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柘榮縣氣象局溫室小氣候系統(tǒng)的設計開發(fā)論文
1 引言
柘榮縣地處福建省東北部，縣境內峰巒起伏，河床陡峻，地勢呈東高西低。山地面積514.85平方千米，占全縣總面積的93.1%，平均海拔600米左右。臺風、暴雨、寒潮、霜凍、大風、雷電等災害性天氣尤為常見，屬于福建省暴雨中心之一。由氣象原因引起的山洪、泥石流、山體滑坡、坍塌等地質災害、農(nóng)作物病蟲害和森林火災的發(fā)生發(fā)展較為嚴重。氣象災害及其引發(fā)的次生災害造成的農(nóng)業(yè)損失占當?shù)亟?jīng)濟總損失的大部分。
為了進一步推進柘榮縣氣象局氣象為農(nóng)服務能力，依托石山洋千畝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園中氣象為農(nóng)服務示范基地的建設，柘榮縣氣象局應地制宜在示范大棚內建設溫室小氣候系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大棚內的溫度、濕度、地溫、太陽總輻射、光合有效輻射、二氧化碳濃度等氣象要素進行24小時不間斷的監(jiān)測，同時結合室外的10要素自動氣象站的觀測，通過內外數(shù)據(jù)的對比觀測，科學分析及時準確發(fā)布各類氣象為農(nóng)信息，指導菜農(nóng)合理追肥、及時澆水和科學通風，為農(nóng)戶提供精細化氣象服務，為各類藥材、名貴花卉及蔬菜瓜果的生長發(fā)育提供準確的第一手氣象資料，以最佳的生長環(huán)境來提高各類農(nóng)作物的質量和產(chǎn)量。
2 系統(tǒng)整體架構
2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構
MAWS800-GC溫室小氣候站是監(jiān)測溫室（如農(nóng)業(yè)大棚、農(nóng)氣溫室、生態(tài)溫室等）小氣候氣象要素的自動氣象站。觀測的要素有環(huán)境溫濕度、光量子、日照時數(shù)等氣象參數(shù)，又可根據(jù)需求定制其他測量要素，如冠層溫度、溫室氣體、土壤濕度等，測量高度一般不超過2米。通過無線GPRS和有線光纜通訊至對應的監(jiān)控后臺中心，由于該示范大棚距離縣氣象局較遠，所以我們采用無線GPRS方式，將采集到的各個報文數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄幍率袣庀缶滞饩W(wǎng)收集服務器，系統(tǒng)的整體架構如下：
2.2 技術路線
該系統(tǒng)選用的技術路線如下：
⑴系統(tǒng)環(huán)境：數(shù)據(jù)庫服務器操作系統(tǒng)選擇WINDOWS SERVER 2008系統(tǒng)。
⑵數(shù)據(jù)庫：Oracle 10g；
⑶數(shù)據(jù)采集：通過外網(wǎng)或是GPRS網(wǎng)絡，將監(jiān)控到的各類氣象要素信息傳送至市氣象局的數(shù)據(jù)收集服務器中；
⑷開發(fā)語言：系統(tǒng)采集同步程序采用C/S構架，開發(fā)語言采用Delphi，服務器端采用B/S架構，開發(fā)語言采用java；
⑸采用展現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、中間層、數(shù)據(jù)層分離的多層架構，降低系統(tǒng)模塊與模塊之間的耦合性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性和可移植性；
⑹數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS網(wǎng)絡、英特網(wǎng)；
⑺支持WEB SERVICE數(shù)據(jù)服務接口。
2.3 數(shù)據(jù)庫設計
由于需要對數(shù)據(jù)進行實時的前臺顯示，而采集到的數(shù)據(jù)又是以報文的形式保存在服務器中，所以我們選用ORACLE 10G做為后臺存儲數(shù)據(jù)庫軟件，Oracle構建在強健和可靠的系統(tǒng)結構上，能夠滿足各種苛刻需求。它具有在線索引構建、在線索引合并、在線表重組/重定義、閃回查詢、沉寂數(shù)據(jù)庫、塊級介質恢復、增量備份與恢復、在線備份與恢復、并行備份與恢復、透明應用故障切換、高級隊列、分布式事務處理、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能等高級特性，為構建各種應用系統(tǒng)提供了強有力的支持。
