CN109274764B - 基于信息处理技术的环境数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息处理技术的环境数据采集系统及方法。本发明通过对所述当前环境数据进行清洗，提高了采集数据的容错性，从而使得系统的稳定性大大提高，并且将数据接收服务器、基地数据库服务器与后台监管服务器分开设置，由于基地数据库服务器中仅存储目标农业大田的环境数据，而客户端在进行数据读取时，应用服务器仅从基地数据库服务器中获取对应的环境数据，使得企业间的数据彼此间不被暴露，极大程度的保护了企业的数据隐私，加强了系统的隐私保护性能。

Description

基于信息处理技术的环境数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于信息处理技术的环境数据采集系统及方法。

背景技术

农业大田的环境情况对农作物的生长至关重要，为实时监测环境变化，越来越多的企业在其农业基地选择环境数据采集系统来达到需求。

现有的环境数据采集系统大多采用微控制器、传感器相结合的模式。主要工作分为三部分：(1)采集处理数据；(2)传输数据至服务器；(3)经服务器处理后的数据，可再通过中间件(Java、Python等)进行部署。

目前已有的环境数据采集系统仍存在一些不足之处，系统的稳定性以及企业数据的隐私性成为首要问题。

首先，由于系统部署在农田环境中，对系统正常运行的干扰因素较多，系统中的微控制器和传感器稳定性不可保证，极易发生开发板死机、系统损坏、传感器采集不到数据等情况，这就涉及到如何从数据处理流程出发来提高系统的容错性，进而使系统的稳定性提高的问题。再者，企业越来越注重数据隐私，而现有的采集系统对于不同企业基地采集到的数据统一存入服务器的同一数据库内，以供客户终端调用，这使得不同企业之间的数据存在彼此暴露的风险，对于数据的隐私保护及其不利。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于信息处理技术的环境数据采集系统及方法，旨在解决现有技术中系统稳定性低，并且数据的隐私保护不利的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于信息处理技术的环境数据采集系统，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块、树莓派开发板、数据接收服务器、基地数据库服务器和应用服务器；

所述数据采集模块，用于采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

所述树莓派开发板，用于对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

所述数据接收服务器，用于对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

所述基地数据库服务器，用于对所述目标环境数据进行存储；

所述应用服务器，用于响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中。

优选地，所述树莓派开发板，还用于调用预设云服务器的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗。

优选地，所述树莓派开发板，还用于将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本。

优选地，所述树莓派开发板，还用于接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，从所述多组环境数据中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。

优选地，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统还包括：模数转换器；

所述模数转换器，用于对所述数据采集模块采集的目标农业大田的当前环境数据进行模数转换，并将模数转换后的当前环境数据发送至所述树莓派开发板。

优选地，所述基地数据库服务器，还用于将存储的目标环境数据上传至后台监管服务器。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种基于信息处理技术的环境数据采集系统的基于信息处理技术的环境数据采集方法，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块、树莓派开发板、数据接收服务器、基地数据库服务器和应用服务器；

所述基于信息处理技术的环境数据采集方法包括以下步骤：

所述数据采集模块采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

所述树莓派开发板对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

所述数据接收服务器对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

所述基地数据库服务器对所述目标环境数据进行存储；

所述应用服务器响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中。

优选地，所述树莓派开发板对所述当前环境数据进行清洗，具体包括：

所述树莓派开发板调用预设云服务器的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗。

优选地，所述根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗，具体包括：

将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；

在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；

在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；

在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本。

优选地，所述树莓派开发板对所述当前环境数据进行清洗之前，所述基于信息处理技术的环境数据采集方法还包括：

所述树莓派开发板接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，从所述多组环境数据中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。

本发明通过对所述当前环境数据进行清洗，提高了采集数据的容错性，从而使得系统的稳定性大大提高，并且将数据接收服务器、基地数据库服务器与后台监管服务器分开设置，由于基地数据库服务器中仅存储目标农业大田的环境数据，而客户端在进行数据读取时，应用服务器仅从基地数据库服务器中获取对应的环境数据，使得企业间的数据彼此间不被暴露，极大程度的保护了企业的数据隐私，加强了系统的隐私保护性能。

