專利名稱：移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種基于嵌入式GPS定位技術、無線傳 感網絡通信技術和嵌入式GPRS遠程無線數(shù)據(jù)傳輸技術的移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及 方法。
背景技術：
農作物的生長不僅取決于其自身的生長規(guī)律，而且還受到土壤、環(huán)境、氣候等諸多 自然條件的影響。精細農業(yè)的目標就是采集和分析這些影響農作物生長狀況的數(shù)據(jù)，并在 此基礎之上做出符合農作物生長規(guī)律的農業(yè)生產決策，以對環(huán)境友好的方式促進農作物優(yōu) 質增產。農業(yè)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集量很大，如光照、溫度和濕度等，在農作物生長的特定時期更 是需要頻繁采集和分析，以支持進行農業(yè)生產決策。因此開發(fā)方便而實用的農田信息采集 系統(tǒng)對于農業(yè)生產具有重要的意義。現(xiàn)有的相關技術為中國科學院遙感應用研究所喬彥友發(fā)明的“基于PDA、GPS、GIS 和GPRS的野外調查系統(tǒng)”(公開號CN101441669，申請?zhí)?00810246895. 1)。該系統(tǒng)在進行 數(shù)據(jù)采集時，利用觸摸筆在PDA屏幕上進行邊界描繪，GPS導航定位模塊即讀取內置GPS模 塊中的空間點位數(shù)據(jù)，并與作業(yè)底圖進行疊加，從而確定當前調查的準確地理位置，同時系 統(tǒng)通過通用調查對話框進行有關數(shù)據(jù)的填寫，數(shù)據(jù)采集模塊將某調查點的屬性數(shù)據(jù)和位置 信息一起存儲到存儲卡。該野外調查系統(tǒng)很好地發(fā)揮了 PDA強大的功能，將GIS功能嵌入GPS進行更加豐 富全面的農業(yè)數(shù)據(jù)采集。但是，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分仍然是人工輸入的，尚未實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 的智能化和自動化。另外，該系統(tǒng)不適合用于較大面積較多參數(shù)的農田信息采集。

發(fā)明內容
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)以PDA為平臺，將Zigbee協(xié)調器模塊、GPS模塊和GPRS模塊集成于PDA中。其中，Zigbee協(xié)調器模塊用于管理農田無線傳感器網絡，并通過農田無線傳感器 網絡自動化采集農田信息。應用無線節(jié)點進行數(shù)據(jù)的采集，減少了農田布線的繁鎖，使系統(tǒng) 更加方便實用；GPS模塊用于采集并管理各采樣點的位置信息，并通過虛擬差分站VRS接收到GPS 原始位置的差分信息，增加了 GPS的定位精度，為各采樣點的精確布點提供了方便，也增加 了移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的定位精度；GPRS模塊用于獲取最終的地理位置精確信息，并與農田服務器進行通訊。優(yōu)選地，PDA的主體采用工業(yè)級的PDA。CPU采用的是ARM920TS3C2442A處理器，工 作主頻520MHZ，內存采用Flash和SDRAM兩種型式，保證了數(shù)據(jù)的大量存儲，屏幕采用3. 5 英寸觸摸屏，主操作系統(tǒng)是WindowsMobile 6. 0。
所述系統(tǒng)的軟件包括三個部分第一部分是ZigBee協(xié)調器和PDA的通信過程；第 二部分是GPS模塊的控制和GPS信息的接收與提??；第三部分是GPRS模塊的控制和應用。Zigbee協(xié)調器模塊通過RS-232串口與PDA相連，兩者進行通訊時，PDA上的串口 以16進制數(shù)據(jù)格式發(fā)送數(shù)據(jù)，以ASCII碼格式接收Zigbee協(xié)調器模塊發(fā)送的采集自若干 無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)以文本格式保存在臨時文件夾中。GPS模塊的運行基于串口通訊的軟件，該模塊首先接收到未差分的原始GPS信息， 在申請VRS網站差分信息后，接收到差分后GPS OEM再計算的結果即為精度為亞米級的GPS 定位信息。