GIS和ZigBee技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

于寶堃+胡瑜

摘要：針對(duì)目前農(nóng)業(yè)溫室管理中存在的問題，設(shè)計(jì)了一種基于GIS和ZigBee技術(shù)的農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地理信息技術(shù)與無線通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用CC2530芯片搭建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紾IS平臺(tái)中，進(jìn)行分析、處理和顯示。測(cè)試結(jié)果證明，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能準(zhǔn)確地采集溫室信息，用戶可實(shí)時(shí)掌握溫室情況，為下一步的溫室遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：GIS；ZigBee；農(nóng)業(yè)溫室；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；溫室信息

中圖分類號(hào)：TP277.2；S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）01-0211-05

Application of GIS and ZigBee Technology in the Monitoring System of

Agricultural Greenhouse

YU Bao-kun，HU yu

（College of Electronic Information and Automation， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300222， China）

Abstract： In order to solve the existing problem of agricultural greenhouse management， a monitoring system of agricultural greenhouse， which realized the organic integration of geographical information technology into wireless communication technology， was designed based on GIS and ZigBee technology. The monitoring system built ZigBee network using CC2530， and the data gathered were transferred to GIS platform by GPRS network， and then were analyzed， processed and displayed in GIS platform. Test results showed that monitoring system worked stably and could collect greenhouse information accurately. Users could know greenhouse conditions in real time. The system laid a foundation for the further greenhouse remote control.

Key words： GIS； ZigBee； agricultural greenhouse； monitoring system； greenhouse information

收稿日期：2013-06-09

基金項(xiàng)目：天津科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金（1202A205）

作者簡(jiǎn)介：于寶堃（1984-），男，天津塘沽人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事單片機(jī)應(yīng)用的研究，（電話）15822688946（電子信箱）ybk1984@126.com。

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要手段，溫室種植已在中國得到了廣泛的推廣。隨著科技的發(fā)展，采用新技術(shù)對(duì)溫室大棚進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅可以為農(nóng)業(yè)的精細(xì)化管理提供保障，還可以提高作物的品質(zhì)，并降低生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線方式，這種方式布線工程量大、成本高，系統(tǒng)存儲(chǔ)量小，可視化程度低，為了解決這一問題，該文將GIS和ZigBee技術(shù)應(yīng)用到溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)中，使用戶可以通過友好的地理信息界面，實(shí)時(shí)掌握各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息，并據(jù)此做出科學(xué)的溫室管理方法。

GIS（Geographic Information System）稱為地理信息系統(tǒng)[1]，是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析和顯示地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GIS及其相關(guān)技術(shù)在近十年取得了驚人的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于市政管理、國土資源調(diào)查以及交通管理等多個(gè)領(lǐng)域。因此，將GIS技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，構(gòu)建農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高勢(shì)必起到積極作用。

ZigBee技術(shù)[2]是一種近距離無線通信技術(shù)，以2.4 GHz為主要頻段，具有功耗低、成本低、組網(wǎng)方式靈活、網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)，能適應(yīng)溫室大棚的分布特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸要求。

1 系統(tǒng)總體方案及工作原理

農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)采集單元、ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)、GPRS移動(dòng)網(wǎng)、中心服務(wù)器和監(jiān)控中心等5部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用自底而上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中現(xiàn)場(chǎng)采集單元負(fù)責(zé)采集溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度、濕度、土壤水分、CO2濃度、O2濃度等參數(shù)，并將這些參數(shù)進(jìn)行編碼上傳給傳輸終端節(jié)點(diǎn)。為了準(zhǔn)確、快速地對(duì)光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行采集和封裝，并減輕傳輸終端節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)擔(dān)，現(xiàn)場(chǎng)采集單元采用STM32處理器作為核心控制器，并配備相應(yīng)的傳感器模塊，不同于傳統(tǒng)的ZigBee監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場(chǎng)采集單元與傳輸終端節(jié)點(diǎn)共用同一個(gè)控制器的情形。