附图说明

图1为本发明第一种实施例的基于信息处理技术的环境数据采集系统的结构框图；

图2为本发明实施例中数据采集模块中各传感器的结构框图；

图3为本发明第一种实施例的基于信息处理技术的环境数据采集方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明第一种实施例提供一种基于信息处理技术的环境数据采集系统，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块10、树莓派开发板20、数据接收服务器30、基地数据库服务器40和应用服务器50；

所述数据采集模块10，用于采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

需要说明的是，由于目标农业大田的环境数据通常不需要非常精确，因此，环境数据会按照一定的时间间隔(例如：10分钟、15分钟或20分钟等)来存储，因此，所述当前环境数据即为当前时刻所处时间间隔内的环境数据。

在具体实现中，由于环境数据通常涉及多种参数，因此，本实施例中，参照图2，所述数据采集模块可包括：温湿度传感器、大气压强传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、PM2.5传感器、风速计、风向仪和雨量传感器，相应地，所述当前环境数据包括：空气温度、空气湿度、土壤湿度、PM2.5浓度、大气压强、光照强度、风速、风向和降雨量。

由于所述数据采集模块10中的各传感器通常采集的数据为模拟数值，而树莓派开发板20只能读取数字数值，因此，需要在数据采集模块10和树莓派开发板20之间添加一个模数转换器60来实现模数转换，也就是说，所述模数转换器60，用于对所述数据采集模块10采集的目标农业大田的当前环境数据进行模数转换，并将模数转换后的当前环境数据发送至所述树莓派开发板20，本实施例中，所述模数转换器60可采用TLC1543模块，该模块有11个模拟输入通道，可满足系统采集多项环境数据的需求。

所述树莓派开发板20，用于对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

在具体实现中，在将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器时，可通过http协议进行发送。

可理解的是，由于传感器有可能会存在误差等问题，为尽量缩小误差的影响，提高环境数据的准确性，本实施例中，所述树莓派开发板20，可先接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，通过median_average_filter()函数从所述多组环境数据(例如：12组环境数据，当然，还可为其他组数的环境数据，本实施例对此不加以限制)中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。

需要说明的是，由于本实施例中，将清洗后的当前环境数据整合成预设数据格式的字符串文本，并按照指定的格式传输，使得树莓派开发板20发送数据接口以及接收数据服务器30接收数据接口模块化，便于处理。

为去除不合理的环境数据，本实施例中，所述树莓派开发板20在对所述当前环境数据进行清洗时，可先调用预设云服务器(例如：阿里云服务器、腾讯云服务器或华为云服务器等)的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗。

在根据所述参考环境数据生成参考数据范围时，可根据实际情况设置，例如：参考环境数据中的空气温度为27摄氏度，此时，可设置参考数据范围中的空气温度范围为25～29摄氏度，假设当前环境数据中的空气温度为31度，此时，可认为当前环境数据中的空气温度不合理，需要进行清洗。

为保证清洗效果，本实施例中，所述树莓派开发板20，还用于将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数(通常设置为3次，当然，还可根据需要设置为其他数值，例如：4、5、6、7次，本实施例对此不加以限制)时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本。

所述数据接收服务器30，用于对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

所述基地数据库服务器40，用于对所述目标环境数据进行存储；

为便于系统后台监管维护，本实施例中，所述基地数据库服务器40，还用于将存储的目标环境数据上传至后台监管服务器70。

所述应用服务器50，用于响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中。

本实施例通过对所述当前环境数据进行清洗，提高了采集数据的容错性，从而使得系统的稳定性大大提高，并且将数据接收服务器、基地数据库服务器与后台监管服务器分开设置，由于基地数据库服务器中仅存储目标农业大田的环境数据，而客户端在进行数据读取时，应用服务器仅从基地数据库服务器中获取对应的环境数据，使得企业间的数据彼此间不被暴露，极大程度的保护了企业的数据隐私，加强了系统的隐私保护性能。