另外，Oracle提供了Oracle Real Application Clusters。它通過使用集群硬件配置為任何套裝或定制應用提供了無限可伸縮性和高可用性，同時又具有單一系統(tǒng)映像的簡單性和易用性。Oracle Real Application Clusters支持從集群系統(tǒng)配置中的多個節(jié)點訪問單一數(shù)據(jù)庫，從而將應用和數(shù)據(jù)庫用戶與軟硬件故障隔離開來，同時提供了隨硬件環(huán)境一同擴展的性能。
Oracle 10g平臺包括了數(shù)據(jù)庫服務器、應用程序服務器、工作流服務器、電子郵件服務器、目錄服務器、門戶服務器、無線服務器等，提供的是一套完整和集成的解決方案，適合于任何類型的應用程序的開發(fā)與部署。
溫室小氣候系統(tǒng)主要監(jiān)控的要素為：
⑴溫度（℃）：60cm空氣溫度，1m空氣溫度，
⑵地面溫度（℃）：地表溫度，5CM地溫，10CM地溫，15CM地溫，20CM地溫，
⑶濕度（%）：60cm濕度，1m濕度，
⑷土壤濕度（%）：10CM土壤濕度，20CM土壤濕度，30CM土壤濕度
⑸太陽輻射：總輻射（W/㎡），總輻射極大（W/㎡），總輻射極大時間，總輻射累計（MJ/㎡）
⑹光合輻射：光合有效輻射（W/㎡），光合有效輻射極大值（W/㎡），光合有效輻射極大值時間，光合有效輻射累計（MJ/㎡）
⑺二氧化碳（ppm）：二氧化碳最高濃度，二氧化碳最高濃度時間二氧化碳最低濃度，二氧化碳最低濃度時間
所以在數(shù)據(jù)庫建立表WS_FEATURE。
WS_FEATURE表用來存儲HUATRON@ MAWS800-GC溫室小氣候站的各種觀測要素值，表的內容及格式大致如下：
2.4 入庫程序設計
利用DELPHI語言，編寫入庫程序，對報文內的各個要素值進行解析入庫，并實時監(jiān)控報文文件夾下的文件，如有新的文件進入，則啟動監(jiān)視器，對文件中的各個要素進行解析。
數(shù)據(jù)運行監(jiān)控包括以下兩個部分：
⑴數(shù)據(jù)采集監(jiān)控：根據(jù)數(shù)據(jù)源文件生成的頻率，對數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)的遲到、未到進行監(jiān)控。如果數(shù)據(jù)遲到、未到，則程序做相應的報警提示。
⑵數(shù)據(jù)異常值監(jiān)控：如果站點數(shù)據(jù)有異常，例如數(shù)據(jù)在時間段內出現(xiàn)數(shù)據(jù)過大、過小或者是無數(shù)據(jù)時，則程序做相應的報警提示。
數(shù)據(jù)已文本的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集服務器中，每10分鐘收集一個文本文件，文件中的內容包含時間、氣象要素值以及峰值出現(xiàn)的時間，根據(jù)各個要素值之間的空格編寫數(shù)據(jù)要素的抽取，并寫入相應的ORACLE數(shù)據(jù)庫表中。
2.5 前臺軟件開發(fā)
通過開發(fā)“柘榮氣象為農(nóng)服務終端系統(tǒng)”，將該APP軟件應用在安卓系統(tǒng)的移動終端或者是平板電腦中，利用該系統(tǒng)調取數(shù)據(jù)庫中WS_FEATURE表，可實現(xiàn)異地查看示范大棚內的各個氣象要素值，如要素值出現(xiàn)異常或是超過閥值時，該數(shù)值變?yōu)榧t色。
該系統(tǒng)還整合雷達圖、云圖、臺風路徑、鄉(xiāng)鎮(zhèn)實況、雨晴溫度、預警信號等內容為一體，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)及縣政府各級快便捷的查看各類氣象信息提供了快速通道，同時為各類防災減災提供了科學的依據(jù)。
3 結束語
溫室小氣候系統(tǒng)的建設及氣象為農(nóng)終端系統(tǒng)的開發(fā)，使得柘榮縣種植大戶能夠在異地實時查看到大棚內的各個氣象要素值，同時柘榮縣氣象局在室外也建設了十要素的自動氣象站一套，通過內外數(shù)據(jù)的收集對比，實現(xiàn)各個農(nóng)作物物候期的對比研究，對日后的科研收集各類氣象要素值，為柘榮的氣象為農(nóng)服務做出更大的貢獻。
參考文獻
周榮雙.溫室小氣候環(huán)境模型的應用及綜述.農(nóng)機化研究.2011.
祁宦.設施農(nóng)業(yè)小氣候技術服務系統(tǒng).農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)環(huán)境.2003.
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