由于溫室大棚具有分布零散的特點(diǎn)，因此在建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，將一定范圍內(nèi)的溫室大棚組成ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)，不同的局域傳輸網(wǎng)絡(luò)之間不能進(jìn)行通信，只有傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)可以相互交換數(shù)據(jù)[3]。每個(gè)獨(dú)立的ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)均采用簇樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有傳輸終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)3類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。傳輸終端節(jié)點(diǎn)可以獲取溫室內(nèi)的相關(guān)信息，并將這些信息上傳給路由器節(jié)點(diǎn)。路由器節(jié)點(diǎn)不僅可以直接獲得現(xiàn)場(chǎng)采集單元傳遞的信息，還具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無法直接獲得現(xiàn)場(chǎng)采集單元采集的信息，它主要負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化工作，將路由器節(jié)點(diǎn)傳來的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行匯總，并通過GPRS模塊傳遞到GPRS網(wǎng)絡(luò)中。之所以在系統(tǒng)中引入GPRS網(wǎng)絡(luò)，是由于ZigBee技術(shù)的傳輸范圍有限，其有效通信距離不能滿足網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間的通信，而GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，傳輸距離長(zhǎng)[4]，可將各個(gè)ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并通過Internet上傳給中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)采集單元與監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程通信。

在每個(gè)局域傳輸網(wǎng)絡(luò)中，只具備一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，傳輸終端節(jié)點(diǎn)只能與一個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，而路由器節(jié)點(diǎn)既可以和多個(gè)傳輸終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可以將信息進(jìn)行匯總并傳遞給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

中心服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，由空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組成，其中空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)地理信息，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)來自底層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

監(jiān)控中心是溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，其采用GIS技術(shù)進(jìn)行搭建，為用戶提供了一個(gè)可視化操作平臺(tái)，用戶通過該平臺(tái)可直觀地掌握各個(gè)溫室的分布情況，實(shí)時(shí)觀測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)信息。監(jiān)控中心可以設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤水分等參數(shù)的報(bào)警值，當(dāng)被檢測(cè)的參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，可自動(dòng)向用戶發(fā)出短消息，以提醒用戶。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 ZigBee傳輸模塊的設(shè)計(jì)

ZigBee局域網(wǎng)絡(luò)中的傳輸終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用TI公司生產(chǎn)的CC2530F128芯片作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建基礎(chǔ)。該芯片是用于2.4 GHz IEEE802.15.4和ZigBee應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530F128[5]集成了一個(gè)高性能的RF收發(fā)器和一個(gè)增強(qiáng)型的8051CPU，8 kB的RAM，128 kB的Flash，并具有強(qiáng)大的外設(shè)，包括8路A/D、2個(gè)USART以及21個(gè)通用I/O接口。CC2530F128具有不同的運(yùn)行模式，滿足溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)低功耗的要求，同時(shí)運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源消耗。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)采集單元的硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)采集單元主要由微處理器模塊、傳感器模塊、LCD模塊和電源模塊4部分組成（圖2）。其中，LCD模塊采用分辨率為240×320的真彩TFT液晶顯示屏，與微處理器通過FSMC接口相連，可直觀地顯示被監(jiān)測(cè)參數(shù)的數(shù)值，而電源模塊為其他模塊進(jìn)行供電。

2.2.1 微處理器模塊 微處理器模塊采用ST公司的STM32F103ZET6型芯片[6]，該芯片為144引腳LQFP封裝，采用Cortex-M3作為內(nèi)核，具有512 kB的Flash，64 kB的RAM，最高工作頻率可達(dá)72 MHz；具有I2C、5 USART、SPI、FSMC等多種接口形式，減輕了內(nèi)核的負(fù)擔(dān)；多達(dá)112個(gè)的多功能雙向I/O口，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

2.2.2 傳感器模塊 傳感器模塊的主要組成部分是測(cè)量溫度、濕度等參數(shù)的傳感器，根據(jù)低功耗、高精度的原則，選擇如下傳感器：溫濕度傳感器AM2302、O2傳感器ME2-O2、CO2傳感器MG811、光照傳感器BH1750FVI和土壤水分傳感器HL-TR01。

1）AM2302是一款已校準(zhǔn)、數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，采用單總線方式進(jìn)行通信，與STM32F103ZET6芯片通過引腳PB1相連。溫度測(cè)量范圍為-40～80 ℃，濕度測(cè)量范圍為1%～99.9%RH。AM2302具有分辨率高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合各種環(huán)境使用。

2）ME2-O2根據(jù)電化學(xué)原電池的原理進(jìn)行工作，通過待測(cè)氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律，來準(zhǔn)確獲得氣體濃度，其測(cè)量范圍是0%～25%vol。由于STM32F103ZET6無法直接測(cè)量電流值，故ME2-O2需外接I/V轉(zhuǎn)換電路，并通過引腳PC0，將電壓信號(hào)傳遞給STM32F103ZET6。