参照图3，本发明第一种实施例提供一种基于信息处理技术的环境数据采集系统的基于信息处理技术的环境数据采集方法，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块、树莓派开发板、数据接收服务器、基地数据库服务器和应用服务器；

所述基于信息处理技术的环境数据采集方法包括以下步骤：

S10：所述数据采集模块采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

需要说明的是，由于目标农业大田的环境数据通常不需要非常精确，因此，环境数据会按照一定的时间间隔(例如：10分钟、15分钟或20分钟等)来存储，因此，所述当前环境数据即为当前时刻所处时间间隔内的环境数据。

在具体实现中，由于环境数据通常涉及多种参数，因此，本实施例中，参照图2，所述数据采集模块可包括：温湿度传感器、大气压强传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、PM2.5传感器、风速计、风向仪和雨量传感器，相应地，所述当前环境数据包括：空气温度、空气湿度、土壤湿度、PM2.5浓度、大气压强、光照强度、风速、风向和降雨量。

由于所述数据采集模块中的各传感器通常采集的数据为模拟数值，而树莓派开发板只能读取数字数值，因此，需要在数据采集模块和树莓派开发板之间添加一个模数转换器来实现模数转换，也就是说，所述模数转换器对所述数据采集模块采集的目标农业大田的当前环境数据进行模数转换，并将模数转换后的当前环境数据发送至所述树莓派开发板，本实施例中，所述模数转换器可采用TLC1543模块，该模块有11个模拟输入通道，可满足系统采集多项环境数据的需求。

S20：所述树莓派开发板对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

在具体实现中，在将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器时，可通过http协议进行发送。

可理解的是，由于传感器有可能会存在误差等问题，为尽量缩小误差的影响，提高环境数据的准确性，本实施例中，所述树莓派开发板可先接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，通过median_average_filter()函数从所述多组环境数据(例如：12组环境数据，当然，还可为其他组数的环境数据，本实施例对此不加以限制)中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。

需要说明的是，由于本实施例中，将清洗后的当前环境数据整合成预设数据格式的字符串文本，并按照指定的格式传输，使得树莓派开发板发送数据接口以及接收数据服务器接收数据接口模块化，便于处理。

为去除不合理的环境数据，本实施例中，所述树莓派开发板在对所述当前环境数据进行清洗时，可先调用预设云服务器(例如：阿里云服务器、腾讯云服务器或华为云服务器等)的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗。

在根据所述参考环境数据生成参考数据范围时，可根据实际情况设置，例如：参考环境数据中的空气温度为27摄氏度，此时，可设置参考数据范围中的空气温度范围为25～29摄氏度，假设当前环境数据中的空气温度为31度，此时，可认为当前环境数据中的空气温度不合理，需要进行清洗。

为保证清洗效果，本实施例中，所述树莓派开发板将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境该数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数(通常设置为3次，当然，还可根据需要设置为其他数值，例如：4、5、6、7次，本实施例对此不加以限制)时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本。

S30：所述数据接收服务器对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

S40：所述基地数据库服务器对所述目标环境数据进行存储；

为便于系统后台监管维护，本实施例中，所述基地数据库服务器可将存储的目标环境数据上传至后台监管服务器。

S50：所述应用服务器响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中。

本实施例通过对所述当前环境数据进行清洗，提高了采集数据的容错性，从而使得系统的稳定性大大提高，并且将数据接收服务器、基地数据库服务器与后台监管服务器分开设置，由于基地数据库服务器中仅存储目标农业大田的环境数据，而客户端在进行数据读取时，应用服务器仅从基地数据库服务器中获取对应的环境数据，使得企业间的数据彼此间不被暴露，极大程度的保护了企业的数据隐私，加强了系统的隐私保护性能。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于信息处理技术的环境数据采集系统，其特征在于，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块、模数转换器、树莓派开发板、数据接收服务器、基地数据库服务器、应用服务器和后台监管服务器，所述数据接收服务器、所述基地数据库服务器和所述后台监管服务器分开异地设置；

