宮志宏++李春++薛慶禹

摘要 傳統(tǒng)的電話傳真、廣播電視、網(wǎng)絡、手機短信等氣象信息發(fā)布在實際運用中難以針對特定客戶提供設施農(nóng)業(yè)溫室作物長勢和小氣候氣象數(shù)據(jù)及溫室外天氣狀況的預警查詢服務的問題，研究依托業(yè)務運行的天津市設施農(nóng)業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以GPRS模塊為基礎，通過VB.NET編程語言，SQL server數(shù)據(jù)庫平臺，以Client/Server為構架，建立了基于GPRS模塊的設施農(nóng)業(yè)預警查詢系統(tǒng)，通過電話、短信等接入手段，以短信、彩信自動回復方式為媒介，實現(xiàn)了溫室小氣候的實時查詢、災害天氣的多極自動預警、發(fā)布一體化，提高了設施農(nóng)業(yè)氣象預警信息的準確率及查詢制作發(fā)布的時效性和針對性。

關鍵詞 GPRS；彩信；溫室小氣候；預警查詢；發(fā)布

中圖分類號 P409 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0335-03

Study on Warning and Query Based on GPRS Module for Greenhouse Microclimate Information

GONG Zhi-hong LI Chun XUE Qing-yu

（Tianjin Climate Center，Tianjin 300074）

Abstract In view of the time and place shortage of traditional weather information dissemination based on telephone，fax，radio，television，internet and SMS of meteorological observatory，using remote monitoring system of agricultural facilities，based on GPRS module，selected SQL server as database，Client/Server as structure and VB as programming language，the study established a warning and query system based on GPRS module for greenhouse microclimate information.By phone，SMS，MMS，the system has completed the integrated of real-time query of greenhouse microclimate，multi-polar automatic warning of weather disasters and information dissemination.Finally the study has improved the accuracy of weather warning of agricultural facilities and the effectiveness and relevance of services.

Key words GPRS；MMS；greenhouse microclimate；warning and query；dissemination

近年來，設施農(nóng)業(yè)逐漸成為農(nóng)民增收的重要增長點與突破口。而現(xiàn)有設施農(nóng)業(yè)類型中，日光溫室比例較大，但調控能力有限，受災害性天氣影響風險性大[1-2]，迫切需要有針對性的農(nóng)業(yè)氣象保障[3]。傳統(tǒng)的電話傳真、廣播電視、手機短信等監(jiān)測預警信息難以針對特定農(nóng)戶提供設施農(nóng)業(yè)溫室作物長勢和小氣候氣象數(shù)據(jù)及溫室外天氣狀況的查詢服務[4]。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，專門針對日光溫室的監(jiān)測預警方法技術欣然而起。黎貞發(fā)等[5]、馬為紅等[6]、關福來等[7]、武永峰等[8]基于B/S或C/S形式發(fā)布監(jiān)測預警信息，梁居寶等[9]通過3G進行溫室小氣候及圖像的監(jiān)測，常國旭等[10]、徐巧年等[11]、張佐經(jīng)等[12]、宮志宏等[13]以短消息的方式將信息發(fā)送給用戶，于合龍等[14]用Android手機客戶端軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收，劉德義等[4]、徐高威等[15]通過GPRS進行溫室現(xiàn)場LED終端進行預警信息發(fā)送。經(jīng)過幾年積累，目前國內(nèi)基本已擁有一套從遠程數(shù)據(jù)采集入庫到桌面、網(wǎng)頁圖形圖像顯示、智能手機及LED信息發(fā)布技術。但是仍不能滿足農(nóng)村用戶沒有電腦、智能手機，或者遠離電腦等情況時需要實時了解溫室狀況的需求。

本研究從提高氣象預警信息的時效性和針對性出發(fā)，將災害性天氣多極預警、預警信息快捷制作和高效發(fā)布三者緊密結合[16]，根據(jù)用戶定制，自動選定手機發(fā)布對象，實時發(fā)布預警，實現(xiàn)了用戶與監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺的雙向通訊[17]。以期能夠解決時間、地點的限制性，滿足用戶移動性需求，提高日光溫室災害性天氣監(jiān)測預警能力。

1 系統(tǒng)結構

1.1 設備組成

主要包括硬件部分（溫室自動站、GPRS模塊和用戶手機端）和軟件部分（支撐數(shù)據(jù)庫平臺及設施農(nóng)業(yè)預警查詢軟件系統(tǒng)）。

1.1.1 溫室自動采集站。溫室自動采集站主要包括溫室小氣候自動站（型號為DZN1）及溫室實景監(jiān)測自動站（型號為CICI-IGHM-NVS3G-1）。其中，DZN1型自動站主要采集溫室小氣候要素，包括溫室內(nèi)部空氣溫濕度、土壤溫度、光合有效輻射、二氧化碳濃度。CICI-IGHM-NVS3G-1型實景監(jiān)測系統(tǒng)主要采集溫室作物長勢長相圖片及溫室外棚室圖片。