3）MG811是一種固體電解質(zhì)元件，由于其輸出的電壓信號(hào)較低，而輸出阻抗很高，在實(shí)際使用中，外接了由CA3140型高阻運(yùn)算放大器組成的同向比例放大電路，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過STM32F103ZET6 PC1口，引入其內(nèi)部的ADC輸入通道完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。

4）BH1750FVI是一種基于兩線式串行總線接口的數(shù)字型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器，其測(cè)量范圍寬（1～65 535 lx）、分辨率高，可測(cè)量多種光源，受紅外線影響小，內(nèi)部集成了16 bitA/D，無需外接電路，通過I2C總線掛接在STM32F103ZET6的接口PB10和PB11上。

5）HL-TR01是一款基于頻域反射原理，利用高頻電子技術(shù)制造的高精度、高靈敏度的傳感器，其測(cè)量范圍為0%～100%（m3/m3）。通過插入土壤中的探針，測(cè)量土壤的介電常數(shù)，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來反映土壤的真實(shí)水分含量，將其輸出信號(hào)與STM32F103ZET6 PC2口內(nèi)部的ADC輸入通道相連，從而完成數(shù)據(jù)的采集。

2.3 GPRS模塊的選取

在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中，CC2350F128將匯總的信息通過串口傳遞給GPRS模塊，由GPRS模塊將信息發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中。GPRS模塊選用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300z。它是一款三頻段GSM/GPRS模塊[7，8]，可在900、1 800、1 900 MHz 3種頻率下工作，支持多種GPRS編碼方案，具備GPRS永久在線功能，滿足溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的要求。SIM300z體積較小，可靠性高，內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了TCP/IP AT指令，使用戶利用該模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸變得特別簡(jiǎn)單、方便。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)采集單元的軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)采集單元的軟件部分采用傳統(tǒng)的無限循環(huán)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，由主程序和中斷子程序組成（圖3）。主程序在完成硬件平臺(tái)初始化后進(jìn)入低功耗模式，等待中斷子程序的發(fā)生。初始化任務(wù)主要完成時(shí)鐘、中斷、GPIO、串口、FSMC、ADC、I2C及定時(shí)器TIM1的配置工作。中斷子程序由定時(shí)器TIM1每隔5 s產(chǎn)生，并利用ADC、I2C、DMA等通道采集并存儲(chǔ)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后通過串口USART1上傳給傳輸終端節(jié)點(diǎn)或路由器節(jié)點(diǎn)。在中斷返回后，主程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)在帶有FSMC接口的LCD屏上進(jìn)行顯示。

3.2 ZigBee協(xié)議棧的移植

為了降低ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)程序的編寫難度，系統(tǒng)在各節(jié)點(diǎn)中移植了ZigBee 2007協(xié)議棧Z-Stack。該協(xié)議棧是由TI公司為配合CC2530芯片而推出的軟件平臺(tái)，具有眾多的API函數(shù)。用戶使用Z-Stack協(xié)議棧作為軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，不僅可以提高代碼的可靠性，也可縮短開發(fā)周期，從而降低了開發(fā)成本。

在移植Z-Stack的基礎(chǔ)上，用戶可在應(yīng)用層利用API函數(shù)編寫程序，以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的功能。主要包括：①傳輸終端節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點(diǎn)。②路由器節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；通過串口接收現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)，并將傳輸終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)一同轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中。③網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)；接收和匯總來自路由器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 監(jiān)控中心的架構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心采用GIS技術(shù)進(jìn)行搭建，其中GIS開發(fā)平臺(tái)選用超圖公司的SuperMap Object.NET，編程工具采用微軟公司的Visual Studio 2008，編程語言為.NET平臺(tái)支持的可視化語言C#。圖4所示為監(jiān)控中心的GIS平臺(tái)架構(gòu)，該架構(gòu)采用基于Client/Server（客戶端/服務(wù)器）模式的4層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括應(yīng)用層、平臺(tái)層、接口層和數(shù)據(jù)層。這種設(shè)計(jì)架構(gòu)分工明確，4個(gè)層次可分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，并相互依存，最終形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

