基于智能手機的測土配方施肥野外數據采集系統設計與實現

殷濤 何方 孫修飛 萬玉潔 陳瑤

摘 要：野外數據的調查與采集是農業生產基礎信息獲取的重要途徑。隨著科學技術的發展，數據采集已擺脫了傳統手工采集模式進入到了數字化采集模式，但由于平臺的局限性，其發展受到了一定的限制。該文以智能手機為載體，以測土配方施肥野外數據采集為例，結合Webservice設計和研發了野外數據采集系統，探索以智能手機為載體的新移動平臺特性，為今后的數據采集及農業生產提供了新的思路。

關鍵詞：野外數據采集；智能手機；空間定位；Webservice

中圖分類號 S147.2；S126 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）10-0131-04

Design and Implementation of Field Data Acquisition System based on Intelligent Mobile Phone for Soil Testing and Formula Fertilization

Yin Tao et al.

（School of Resources and Environment，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China）

Abstract： The investigation and collection of field data is an important way to obtain basic information of agricultural production. With the development of science and technology，data acquisition has been away from the traditional manual acquisition mode into the digital collection mode，the development of which has been limited for the limitations of the platform. In this paper，combined intelligent mobile phones and field data collection by soil testing and formula fertilization，the field data acquisition system was designed and developed based on Webservice，the characteristics of which was explored to provide a new way of thinking for the future data collection and agricultural production.

Key words：Field data collection；Smartphones；Spatial orientation；Webservice

1 引言

數據的調查與采集是農業生產基礎信息獲取的一個重要途徑，對很多部門在指導生產上都有很大的作用，既可以用采集數據實時分析進行科學生產，也可以促進監測預警數據庫的建設，所以農業數據的調查與采集對農業的生產與發展至關重要。而目前工作人員大部分還是采用白天筆紙調查，晚上加班統計與記錄，最后通過電話等方式給省里或農業部進行匯報。這種傳統模式的數據采集不僅工作量大而且效率很低，也不能將調查數據實時上傳在第一時間用于指導農業生產。

隨著科學技術的發展，數字采集模式已逐漸進入到農業生產調查當中，其中最典型的是使用PDA進行野外數據采集，這種采集模式相對于傳統采集模式減少了數據采集工作量并提高了效率。但使用PDA進行野外數據采集也有一定的缺陷，這一類型的掌上電腦基本由公司專門設計且價格相對較高，普通農戶根本消費不起，經常只能看到少量農技人員和生產大戶在田間使用；PDA的另一個缺陷是不能再野外使用網絡，實現數據的實時上傳。而隨著智能手機和移動4G網絡的高速發展，以智能手機為載體進行數據采集將會被廣泛的應用。智能手機擁有獨立的操作系統，獨立的存儲及運行空間，能夠自行安裝軟件、導航、游戲等第三方服務商提供的程序，并且可通過移動通訊網絡實現網絡接入手機[1]。智能手機是掌上電腦發展的產物，基本上具有掌上電腦的全部功能，甚至更強大，而隨著智能手機的市場競爭越來越大，它的價格也逐漸降低，500元便可以在市場上輕松的買到[2-3]。所以智能手機不僅能夠替代傳統的PDA，而隨著它的快速發展已經完全普及。將開發系統裝入智能手機中，既可以節約成本，又能將數據采集成果更廣泛更快速的應用到農業生產上。

本文以測土配方施肥數據采集為例，采用基于智能手機的移動GIS技術，結合Webservice探討與實現基于智能手機的測土配方施肥野外數據采集系統。該系統的建立，不僅解決了常年困擾測土施肥項目快速采集數據的問題，對其它部門數據采集系統的設計與智能手機在農業上的應用也具有重要的意義。