1.1.2 GPRS模塊。系統(tǒng)采用WAVECOM GPRS模塊，內(nèi)嵌工業(yè)級通信模塊的雙頻調制解調器（WAVECOM Q2403A 工業(yè)型A級），采用寬電壓供電（5～32 V），可以在-20 ℃～+55 ℃運行，通過計算機RS-232串口進行來連接。模塊以彩信（MMS）或短信息（SMS）的方式向用戶發(fā)送監(jiān)控信息，用戶則通過手機短信或電話呼叫的方式對系統(tǒng)發(fā)送命令和進行相關設置。endprint

1.1.3 用戶手機端。無特殊要求，可收發(fā)短信息，并可接收彩信。

1.1.4 數(shù)據(jù)庫。具體有：①信息平臺數(shù)據(jù)庫。平臺數(shù)據(jù)庫采用SQL網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，主要包括用戶表（User）、短信服務表（Sms）、來電服務表（Ring）、自動站點信息表（Station）和日志表（Record）。User表用于設置用戶基本信息及權限，SMS表和Ring表作為用戶短信查詢編碼對應表，與User表中SMS列和Ring列相關聯(lián)。Station表為設施農(nóng)業(yè)站點信息表，與User中Station列相關聯(lián)。②實時氣象數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺主要依托目前已業(yè)務運行的天津市設施農(nóng)業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)后臺SQL網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包括DZN1型自動站實時遠程傳輸?shù)臏厥倚夂蛞兀珻ICI-IGHM-NVS3G-1型實景監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)臏厥覂?nèi)外圖片以及天津氣象區(qū)域自動站采集的溫室外溫度、風速要素。本系統(tǒng)中主要用的2張表，分別為數(shù)據(jù)庫溫室小氣候要素表（TabtimeData）和溫室內(nèi)外圖片信息表（ImageData），TabtimeData每隔10 min更新1次，ImageData每隔1 h更新1次。

1.1.5 溫室小氣候預警查詢軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)在GPRS模塊和實時更新數(shù)據(jù)庫的基礎上開發(fā)完成，系統(tǒng)采用Vb.net開發(fā)。核心界面包括用戶管理、功能瀏覽、系統(tǒng)設置、初始化及發(fā)布5個模塊。用戶管理模塊包括不同級別用戶的添加、修改及刪除管理；功能瀏覽包括電話、短信查詢服務代碼（0～9）代表的含義解釋；系統(tǒng)設置包括SQL數(shù)據(jù)庫路徑及災害預警指標預警頻率的設置；初始化包括GPRS模塊連接及各功能的啟動。發(fā)布主要為人工信息發(fā)布。

1.2 設備組裝與運行

如圖1所示，系統(tǒng)包括圖中A、B兩部分。其中A部分為數(shù)據(jù)自動采集，工作原理為溫室自動采集站實時采集數(shù)據(jù)后通過GPRS和3G網(wǎng)絡的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)服務器進行監(jiān)測校準入庫。B部分為客戶端軟件系統(tǒng)，采用Client/Server結構體系[18]。本研究重點為B部分。設備組裝與運行時，首先安裝GPRS模塊電腦驅動，然后將帶有SIM卡的GPRS模塊通過電腦串口[19]安裝于裝有溫室小氣候預警查詢軟件的服務器，啟動軟件進行初始化，等待返回模塊與移動運營商連接信息和數(shù)據(jù)庫連接信息[20]，如果二者均正確連接，則系統(tǒng)進入偵聽狀態(tài)。之后用戶只需要通過能夠接收文字或圖片的已注冊的移動設備與系統(tǒng)GPRS模塊聯(lián)系即可及時得到自己所需要的信息，不存在時間、地點限制。

2 系統(tǒng)功能設計

2.1 短期自動預警

基于數(shù)據(jù)庫服務器實時傳輸?shù)霓r(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)和室外環(huán)境數(shù)據(jù)，進行短期預警。具體方式為：設置相應的短期預警指標，實時分析數(shù)據(jù)，當達到指標值進行預警，包括每年12月1日至次年3月末5 cm地溫小于0 ℃的凍害預警，2～8 d的低溫寡照預警，溫室外風速大于17 m/s的大風預警。