應(yīng)用層是用戶與GIS系統(tǒng)進(jìn)行交互的媒介，通過桌面程序，該層可以實(shí)現(xiàn)以下主要功能：地圖的顯示、響應(yīng)用戶的操作、向數(shù)據(jù)層發(fā)送查詢請(qǐng)求并將請(qǐng)求結(jié)果展現(xiàn)給用戶。作為GIS應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)，平臺(tái)層由系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的平臺(tái)和數(shù)據(jù)操作組件所組成。組件式開發(fā)平臺(tái)SuperMap Object.NET是基于.NET技術(shù)開發(fā)的一款產(chǎn)品[9]，它在共相式GIS內(nèi)核基礎(chǔ)上，采用C++/CLI進(jìn)行封裝，是純

.NET組件。GIS平臺(tái)內(nèi)部所有GIS數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理，以及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的調(diào)用都通過該平臺(tái)來完成，并將結(jié)果在應(yīng)用層中顯示。數(shù)據(jù)操作組件是由用戶自定義的類庫，用于接收應(yīng)用層發(fā)送的非空間數(shù)據(jù)處理要求，并將結(jié)果返回給應(yīng)用層。同時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警短信也通過該組件適時(shí)發(fā)出。

接口層是平臺(tái)層與數(shù)據(jù)層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通道，其中空間數(shù)據(jù)引擎SuperMap SDX+負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)、查詢，而ADO.NET負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的管理。數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

中心服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，并為監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間提供了一座連接彼此的通信橋梁。中心服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫即為GIS平臺(tái)中的數(shù)據(jù)層，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型法進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005進(jìn)行搭建，主要包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。

空間數(shù)據(jù)庫[10]是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的核心部分，記錄了實(shí)體空間的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征，并以層的形式進(jìn)行管理，包括地形層和溫室層。屬性數(shù)據(jù)庫用于管理與空間信息密切相關(guān)的溫室屬性，如溫室的面積、權(quán)屬人等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)底層上傳的溫度、濕度等信息。利用該數(shù)據(jù)庫，用戶不僅可實(shí)時(shí)查詢溫室的狀態(tài)，并對(duì)可能發(fā)生的異常進(jìn)行預(yù)警，還可以瀏覽溫室的歷史數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)數(shù)據(jù)庫的一體化管理，需設(shè)置統(tǒng)一的關(guān)鍵字，進(jìn)而形成一個(gè)高度集成化的整體。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的完備性和穩(wěn)定性以及GIS平臺(tái)的功能，選取5個(gè)鄰近的農(nóng)業(yè)溫室作為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并編號(hào)為1～5。將3個(gè)傳輸終端節(jié)點(diǎn)和2個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)分別安裝在溫室1～3和溫室4～5內(nèi)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則布置在溫室1中，從而形成了由6個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)。為了采集溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)，在各溫室內(nèi)還放置了現(xiàn)場(chǎng)采集單元，而系統(tǒng)中的監(jiān)控中心和中心服務(wù)器則位于遠(yuǎn)端的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。在系統(tǒng)的總體架構(gòu)建立后，即可對(duì)GIS平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，主要包括以下主要功能的測(cè)試。

1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與顯示。通過操作界面，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室的各個(gè)參數(shù)，并以多種形式對(duì)保存在中心服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，包括報(bào)表和曲線形式，圖6所示曲線為某一時(shí)段溫室1的溫度實(shí)時(shí)曲線，通過觀察曲線的變化趨勢(shì)，使用戶對(duì)參數(shù)的特性有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

2）地圖瀏覽功能。通過測(cè)試，用戶可對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)、全圖、刷新等基本操作，滿足用戶對(duì)溫室進(jìn)行觀察并快速定位的需求。

3）查詢功能。需要測(cè)試點(diǎn)擊查詢和選擇查詢兩種功能。①點(diǎn)擊查詢：用戶在地圖中只需點(diǎn)擊相應(yīng)的溫室點(diǎn)，就可以查詢?cè)摐厥业牡乩韺傩院蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如圖7所示，用戶在操作界面中，點(diǎn)擊相應(yīng)溫室點(diǎn)即可獲得其編號(hào)、位置，以及室內(nèi)溫濕度等信息。②選擇查詢：用戶只需在對(duì)話框中輸入查詢條件，例如溫室內(nèi)的溫度，即可將滿足條件的溫室以高亮形式顯示在地圖中。