2 關鍵技術

2.1 空間定位技術 移動終端系統的空間定位是整個系統中最重要的一個環節。系統目標在任何時間、任何環境、任何需求下都需要不間斷地獲取空間位置信息。在野外進行工作時，隨著任務的改變，移動終端系統的位置也會發生改變，所以在整個系統功能的實現過程中必須依靠精確的定位來完成信息的交互。

智能終端定位是指通過移動智能終端和無線網絡的配合，確定用戶的實際位置信息（經緯度坐標數據），通過MMS、SMS、語音發給用戶或以這些為基礎來提供增值服務[4]。目前，確定目標所處位置的技術也比較多，如全球衛星定位系統（Global Positioning System，簡稱GPS）、北斗衛星導航系統、全球移動通信定位系統（Global System of Mobile communication，簡稱GSM）、無線局域網絡定位技術、藍牙定位技術、超帶寬定位技術、RIFD定位技術、Zigbee定位技術、紅外線定位技術[5-7]，而目前使用最廣的為全球定位系統。

GPS定位服務已是智能手機的必備功能，系統有著完善的GPS定位模塊，因此基于智能下進行相關位置服務較容易實現；而GSM定位服務也是智能手機的標配，我們可以通過手機直接享用此服務。所以測土配方施肥野外數據采集信系統的空間定位可以直接使用智能手機上的輔助空間定位功能。在智能手機中，主要的定位方式有GSM定位、無線局域網絡定位、GPS定位以及A-GPS定位。GSM定位與無線局域網絡的定位原理相同，都依賴于附近的基站網絡，當基站數量少的時候，該定位精度差有時甚至不能進行定位，所以這2種定位并不適合該系統。GPS定位技術目前已經成熟，且精度很高，由于GPS的信號不能夠穿透建筑物，因而不能在建筑物內進行定位；此外，GPS的定位速度較慢，移動終端搜索衛星信號需要較長的時間，降低了數據采集的效率。雖然GPS定位有一定缺陷但不影響在系統中使用。A-GPS（Assisted Global Positioning System）定位，輔助全球衛星定位系統，是一種GPS的運行方式。它可以通過利用移動基站的資訊，再配合GPS衛星，快速的給予接收機進行定位。傳統的GPS已能提供精確的位置信息，但有一定的局限性，在室內和速度上較差，輔助全球衛星定位系統，使用協助服務技術，可以減少定位所需時間，并且在蜂巢式網絡（智能手機使用的則是蜂巢式網絡）上使用定位服務已越來越普遍[8]，即A-GPS定位非常適合系統使用。

通過上面的分析，對于測土配方施肥野外數據采集系統的定位采取以下方案：優先使用A-GPS定位技術，在附近沒有移動基站時（即無網絡信號），則采用GPS定位技術。

2.2 Webservice技術 Webservice是一個平臺獨立的、自包含的、低耦合的、基于可編程的Web應用程序，使用的標準為開放的XML（標準通用標記語言下的一個子集）標準，來描述、發布、發現、協調和配置這些應用程序，可用于開發分布式的互操作的應用程序[9]。Webservice技術可以使運行在不同機器上的不同應用不用借助專門或附加的第三方軟硬件，就可以進行數據的交換或集成。在不同應用之間依據Webservice規范，對使用的任何語言、任何平臺或任何內部協議，都可以進行相互交換數據。它是一個自包含、自描述的網絡模塊，可以執行具體的業務功能。因為基于了一些常規的產業標準和現有的技術，如XML和HTTP，所以Webservice的部署也很容易。Webservice技術的出現，讓Web上的服務不再孤立，可以相互之間進行調用與聯系，為信息的獲取與集成提供了一個快速、便捷的途徑，也為企業或多個組織之間的業務流程提供了一個通用機制。系統通過Webservice可實現不同采樣人員采樣數據的實時對比分析，也可以通過移動4G網絡實時上傳至服務器。