2.2 手機溫室數(shù)據(jù)查詢反饋

用戶通過撥打電話或發(fā)送短信的方式對溫室數(shù)據(jù)進行查詢，具體操作方式為：GPRS模塊收到指令后，通過RS-232傳到客戶端軟件系統(tǒng)，首先進行身份識別[21]，剔除不合法用戶，之后根據(jù)不同用戶的定制需求及指令要求，進行文字短信息或圖片彩信息反饋。反饋信息包括實時空氣溫濕度、實時二氧化碳濃度、溫室內(nèi)外圖片、日最高最低氣溫及幫助等信息。

2.3 人工信息發(fā)布

如遇突發(fā)性災害或其他一些需要及時通知農(nóng)戶的信息，管理員可通過將短信息發(fā)送到客戶端系統(tǒng)或直接在客戶端服務系統(tǒng)操作進行群發(fā)送或有區(qū)別發(fā)送，從而達到預警或發(fā)布的目的。

3 系統(tǒng)關鍵技術

3.1 軟件與GPRS模塊通信功能實現(xiàn)

由于GPRS模塊具有一個全雙工的串行通信口，因此客戶端PC機與模塊通信采用標準的RS-232串口。建立客戶端系統(tǒng)的通信時，.net中的SerialPort串口類實現(xiàn)了該功能，通過確定通信協(xié)議中的端口號（COM1）、串口通信波特率（9600）、數(shù)據(jù)位（8）、奇偶校驗（0）、停止位（1）、讀超時（1000）等信息[21]，與GPRS模塊建立連接。系統(tǒng)通過SerialPort類中的DataRecieved事件，監(jiān)控串口的接口緩沖，實現(xiàn)一旦有數(shù)據(jù)進來，應用SerialPort類提供的ReadReadLine等函數(shù)立刻處理。數(shù)據(jù)的發(fā)送應用SerialPort類中Write和WriteLine實現(xiàn)。

3.2 數(shù)據(jù)的接收與反饋

用戶想要得到系統(tǒng)的反饋，需通過管理員進行注冊，注冊方式為管理員直接在電腦客戶端軟件注冊或通過手機進行遠程注冊，之后用戶可以根據(jù)權限接收預警信息或進行查詢獲取反饋信息，例如，當你撥打電話或發(fā)送短信代號時系統(tǒng)會根據(jù)用戶定制進行反饋。這些功能的實現(xiàn)在系統(tǒng)后臺通過4個關聯(lián)表來完成，分別為User、Ring、Sms和Station表。以發(fā)送短信息為例，如圖2所示，當用戶編輯指令發(fā)送到客戶端GPRS模塊后，系統(tǒng)偵聽到戶手機號碼、通信方式或發(fā)送指令，并和User表中的用戶進行比較，如不存在該用戶，過濾非法連接；如存在此用戶，查看指令內(nèi)容，如果指令為管理員，為用戶注冊信息，查看Uers表中Permissions列的代碼（0—普通用戶，1—管理員），匹配且指令格式正確，注冊成功并反饋注冊成功信息，否則返回幫助信息；如果為要素查詢，查看User表中Sms列是否有服務代碼（0為無服務，1～8為功能，9為幫助），如果有服務，查看User表中Station列，并關聯(lián)到SMS及Station表，進行相關服務分析，并進行反饋。如果為撥打電話查詢則關聯(lián)到Ring表。

4 系統(tǒng)應用示例

基于GPRS模塊溫室小氣候預警查詢系統(tǒng)依托已業(yè)務運行的天津市設施農(nóng)業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫，在天津市寶坻區(qū)圣人莊，西青區(qū)青凝侯、武清農(nóng)科院創(chuàng)新基地，開展了溫室黃瓜和西紅柿等溫室蔬菜瓜果小氣候要素及其環(huán)境圖像信息的監(jiān)測，初步實現(xiàn)了溫室小氣候的手機電話、短信智能查詢和溫室災害短期預警。endprint

經(jīng)過2年的運行，結果顯示，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，及時性較強。溫室實時溫度、濕度、CO2濃度及環(huán)境圖像等要素的反饋及短期災害預警能夠較為充分滿足農(nóng)戶對溫室大棚內(nèi)外環(huán)境的及時、準確了解。

基于GPRS模塊設施農(nóng)業(yè)監(jiān)測預警系統(tǒng)主界面如圖3所示。用戶發(fā)送溫室內(nèi)環(huán)境圖片服務代碼后反饋的圖片如圖4所示，可較清晰地反映圖像中黃瓜的生長狀況。

5 結論

系統(tǒng)的應用情況顯示，基于GPRS模塊設施農(nóng)業(yè)預警查詢系統(tǒng)性能穩(wěn)定、及時性強，通過電話、短信、彩信等方式，不僅實現(xiàn)了實時空氣溫濕度、實時二氧化碳濃度、溫室內(nèi)外圖片、日最高最低氣溫及幫助等信息的自動反饋，而且實現(xiàn)了溫室短期災害自動預警監(jiān)測預警及信息發(fā)布，最終實現(xiàn)了溫室小氣候的實時查詢、災害天氣的多極自動預警、發(fā)布一體化。

