改、巡检员巡检区域分配、人机交互的功能。
8.根据权利要求2的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述水窖规划管理客户端，根据现有的农田及小水窖分布情况，规划新增水窖的位置。
9.根据权利要求6的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于所述作物需水量分析单元采用参考作物法计算作物需水量ETC＝KCET0，式中ET0为标准作物腾发量。
10.根据权利要求9的一种基于大数据的灌溉集雨水窖管理信息系统，其特征在于ET0采用Penman公式:
式中P0为海平面标准大气压，hpa；p为计算地点的实际气压，h Pa；Ea为干燥力；△为饱和水汽压－温度曲线上的斜率；Rn为净辐射。
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Cited By (1)
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| CN109934400A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-25 | 河北工程大学 | 基于改进神经网络的集雨调亏作物需水量预测方法 |
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2017
- 2017-08-14 CN CN201710693484.6A patent/CN107507096A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN109934400A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-25 | 河北工程大学 | 基于改进神经网络的集雨调亏作物需水量预测方法 |
| CN109934400B (zh) * | 2019-03-08 | 2023-05-16 | 河北工程大学 | 基于改进神经网络的集雨调亏作物需水量预测方法 |
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