3 系統設計

3.1 體系結構設計 測土配方施肥野外數據采集系統是以智能手機為載體，結合Webservice技術，將野外采集數據實時上傳給服務器。具體系統架構見圖1。

由智能手機進行野外數據采集，通過網絡PC端或移動網絡將數據傳入數據庫，再由專業人員對數據進行處理與管理。在數據采集中，由于智能手機的特性，數據采集中還可以對圖像、影音等文件的采集，豐富采集數據的類型，便于數據庫存儲分析。

3.2 功能模塊劃分 根據系統功能需求分析，測土配方施肥野外數據采集系統主要有基本GIS功能、空間定位功能、數據采集功能、系統管理4個模塊，具體情況見圖2。

4 系統實現與應用

系統的數據采集是基于測土配方施肥采樣點位調查表建立野外數據采集數據庫，然后根據移動手機的界面、功能、4G移動數據的應用等其它方面進行了界面和功能的設計，實現了野外數據采集的掌上應用，加快了采集速度，通過實時上傳或本地存儲解決了采集完成后，還需大量人力和時間進行數據錄入的問題。具體實現過程如下：

（1）數據庫建立：通過測土配方施肥采樣點位調查表了解數據格式及長度，建立測土配方野外數據采集數據庫，實現用戶及管理人員對采集數據的存儲和管理。

（2）功能與界面設計：參考智能手機相關軟件界面及野外數據采集表中的格式，對野外數據采集模塊進行相關設計和功能數據分類，設計野外數據采集填寫方式和邏輯關系處理，實現野外數據的快速采集。

（3）數據管理：對采集后的數據實行統一管理，用戶端可以通過智能手機進行數據的修改、無用數據的刪除（包括采集過程中的錯誤）、實時傳送與下載；管理端可以通過管理界面對采集數據進行修改、刪除和批處理。

圖3～圖5是采集模塊使用過程中的相關界面展示。圖3為數據添加和管理界面，用戶通過界面中的數據條進行相關數據的編輯與刪除，通過右上角的十字圖標進行新數據的添加，界面還展示了數據模塊的設計；圖4顯示的為數據的填寫方式，在采集過程中主要有3種填寫模式：（1）直接輸入，通過手機輸入法對變數很高的字段直接輸入，如采樣地塊戶主名稱；（2）選擇填寫，主要針對縣區固定的字段數據在點擊輸入框后顯示一定數據，選中所需數據，如郵政編碼、采樣目的；（3）關鍵字輸入，屬于選擇輸入的一種，對于某些字段數據較多且復雜，通過關鍵字篩選所需數據，如村名稱，一個縣區的村很多，通過輸入關鍵字直接獲取村名。在軟件設計過程中，加入一定的邏輯關系，讓有些數據可自行獲取，如在填入村名后，刷新后則鄉鎮自動顯示，節約數據采集時間；圖5為數據錯誤后處理界面，在野外采集錄入過程中，經常會出現漏填現象，對后期數據的處理帶來麻煩，通過設計關鍵字段必須填寫，當這些字段為空值，在保存時彈出錯誤提示對話框，提醒科技人員進行修改。

<5 結語

基于智能手機的測土配方野外數據采集系統，使用了最新且應用大眾化的移動平臺，加速了該系統的推廣與使用，特別是與移動4G網絡的結合，解決了傳統PDA在戶外不能使用網絡及網速慢的問題。該系統不僅可以用于測土配方施肥項目中，普通農戶也可以使用該系統進行數據采集與數據查看。但是，該系統在推廣使用時也存在了一定的缺陷，如4G網絡的使用，4G網絡加速了Web服務的實現，利于農戶對信息的獲取與查看，但4G網絡的使用加速了流量的消耗，而目前流量費用較高，農戶并不愿意開啟使用。建議農業部門通過與移動公司的合作，建立專門的農業網絡，解決網絡使用費用，讓數字化采集真正得到廣泛的應用。

參考文獻

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[8]姜峰.基于CDMAIX技術的移動定位系統的設計和實現[D].南京：南京郵電大學，2008.

（責編：張宏民）