GPRS模塊的通訊功能不僅涉及到移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與上位機進行數(shù) 據(jù)交換，還涉及到移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與VRS系統(tǒng)連接申請差分信息，此時，移動 式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送移動站身份、權限驗證信息及自身概略位置給VRS數(shù)控中心 并接收VRS差分改正信息；實現(xiàn)設備網絡狀態(tài)自檢，并在連接丟失的情況下重新與VRS網絡 建立連接。優(yōu)選地，GPRS模塊與CPU之間的通信波特率設置為115200bps。初始化正確完成 后，微處理器通過串口向模塊發(fā)送AT命令，實現(xiàn)設備與VRS數(shù)控中心的連接。移動式農田智能數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取工作底圖；步驟二 依照所述底圖進行田間布樣；步驟三建立布樣點安置的無線傳感器及該點GPS位置信息之間的聯(lián)系；步驟四進行數(shù)據(jù)采集；步驟五進行農田數(shù)據(jù)可視化；步驟六判別異常點，若有異常點，則返回步驟四；步驟七將可信數(shù)據(jù)保存至文件；步驟八將數(shù)據(jù)上傳至農田服務器。移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以方便管理農田無線傳感器網絡，實時采集農田 信息，實時與上位機交換信息，并能夠有效地對農田信息數(shù)據(jù)進行管理。


下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明圖1為移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結構框圖；圖2為移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理圖。附圖標記1 -農田服務器、2-VRS。
具體實施例方式如圖1所示，為移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結構框圖，系統(tǒng)以PDA為平 臺，將Zigbee協(xié)調器模塊、GPS模塊和GPRS模塊集成于PDA中。該系統(tǒng)可實時與上位機服 務器系統(tǒng)交換信息。以下結合圖2，介紹使用移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過程
①獲取工作底圖。移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過GPRS，或者通過直接連接數(shù) 據(jù)線從農田服務器1下載農田數(shù)據(jù)采集目標地塊的采樣布點圖作為底圖。②田間布樣。到達目標地塊后，登錄嵌入式農田GIS系統(tǒng)，讀入采樣布點圖，開始 布樣和數(shù)據(jù)采集。首先根據(jù)設計好的采樣布點圖進行布樣，按照移動式農田智能數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)上顯示的指示方位進行布點，布點時須按實際情況進行處理，比如遇到設計布點處有 石塊或其他不利于信息采集的情況時，即可按需調整實際布點位置。按照無線節(jié)點上安裝 的傳感器要求，或者將探針插入土壤(測定土壤水分含量、土壤溫度和土壤電導率)，或者 將探針懸空(測量環(huán)境溫度和濕度)。每布一個點，即可在當前新疊加圖層上點擊布樣點 號，此時移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會自動記錄該布樣點的實時GPS定位信息。③建立布樣點安置的無線傳感器及該點GPS位置信息之間的聯(lián)系。由于每個無線 傳感器節(jié)點的標號已經與其短地址之間建立了一一對應的映射關系(在調試無線傳感器 網絡時完成)，且該映射關系已經保存于每個協(xié)調器中。為了將某個無線傳感器節(jié)點與其實 際所在位置的GPS信息連接起來，在步驟②完成的同時，對于每個布樣點，將安置在該采樣 點的無線傳感器節(jié)點號輸入/或從下拉列表框中選擇出來，該操作步驟使得某個采樣點的 無線傳感器節(jié)點與其GPS位置數(shù)據(jù)共同組成同一條記錄。④數(shù)據(jù)采集。打開數(shù)據(jù)采集界面輸入數(shù)據(jù)采集命令，無線傳感器網絡中各節(jié)點的 信息隨即采集上來，經過處理后保存為臨時文件。