4）預(yù)警功能：為了測(cè)試系統(tǒng)的預(yù)警功能，可將系統(tǒng)某一參數(shù)的預(yù)警值，例如溫室的溫度值設(shè)定為一個(gè)較低值，這樣當(dāng)正常值被GIS平臺(tái)接收后隨即產(chǎn)生了報(bào)警，在用戶界面中表現(xiàn)為相應(yīng)的溫室點(diǎn)在不間斷地閃爍，以提醒用戶。

6 小結(jié)

將GIS與ZigBee技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)中，GIS技術(shù)滿足用戶對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和顯示的需求，ZigBee技術(shù)提供了靈活的組網(wǎng)方式，而GPRS的引入更有效地增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸距離。用戶不僅可獲得溫室內(nèi)的溫度、濕度等參數(shù)的實(shí)時(shí)值，還可以觀察溫室的地理分布信息，查詢其屬性特征，從而更全面地掌握溫室的狀況。利用該系統(tǒng)可為溫室系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的支持和保障，從而提高了溫室的管理水平，降低了生產(chǎn)成本。在下一步的開發(fā)中，可將遠(yuǎn)程控制功能融入到溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉小燕.城市供水管網(wǎng)GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2007.

[2] 瞿 磊，劉盛德，胡咸斌.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3] 楊 方.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（15）：3334-3337.

[4] 高海俠，傅 偉.基于GPRS的農(nóng)村人口管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（13）：2846-2848.

[5] 謝忠兵，武 佩，韓國棟，等.基于ZigBee技術(shù)的土壤溫度無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，35（2）：189-191.

[6] 蒙博宇.STM32自學(xué)筆記[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[7] 苗文山.基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程無線自動(dòng)電能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].太原：太原理工大學(xué)，2008.

[8] 于寶堃，許 國，胡 瑜，等.基于GPRS的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：7-8.

[9] SuperMap圖書編輯委員會(huì).GIS工程師訓(xùn)練營：SuperMap Objects組件式開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[10] 張 碩.基于SuperMap Objects的河南省南水北調(diào)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯 王曉芳）

3.2 ZigBee協(xié)議棧的移植

為了降低ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)程序的編寫難度，系統(tǒng)在各節(jié)點(diǎn)中移植了ZigBee 2007協(xié)議棧Z-Stack。該協(xié)議棧是由TI公司為配合CC2530芯片而推出的軟件平臺(tái)，具有眾多的API函數(shù)。用戶使用Z-Stack協(xié)議棧作為軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，不僅可以提高代碼的可靠性，也可縮短開發(fā)周期，從而降低了開發(fā)成本。

在移植Z-Stack的基礎(chǔ)上，用戶可在應(yīng)用層利用API函數(shù)編寫程序，以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的功能。主要包括：①傳輸終端節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點(diǎn)。②路由器節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；通過串口接收現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)，并將傳輸終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)一同轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中。③網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)；接收和匯總來自路由器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 監(jiān)控中心的架構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心采用GIS技術(shù)進(jìn)行搭建，其中GIS開發(fā)平臺(tái)選用超圖公司的SuperMap Object.NET，編程工具采用微軟公司的Visual Studio 2008，編程語言為.NET平臺(tái)支持的可視化語言C#。圖4所示為監(jiān)控中心的GIS平臺(tái)架構(gòu)，該架構(gòu)采用基于Client/Server（客戶端/服務(wù)器）模式的4層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括應(yīng)用層、平臺(tái)層、接口層和數(shù)據(jù)層。這種設(shè)計(jì)架構(gòu)分工明確，4個(gè)層次可分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，并相互依存，最終形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

應(yīng)用層是用戶與GIS系統(tǒng)進(jìn)行交互的媒介，通過桌面程序，該層可以實(shí)現(xiàn)以下主要功能：地圖的顯示、響應(yīng)用戶的操作、向數(shù)據(jù)層發(fā)送查詢請(qǐng)求并將請(qǐng)求結(jié)果展現(xiàn)給用戶。作為GIS應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)，平臺(tái)層由系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的平臺(tái)和數(shù)據(jù)操作組件所組成。組件式開發(fā)平臺(tái)SuperMap Object.NET是基于.NET技術(shù)開發(fā)的一款產(chǎn)品[9]，它在共相式GIS內(nèi)核基礎(chǔ)上，采用C++/CLI進(jìn)行封裝，是純