研究突破了傳統(tǒng)電話傳真、廣播電視、手機短信等氣象信息發(fā)布在時間、空間的局限性，可以全天24 h，無論用戶身在何方，只需帶有能夠接收文字和圖片的移動設備，即可及時查詢溫室環(huán)境并接收預警信息及農(nóng)用天氣預報信息發(fā)布。

應用本系統(tǒng)可有效地對設施農(nóng)業(yè)災害性天氣進行實時預警，提高了針對特定客戶提供設施農(nóng)業(yè)溫室作物長勢和小氣候氣象數(shù)據(jù)及溫室外天氣狀況的查詢服務，提高了設施農(nóng)業(yè)氣象預警信息及查詢制作發(fā)布的時效性和針對性。

系統(tǒng)也存在一定的問題，由于應用單卡GPRS模塊，當用戶達到一定數(shù)量時，系統(tǒng)在信息反饋時，會發(fā)生時間的滯后，后期可與運營商協(xié)商，購置相應的服務從而進行改進。

6 參考文獻

[1] 孫智輝，劉志超，曹雪梅，等.日光溫室氣象服務體系設計與應用[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（11）：219-223.

[2] 黎貞發(fā)，王鐵，劉德義.日光溫室氣象監(jiān)測與災害預警系統(tǒng)研制[J].氣象科技，2011，39（2）：247-252.

[3] 李明財，黎貞發(fā)，李春.中國設施農(nóng)業(yè)氣象服務現(xiàn)狀與前景分析[J].農(nóng)業(yè)工程學，2009（16）：214-215.

[4] 劉德義，黎貞發(fā)，李春.基于GPRS的LED屏信息發(fā)布系統(tǒng)及在設施農(nóng)業(yè)氣象服務中的應用[J].照明工程學報，2011，22（2）：67-70.

[5] 黎貞發(fā)，王鐵，宮志宏，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室低溫災害預警技術應用[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2013，29（4）：229-236.

[6] 馬為紅，吳華瑞，孫想，等.基于無線傳輸?shù)臏厥噎h(huán)境智能監(jiān)測與報警系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究，2014（11）：188-194.

[7] 關福來，杜克明，魏瑞江，等.日光溫室低溫寡照災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（4）：601-604.

[8] 武永峰，宮志宏，劉布春，等.基于遠程監(jiān)控的農(nóng)業(yè)氣象自動采集系統(tǒng)設計[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2010（10）：174-179.

[9] 梁居寶，杜克明，孫忠富.基于3G和VPN的溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（29）：139-144.

[10] 常國旭，董秀輝，劉紅艷.加密自動氣象站實時短信報警查詢系統(tǒng)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（1）：427-428.

[11] 徐巧年，張海輝，胡強.基于GSM無線傳輸?shù)臏厥噎h(huán)境因子監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（28）：13845-13847.

[12] 張佐經(jīng)，張海輝，翟長遠，等.設施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子無線監(jiān)測及預警系統(tǒng)設計[J].農(nóng)機化研究，2010（11）：78-82.

[13] 宮志宏，李春，黎貞發(fā).設施農(nóng)業(yè)氣象預警平臺管理層預警方式設計[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2012（6）：13-15.

[14] 于合龍，王佳琪，陳程程，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農(nóng)業(yè)監(jiān)控預警技術及應用[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學報，2014，36（3）：360-365.

[15] 徐高威，程勇，姜杰.設施農(nóng)業(yè)實時氣象信息采集與發(fā)布系統(tǒng)的設計[J].電子設計工程，2014，22（12）：9-12.

[16] 羅寶華，童以長，張深壽，等.地市級氣象災害短信預警系統(tǒng)[J].氣象科技，2007，35（5）：755-758.

[17] 楊安祺，王鐘斐，王彪，等.基于短信模式的農(nóng)產(chǎn)品交易系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2010，31（9）：2144-2146.

[18] 劉雪潔，劉衍珩，王鼎.基于C/S與B/S模式的縱向綜合結構管理系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].吉林大學學報，2004，34（1）：146-149.

[19] 葛磊蛟，姚素娟，毛一之，等.基于C#.NET的GSM MODEM短信貓應用設計開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術，2009（6）：94-96.

[20] 齊軍岐，王婷.短信數(shù)據(jù)庫技術在氣象預警互動系統(tǒng)中的應用[J].軟件導刊，2013，12（4）：135-136.

[21] 王剛，張鷹，潘剛，等.SMS自動回復在企業(yè)銷售平臺中的設計與實現(xiàn)[J].陜西科技大學學報，2010，3（28）：131-134.endprint