數(shù)據(jù)采集命令可以是無線傳感器網絡中 所有節(jié)點信息的采集，也可以是某個特定節(jié)點的信息采集。⑤農田數(shù)據(jù)可視化。在農田信息數(shù)據(jù)可視化界面可觀察所采集到的信息，點擊某 采樣點，該點農田數(shù)據(jù)的文本信息隨即顯示出來。用戶也可通過觀察某個農田屬性值的簡 單專題圖來查看信息，嵌入式GIS提供了農田信息的可視化。⑥異常點的判別。利用嵌入式農田GIS系統(tǒng)提供自動排查異常點的功能。當某節(jié) 點某個農田參數(shù)數(shù)據(jù)為零，或者與其周圍各點值之間均相差2倍的范圍段以上時，則被系 統(tǒng)認作是異常點，系統(tǒng)將給出異常點報告；用戶也可通過觀察某個農田屬性值的簡單專題 圖自行判斷各個采集點信息是否異常，對于有疑問的點可記錄該節(jié)點號。⑦異常點的處理。對于異常點可以發(fā)送重新采集命令，如步驟④所示。在排除異 ?？赡芎?，即可將可信數(shù)據(jù)保存至文件。⑧數(shù)據(jù)上傳至農田服務器。采集數(shù)據(jù)文件可通過嵌入式GIS的文件管理界面發(fā)送 至農田服務器，由農田服務器對數(shù)據(jù)進行保存至數(shù)據(jù)庫，并進行詳細的數(shù)據(jù)分析，給出數(shù)據(jù) 正常確認報告之后，此次農田數(shù)據(jù)采集工作隨即結束。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)以PDA為平臺，將GPS模塊和GPRS模塊集成于PDA中，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括集成于PDA內的Zigbee協(xié)調器模塊，所述Zigbee協(xié)調器模塊通過RS 232串口與PDA核心芯片相連；所述GPS模塊通過虛擬差分站VRS(2)接收GPS原始位置的差分信息，增加了GPS的定位精度；所述GPRS模塊用于獲取最終的地理位置精確信息，并與農田服務器進行通訊。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述Zigbee協(xié)調器模塊與PDA進行通訊時， PDA上的串口以16進制數(shù)據(jù)格式發(fā)送數(shù)據(jù)，以ASCII碼格式接收Zigbee協(xié)調器模塊發(fā)送的 采集自若干無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)以文本格式保存在臨時文件夾中。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPRS模塊實現(xiàn)移動式農田智能數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)與VRS系統(tǒng)連接申請差分信息，包括發(fā)送移動站身份、權限驗證信息及自身概略位 置給VRS數(shù)控中心并接收VRS差分改正信息、實現(xiàn)設備網絡狀態(tài)自檢，并在連接丟失的情況 下重新與VRS網絡建立連接。
4.移動式農田智能數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取工作底圖； 步驟二 依照所述底圖進行田間布樣；步驟三建立布樣點安置的無線傳感器及該點GPS位置信息之間的聯(lián)系；步驟四進行數(shù)據(jù)采集；步驟五進行農田數(shù)據(jù)可視化；步驟六判別異常點，若有異常點，則返回步驟四；步驟七將可信數(shù)據(jù)保存至文件；步驟八將數(shù)據(jù)上傳至農田服務器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)以PDA為平臺，將GPS模塊和GPRS模塊集成于PDA中，所述系統(tǒng)還包括集成于PDA內的Zigbee協(xié)調器模塊；本發(fā)明實現(xiàn)了快速的農田信息自動化采集；增強了采集樣本實時定位的準確性；移動式農田智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以方便管理農田無線傳感器網絡，并能夠有效地對農田信息數(shù)據(jù)進行管理。
文檔編號H04W84/18GK101917666SQ201010269009
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者李修華, 李民贊, 車艷雙, 鄧小蕾, 鄭立華 申請人:中國農業(yè)大學