.NET組件。GIS平臺(tái)內(nèi)部所有GIS數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理，以及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的調(diào)用都通過該平臺(tái)來完成，并將結(jié)果在應(yīng)用層中顯示。數(shù)據(jù)操作組件是由用戶自定義的類庫，用于接收應(yīng)用層發(fā)送的非空間數(shù)據(jù)處理要求，并將結(jié)果返回給應(yīng)用層。同時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警短信也通過該組件適時(shí)發(fā)出。

接口層是平臺(tái)層與數(shù)據(jù)層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通道，其中空間數(shù)據(jù)引擎SuperMap SDX+負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)、查詢，而ADO.NET負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的管理。數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

中心服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，并為監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間提供了一座連接彼此的通信橋梁。中心服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫即為GIS平臺(tái)中的數(shù)據(jù)層，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型法進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005進(jìn)行搭建，主要包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。

空間數(shù)據(jù)庫[10]是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的核心部分，記錄了實(shí)體空間的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征，并以層的形式進(jìn)行管理，包括地形層和溫室層。屬性數(shù)據(jù)庫用于管理與空間信息密切相關(guān)的溫室屬性，如溫室的面積、權(quán)屬人等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)底層上傳的溫度、濕度等信息。利用該數(shù)據(jù)庫，用戶不僅可實(shí)時(shí)查詢溫室的狀態(tài)，并對(duì)可能發(fā)生的異常進(jìn)行預(yù)警，還可以瀏覽溫室的歷史數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)數(shù)據(jù)庫的一體化管理，需設(shè)置統(tǒng)一的關(guān)鍵字，進(jìn)而形成一個(gè)高度集成化的整體。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的完備性和穩(wěn)定性以及GIS平臺(tái)的功能，選取5個(gè)鄰近的農(nóng)業(yè)溫室作為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并編號(hào)為1～5。將3個(gè)傳輸終端節(jié)點(diǎn)和2個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)分別安裝在溫室1～3和溫室4～5內(nèi)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則布置在溫室1中，從而形成了由6個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)。為了采集溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)，在各溫室內(nèi)還放置了現(xiàn)場(chǎng)采集單元，而系統(tǒng)中的監(jiān)控中心和中心服務(wù)器則位于遠(yuǎn)端的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。在系統(tǒng)的總體架構(gòu)建立后，即可對(duì)GIS平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，主要包括以下主要功能的測(cè)試。

1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與顯示。通過操作界面，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室的各個(gè)參數(shù)，并以多種形式對(duì)保存在中心服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，包括報(bào)表和曲線形式，圖6所示曲線為某一時(shí)段溫室1的溫度實(shí)時(shí)曲線，通過觀察曲線的變化趨勢(shì)，使用戶對(duì)參數(shù)的特性有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

2）地圖瀏覽功能。通過測(cè)試，用戶可對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)、全圖、刷新等基本操作，滿足用戶對(duì)溫室進(jìn)行觀察并快速定位的需求。

3）查詢功能。需要測(cè)試點(diǎn)擊查詢和選擇查詢兩種功能。①點(diǎn)擊查詢：用戶在地圖中只需點(diǎn)擊相應(yīng)的溫室點(diǎn)，就可以查詢?cè)摐厥业牡乩韺傩院蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如圖7所示，用戶在操作界面中，點(diǎn)擊相應(yīng)溫室點(diǎn)即可獲得其編號(hào)、位置，以及室內(nèi)溫濕度等信息。②選擇查詢：用戶只需在對(duì)話框中輸入查詢條件，例如溫室內(nèi)的溫度，即可將滿足條件的溫室以高亮形式顯示在地圖中。

4）預(yù)警功能：為了測(cè)試系統(tǒng)的預(yù)警功能，可將系統(tǒng)某一參數(shù)的預(yù)警值，例如溫室的溫度值設(shè)定為一個(gè)較低值，這樣當(dāng)正常值被GIS平臺(tái)接收后隨即產(chǎn)生了報(bào)警，在用戶界面中表現(xiàn)為相應(yīng)的溫室點(diǎn)在不間斷地閃爍，以提醒用戶。

6 小結(jié)

將GIS與ZigBee技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)中，GIS技術(shù)滿足用戶對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和顯示的需求，ZigBee技術(shù)提供了靈活的組網(wǎng)方式，而GPRS的引入更有效地增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸距離。用戶不僅可獲得溫室內(nèi)的溫度、濕度等參數(shù)的實(shí)時(shí)值，還可以觀察溫室的地理分布信息，查詢其屬性特征，從而更全面地掌握溫室的狀況。利用該系統(tǒng)可為溫室系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的支持和保障，從而提高了溫室的管理水平，降低了生產(chǎn)成本。在下一步的開發(fā)中，可將遠(yuǎn)程控制功能融入到溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉小燕.城市供水管網(wǎng)GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2007.

