柘榮縣氣象局溫室小氣候系統的設計開發論文
柘榮縣氣象局溫室小氣候系統的設計開發論文
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，佔全縣總面積的93.1%，平均海拔600米左右。颱風、暴雨、寒潮、霜凍、大風、雷電等災害性天氣尤為常見，屬於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、農作物病蟲害和森林火災的發生發展較為嚴重。氣象災害及其引發的次生災害造成的農業損失佔當地經濟總損失的大部分。
為了進一步推進柘榮縣氣象局氣象為農服務能力，依託石山洋千畝現代農業示範園中氣象為農服務示範基地的建設，柘榮縣氣象局應地制宜在示範大棚內建設溫室小氣候系統，透過該系統可以實現對大棚內的溫度、溼度、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小時不間斷的監測，同時結合室外的10要素自動氣象站的觀測，透過內外資料的對比觀測，科學分析及時準確釋出各類氣象為農資訊，指導菜農合理追肥、及時澆水和科學通風，為農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髮育提供準確的第一手氣象資料，以最佳的生長環境來提高各類農作物的質量和產量。
2 系統整體架構
2.1 系統網路結構
MAWS800-GC溫室小氣候站是監測溫室（如農業大棚、農氣溫室、生態溫室等）小氣候氣象要素的自動氣象站。觀測的要素有環境溫溼度、光量子、日照時數等氣象引數，又可根據需求定製其他測量要素，如冠層溫度、溫室氣體、土壤溼度等，測量高度一般不超過2米。透過無線GPRS和有線光纜通訊至對應的監控後臺中心，由於該示範大棚距離縣氣象局較遠，所以我們採用無線GPRS方式，將採集到的各個報文資料傳輸到寧德市氣象局外網收集伺服器，系統的整體架構如下：
2.2 技術路線
該系統選用的技術路線如下：
⑴系統環境：資料庫伺服器作業系統選擇WINDOWS SERVER 2008系統。
⑵資料庫：Oracle 10g；
⑶資料採集：透過外網或是GPRS網路，將監控到的各類氣象要素資訊傳送至市氣象局的資料收集伺服器中；
⑷開發語言：系統採集同步程式採用C/S構架，開發語言採用Delphi，伺服器端採用B/S架構，開發語言採用java；
⑸採用展現層、業務邏輯層、中間層、資料層分離的多層架構，降低系統模組與模組之間的耦合性，保證系統的穩定性、可擴充套件性和可移植性；
⑹資料傳輸方式：GPRS網路、英特網；
⑺支援WEB SERVICE資料服務介面。
2.3 資料庫設計
由於需要對資料進行實時的前臺顯示，而採集到的資料又是以報文的形式儲存在伺服器中，所以我們選用ORACLE 10G做為後臺儲存資料庫軟體，Oracle構建在強健和可靠的系統結構上，能夠滿足各種苛刻需求。它具有線上索引構建、線上索引合併、線上表重組/重定義、閃回查詢、沉寂資料庫、塊級介質恢復、增量備份與恢復、線上備份與恢復、並行備份與恢復、透明應用故障切換、高階佇列、分散式事務處理、資料倉庫、資料探勘、商業智慧等高階特性，為構建各種應用系統提供了強有力的支援。
另外，Oracle提供了Oracle Real Application Clusters。它透過使用叢集硬體配置為任何套裝或定製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映像的簡單性和易用性。Oracle Real Application Clusters支援從集群系統配置中的多個節點訪問單一資料庫，從而將應用和資料庫使用者與軟硬體故障隔離開來，同時提供了隨硬體環境一同擴充套件的效能。
Oracle 10g平臺包括了資料庫伺服器、應用程式伺服器、工作流伺服器、電子郵件伺服器、目錄伺服器、門戶伺服器、無線伺服器等，提供的是一套完整和整合的解決方案，適合於任何型別的應用程式的開發與部署。
溫室小氣候系統主要監控的要素為：
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溼度（%）：60cm溼度，1m溼度，
⑷土壤溼度（%）：10CM土壤溼度，20CM土壤溼度，30CM土壤溼度
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
所以在資料庫建立表WS_FEATURE。
WS_FEATURE表用來儲存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 入庫程式設計
利用DELPHI語言，編寫入庫程式，對報文內的各個要素值進行解析入庫，並實時監控報文資料夾下的檔案，如有新的檔案進入，則啟動監視器，對檔案中的各個要素進行解析。
資料執行監控包括以下兩個部分：
⑴資料採集監控：根據資料來源檔案生成的頻率，對資料採集中資料的'遲到、未到進行監控。如果資料遲到、未到，則程式做相應的報警提示。
⑵資料異常值監控：如果站點資料有異常，例如資料在時間段內出現數據過大、過小或者是無資料時，則程式做相應的報警提示。
資料已文字的形式傳輸到資料收集伺服器中，每10分鐘收集一個文字檔案，檔案中的內容包含時間、氣象要素值以及峰值出現的時間，根據各個要素值之間的空格編寫資料要素的抽取，並寫入相應的ORACLE資料庫表中。
2.5 前臺軟體開發
透過開發“柘榮氣象為農服務終端系統”，將該APP軟體應用在安卓系統的移動終端或者是平板電腦中，利用該系統調取資料庫中WS_FEATURE表，可實現異地檢視示範大棚內的各個氣象要素值，如要素值出現異常或是超過閥值時，該數值變為紅色。
該系統還整合雷達圖、雲圖、颱風路徑、鄉鎮實況、雨晴溫度、預警訊號等內容為一體，為鄉鎮及縣政府各級快便捷的檢視各類氣象資訊提供了快速通道，同時為各類防災減災提供了科學的依據。
3 結束語
溫室小氣候系統的建設及氣象為農終端系統的開發，使得柘榮縣種植大戶能夠在異地實時檢視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，透過內外資料的收集對比，實現各個農作物物候期的對比研究，對日後的科研收集各類氣象要素值，為柘榮的氣象為農服務做出更大的貢獻。
參考文獻
周榮雙.溫室小氣候環境模型的應用及綜述.農機化研究.2011.
祁宦.設施農業小氣候技術服務系統.農業氣象與生態環境.2003.