所述数据采集模块，用于采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述模数转换器；

所述模数转换器，用于对所述数据采集模块采集的目标农业大田的当前环境数据进行汇聚，将汇聚后的当前环境数据进行模数转换，并将模数转换后的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

所述树莓派开发板，用于调用预设云服务器的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

所述树莓派开发板，还用于将所述当前环境数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境数据与所述参考数据范围进行比较；在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本；

所述数据接收服务器设置于所述目标农业大田，用于对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

所述基地数据库服务器设置于所述目标农业大田，用于对所述目标环境数据进行存储，以及将存储的所述目标环境数据上传至所述后台监管服务器；

所述应用服务器，用于响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中。

2.如权利要求1所述的基于信息处理技术的环境数据采集系统，其特征在于，所述树莓派开发板，还用于接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，从所述多组环境数据中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。

3.一种基于信息处理技术的环境数据采集系统的基于信息处理技术的环境数据采集方法，其特征在于，所述基于信息处理技术的环境数据采集系统包括：数据采集模块、模数转换器、树莓派开发板、数据接收服务器、基地数据库服务器、应用服务器和后台监管服务器，所述数据接收服务器、所述基地数据库服务器和所述后台监管服务器分开异地设置，所述数据接收服务器和所述基地数据库服务器均设置于目标农业大田；

所述基于信息处理技术的环境数据采集方法包括以下步骤：

所述数据采集模块采集目标农业大田的当前环境数据，并将采集的当前环境数据发送至所述模数转换器；

所述模数转换器对所述数据采集模块采集的目标农业大田的当前环境数据进行汇聚，将汇聚后的当前环境数据进行模数转换，并将模数转换后的当前环境数据发送至所述树莓派开发板；

所述树莓派开发板调用预设云服务器的天气接口，获得所述目标农业大田所属地域的参考环境数据，根据所述参考环境数据生成参考数据范围，根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗，将清洗后的当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本，并将所述字符串文本发送至所述数据接收服务器；

所述数据接收服务器对所述字符串文本进行解析，获得目标环境数据，并将所述目标环境数据发送至所述基地数据库服务器；

所述基地数据库服务器对所述目标环境数据进行存储，以及将存储的所述目标环境数据上传至所述后台监管服务器；

所述应用服务器响应于客户端的数据读取请求，从所述基地数据库服务器中读取与所述数据读取请求对应的环境数据，并将读取的环境数据反馈至客户端，以使所述客户端将所述读取的环境数据展示于前端页面中；

其中，所述根据所述参考数据范围对所述当前环境数据进行清洗，具体包括：

将所述当前环境数据与所述参考数据范围进行比较；

在所述当前环境数据处于所述参考数据范围内时，将所述当前环境数据组合为满足预设数据格式的字符串文本；

在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数小于预设次数时，通过所述数据采集模块重新采集目标农业大田的当前环境数据，并重新将所述当前环境数据与所述参考数据范围进行比较；

在所述当前环境数据不处于所述参考数据范围内，且所述数据采集模块重新采集次数等于预设次数时，将所述参考环境数据作为新的当前环境数据，并将所述当前环境数据组合成满足预设数据格式的字符串文本。

4.如权利要求3所述的基于信息处理技术的环境数据采集方法，其特征在于，所述树莓派开发板对所述当前环境数据进行清洗之前，所述基于信息处理技术的环境数据采集方法还包括：

所述树莓派开发板接收所述数据采集模块发送的多组环境数据，从所述多组环境数据中去掉最大值和最小值后取平均值，并将获得的平均值作为所述目标农业大田的当前环境数据。