[2] 瞿 磊，劉盛德，胡咸斌.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3] 楊 方.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（15）：3334-3337.

[4] 高海俠，傅 偉.基于GPRS的農(nóng)村人口管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（13）：2846-2848.

[5] 謝忠兵，武 佩，韓國棟，等.基于ZigBee技術(shù)的土壤溫度無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，35（2）：189-191.

[6] 蒙博宇.STM32自學(xué)筆記[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[7] 苗文山.基于GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程無線自動(dòng)電能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].太原：太原理工大學(xué)，2008.

[8] 于寶堃，許 國，胡 瑜，等.基于GPRS的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：7-8.

[9] SuperMap圖書編輯委員會(huì).GIS工程師訓(xùn)練營：SuperMap Objects組件式開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[10] 張 碩.基于SuperMap Objects的河南省南水北調(diào)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯 王曉芳）

3.2 ZigBee協(xié)議棧的移植

為了降低ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)程序的編寫難度，系統(tǒng)在各節(jié)點(diǎn)中移植了ZigBee 2007協(xié)議棧Z-Stack。該協(xié)議棧是由TI公司為配合CC2530芯片而推出的軟件平臺(tái)，具有眾多的API函數(shù)。用戶使用Z-Stack協(xié)議棧作為軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，不僅可以提高代碼的可靠性，也可縮短開發(fā)周期，從而降低了開發(fā)成本。

在移植Z-Stack的基礎(chǔ)上，用戶可在應(yīng)用層利用API函數(shù)編寫程序，以實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的功能。主要包括：①傳輸終端節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點(diǎn)。②路由器節(jié)點(diǎn)。加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；通過串口接收現(xiàn)場(chǎng)采集單元上傳的數(shù)據(jù)，并將傳輸終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)一同轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中。③網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)；接收和匯總來自路由器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 監(jiān)控中心的架構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心采用GIS技術(shù)進(jìn)行搭建，其中GIS開發(fā)平臺(tái)選用超圖公司的SuperMap Object.NET，編程工具采用微軟公司的Visual Studio 2008，編程語言為.NET平臺(tái)支持的可視化語言C#。圖4所示為監(jiān)控中心的GIS平臺(tái)架構(gòu)，該架構(gòu)采用基于Client/Server（客戶端/服務(wù)器）模式的4層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括應(yīng)用層、平臺(tái)層、接口層和數(shù)據(jù)層。這種設(shè)計(jì)架構(gòu)分工明確，4個(gè)層次可分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，并相互依存，最終形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

應(yīng)用層是用戶與GIS系統(tǒng)進(jìn)行交互的媒介，通過桌面程序，該層可以實(shí)現(xiàn)以下主要功能：地圖的顯示、響應(yīng)用戶的操作、向數(shù)據(jù)層發(fā)送查詢請(qǐng)求并將請(qǐng)求結(jié)果展現(xiàn)給用戶。作為GIS應(yīng)用平臺(tái)的基礎(chǔ)，平臺(tái)層由系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的平臺(tái)和數(shù)據(jù)操作組件所組成。組件式開發(fā)平臺(tái)SuperMap Object.NET是基于.NET技術(shù)開發(fā)的一款產(chǎn)品[9]，它在共相式GIS內(nèi)核基礎(chǔ)上，采用C++/CLI進(jìn)行封裝，是純

.NET組件。GIS平臺(tái)內(nèi)部所有GIS數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理，以及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的調(diào)用都通過該平臺(tái)來完成，并將結(jié)果在應(yīng)用層中顯示。數(shù)據(jù)操作組件是由用戶自定義的類庫，用于接收應(yīng)用層發(fā)送的非空間數(shù)據(jù)處理要求，并將結(jié)果返回給應(yīng)用層。同時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警短信也通過該組件適時(shí)發(fā)出。

