江西省自動土壤水分觀測數據平臺在農業領域中的應用

李嫦 黃玲

摘 要：針對當前自動土壤水分觀測資料應用到農業氣象服務中缺少統一業務平臺，各級氣象部門對資料查詢、統計和業務化產品存在較大需求的問題，采用 B/S架構模式，依托My Eclipse開發環境，通過MS SQL Server 2008數據庫存儲數據，自主開發了集土壤水分監測管理整個業務流程為一體的管理平臺。其實現了土壤水分旱情等級評價、墑情分析、實時數據查詢、年值序列分析統計、月值序列分析統計、日值序列分析統計、質量監控、運行監控、站點信息和臺站檔案等功能。

關鍵詞：自動土壤水分觀測；數據平臺；農業領域；應用

文章編號： 1005-2690（2018）11-0007-02 中圖分類號： S152.7 文獻標志碼： A

江西是農業大省之一，其特有的地理條件和氣候特征導致每年都會發生各種旱、澇災情。為了加強對氣象災害特別是旱澇災害的防御，滿足農業氣象防災減災和國家糧食安全的需要，提高防災減災能力和應對氣候變化的能力，根據我國氣象局“氣象監測和災害預警工程”關于在江西省建設自動土壤水分觀測站網的總體安排，江西省氣象局于2009—2011年分兩批共建設自動土壤水分觀測站52個，基本形成了覆蓋全省主要糧食產區干旱監測的自動土壤水分觀測站網。自動土壤水分觀測站網的建成，極大地提高了江西省農業氣象觀測自動化水平，為農業干旱氣象服務提供了基礎資料和指導產品。通過前期調研，省、市、縣3級氣象部門對已建成的自動土壤水分觀測資料缺少統一的數據應用平臺，尤其對資料的查詢、統計和業務化產品存在較大的需求。根據上述調查結果發現，開發一套自動土壤水分觀測數據應用平臺勢在必行[1，2]。

通過軟硬件設備搭建的土壤水分資料業務化綜合應用平臺，主要包括觀測數據查詢、綜合分析（干旱分析、單作物生長期對土壤水分需求分析等）、序列查詢、質量監控、運行評估、臺站沿革、站網布局、站點信息八大模塊，實現數據共享和數據產品業務化的目標[3，4]。

1 系統構建

為了使系統以更松散的方式耦合，系統體系架構設計采用分層式結構，從下至上分別為運行支撐層、數據層、服務層和應用層4個不同的層次。

1.1 運行支撐層

運行支撐層是土壤水分資料業務化綜合應用平臺的載體，依托江西省大氣探測技術中心現有的軟硬件基礎設施，搭建適合系統穩定運行的環境，包括網絡系統、服務器系統、存儲備份系統和安全設備等硬件環境，以及計算機操作系統、數據平臺軟件等軟件環境。

1.2 數據層

數據層通過服務層為應用層的庫房管理相關數據庫提供內容。數據庫內容主要包括臺站沿革數據表，干旱等級劃分表，茶樹、棉花、大豆、油菜、花生、玉米、臍橙和柑橘等種植物生長期內對土壤墑情的需求表，土壤水分觀測設備的評估數據表，土壤水分觀測設備運行狀況表與監控信息表以及基礎地理信息表等。

1.3 服務層

服務層是根據不同用戶對數據平臺的共性需求而設計并實現的系列標準服務接口，以及在此基礎上建立的在線服務系統。通過在線服務系統向應用層提供所需的各種應用服務，如數據獲取、數據查詢、在線制圖等。

1.4 應用層

應用層是面向系統服務對象而提供的業務功能。應用層構造了門戶網站，是土壤水分資料業務化綜合應用平臺面向最終用戶的層面。

2 平臺建設

2.1 數據庫設計

考慮到測繪資料檔案數據量較大，且涉及大量涉密數據，對安全性需求較高，故本系統采用MS SQL Server 2008作為數據庫管理系統。

2.2 系統功能模塊設計

系統按照功能模塊劃分原則設計，根據平臺管理的業務要求，自上而下對系統進行功能解析與模塊劃分，主要包括土壤水分旱情等級評價、墑情分析、實時數據、年值序列、月值序列、日值序列、質量監控、運行監控、站點信息和臺站檔案十大模塊。

2.3 系統開發與實現

系統采用 B/S架構模式，依托My Eclipse開發環境，通過MS SQL Server 2008數據庫存儲數據，開發建立了一個集土壤水分監測管理整個業務流程為一體的管理系統。

2.3.1 綜合分析

分為江西省旱情分析和對單作物墑情分析兩大模塊，生成各自分析結果產品。兩大模塊在同一界面中顯示，即全省旱情分析以全省地圖為底圖，顯示全省土壤水分旱情等級評價色斑圖，綜合為全省旱情等級評價產品；單作物墑情分析以農作物所在縣為單位，鼠標移至，即以表格形式顯示該種農作物墑情狀況分析結果。

2.3.2 數據查詢

設置單站和多站8個土層的實時相對濕度、體積含水量、重量含水率、水分貯存量數據查詢，同時也可進行自定義時段統計。

2.3.3 序列查詢

建立單站年值序列、月值序列、日值序列曲線圖。序列包含相對濕度、體積含水量、重量含水率及水分貯存量。

2.3.4 質量監控

依據2010年江西省氣象科技創新基金課題《自動土壤水分資料傳輸報警系統》對數據質量界定的閾值研究成果，確定土壤相對濕度錯誤閾值范圍，以此對全省自動土壤水分觀測數據進行監控，發布錯誤數據監控結果產品（自動生成并滾動發布），并在首頁顯示。

2.3.5 站點信息

展示臺站自動土壤水分站的站名、區站號、經緯度、土壤容重、田間持水量、凋萎濕度等基本信息，以圖表形式展示。

3 結束語

自動土壤水分觀測數據應用平臺經過1年多的研究開發及試用改進，各項功能更加完善。從設備監測、數據分析、制作到產品生成，形成了一套清晰、規范的土壤水分觀測數據應用業務技術流程。該平臺通過Web網站發布形式，為江西省用戶提供了一個集數據查詢、綜合分析、序列查詢、質量監控、運行評估、臺站沿革、站網布局和站網信息八大功能的數據應用平臺。該平臺的研究，為自動土壤水分評估、業務化運行現狀以及全網布局和站點基礎信息資料提供統一、權威的查詢平臺，為江西省氣象為農服務提供基礎參考數據，為全省干旱和作物生育期綜合分析提供服務產品，填補了江西省干旱預報服務領域的一項空白，增強了江西省干旱氣象服務的能力。

參考文獻：

[ 1 ] 陳濤，劉蘭芳. VB與Surfer制作自定義控件繪制多種色斑圖的方法[J].衡陽師范學院學報，2011，32（06）：109-112.

[ 2 ] 陳寧.湖北省土壤水分自動站監控系統的設計與實現[J].北京農業，2013（24）：148-149.

[ 3 ] 張永娟，陳濤.基于Sesame及Rdfizer擴展工具的關聯數據應用平臺[J]. 圖書情報工作，2013，57（16）：135-139.

[ 4 ] 張峰.川渝地區農業氣象干旱風險區劃與損失評估研究[D].杭州：浙江大學，2014.

（收稿日期：2018-10-15）