接口層是平臺(tái)層與數(shù)據(jù)層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通道，其中空間數(shù)據(jù)引擎SuperMap SDX+負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)、查詢，而ADO.NET負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的管理。數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

中心服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，并為監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間提供了一座連接彼此的通信橋梁。中心服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫即為GIS平臺(tái)中的數(shù)據(jù)層，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型法進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005進(jìn)行搭建，主要包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。

空間數(shù)據(jù)庫[10]是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的核心部分，記錄了實(shí)體空間的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征，并以層的形式進(jìn)行管理，包括地形層和溫室層。屬性數(shù)據(jù)庫用于管理與空間信息密切相關(guān)的溫室屬性，如溫室的面積、權(quán)屬人等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)底層上傳的溫度、濕度等信息。利用該數(shù)據(jù)庫，用戶不僅可實(shí)時(shí)查詢溫室的狀態(tài)，并對(duì)可能發(fā)生的異常進(jìn)行預(yù)警，還可以瀏覽溫室的歷史數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)數(shù)據(jù)庫的一體化管理，需設(shè)置統(tǒng)一的關(guān)鍵字，進(jìn)而形成一個(gè)高度集成化的整體。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的完備性和穩(wěn)定性以及GIS平臺(tái)的功能，選取5個(gè)鄰近的農(nóng)業(yè)溫室作為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并編號(hào)為1～5。將3個(gè)傳輸終端節(jié)點(diǎn)和2個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)分別安裝在溫室1～3和溫室4～5內(nèi)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則布置在溫室1中，從而形成了由6個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的ZigBee局域傳輸網(wǎng)絡(luò)。為了采集溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)，在各溫室內(nèi)還放置了現(xiàn)場(chǎng)采集單元，而系統(tǒng)中的監(jiān)控中心和中心服務(wù)器則位于遠(yuǎn)端的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。在系統(tǒng)的總體架構(gòu)建立后，即可對(duì)GIS平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，主要包括以下主要功能的測(cè)試。

1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與顯示。通過操作界面，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室的各個(gè)參數(shù)，并以多種形式對(duì)保存在中心服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，包括報(bào)表和曲線形式，圖6所示曲線為某一時(shí)段溫室1的溫度實(shí)時(shí)曲線，通過觀察曲線的變化趨勢(shì)，使用戶對(duì)參數(shù)的特性有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

2）地圖瀏覽功能。通過測(cè)試，用戶可對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)、全圖、刷新等基本操作，滿足用戶對(duì)溫室進(jìn)行觀察并快速定位的需求。

3）查詢功能。需要測(cè)試點(diǎn)擊查詢和選擇查詢兩種功能。①點(diǎn)擊查詢：用戶在地圖中只需點(diǎn)擊相應(yīng)的溫室點(diǎn)，就可以查詢?cè)摐厥业牡乩韺傩院蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如圖7所示，用戶在操作界面中，點(diǎn)擊相應(yīng)溫室點(diǎn)即可獲得其編號(hào)、位置，以及室內(nèi)溫濕度等信息。②選擇查詢：用戶只需在對(duì)話框中輸入查詢條件，例如溫室內(nèi)的溫度，即可將滿足條件的溫室以高亮形式顯示在地圖中。

4）預(yù)警功能：為了測(cè)試系統(tǒng)的預(yù)警功能，可將系統(tǒng)某一參數(shù)的預(yù)警值，例如溫室的溫度值設(shè)定為一個(gè)較低值，這樣當(dāng)正常值被GIS平臺(tái)接收后隨即產(chǎn)生了報(bào)警，在用戶界面中表現(xiàn)為相應(yīng)的溫室點(diǎn)在不間斷地閃爍，以提醒用戶。

6 小結(jié)

將GIS與ZigBee技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)中，GIS技術(shù)滿足用戶對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和顯示的需求，ZigBee技術(shù)提供了靈活的組網(wǎng)方式，而GPRS的引入更有效地增加了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸距離。用戶不僅可獲得溫室內(nèi)的溫度、濕度等參數(shù)的實(shí)時(shí)值，還可以觀察溫室的地理分布信息，查詢其屬性特征，從而更全面地掌握溫室的狀況。利用該系統(tǒng)可為溫室系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的支持和保障，從而提高了溫室的管理水平，降低了生產(chǎn)成本。在下一步的開發(fā)中，可將遠(yuǎn)程控制功能融入到溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

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（責(zé)任編輯 王曉芳）