摘要；田間數據的實時采集、傳輸與處理是實施精準農業的關鍵環節，長期以來，困擾該環節的一個技術瓶頸是客戶端實時數據采集與服務器端聯動式決策的一體化處理，本文利用AreIMS的技術框架，利用AreXML語言，開發了適用于精準農業分布式數據采集、可獨立運行，能實現空間決策分析的技術系統。系統由數據采集、數語處理、信息分析與智能決策4個模塊組艾，本文結合該系統在菜西市高科技農業示范園區的應用實例，揭示了這一系統的邏耕設計、物理實現、技術特色及主要功能。該系統的邏輯設計為精準農業園區高效采集、傳輸、處理信息和數據提供了一套可行的技術框架。

　　關鍵詞：精準農業；數據采集；空間決策分析；ArcIMS

　　0引言

　　隨著人口增長對農業生產和環境壓力的不斷增加，如何以最少的要素投入和環境污染實現最大化的產出越來越受到人們的重視[1]，精準農業由于有效地利用了現代信息技術，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作與管理技術，達到可持續農業生產的目的，日益受到國內外的重視[2-6。目前，精細農業在中國甚至世界范圍內還處在研究和應用的初始階段，許多技術還不完善。其中，如何準確反映參數的空間分布、如何實現田間信息的快速采集和處理等技術的研究在精細農業相關的技術研究中相對滯后，需要進一步深入研究7實現田間數據的快速采集和處理需要解決的一個關鍵問題是實現數據的分布式采集和瀏覽器對矢量數據的顯示，以實現聯動式決策[-11。本文采用ArcIMS的技術結構體系，開發了適用于精準農業工程中的分布式數據采集系統[12]，通過在菜西市高科技農業示范園區的試用，發現該系統移植性強，對硬件的要求低。其基于Web的特征，尤其是在數據采集與空間分析決策的實時操作，以及基于矢量的數據傳輸技術具有一定創新性，適宜在農業工程設計與實踐中推廣。

　　1系統總體設計

　　系統是基于Internet、面向對象的分布式數據采集、處理與智能決策系統。其技術內核是ArcIMS核心技術。長期以來，數據的分布式采集與空間決策問題-直是制約精準農業發展的技術瓶頸，系統主要技術突破是利用ArcIMS的技術框架，解決了這一技術難題，為精準農業的數據采集與決策服務。

　　系統基本模塊有4個：數據采集模塊、數據處理模塊、信息分析模塊與智能決策模塊（圖1），數據采集模塊包括設備配置、信息讀取與格式設置3個子模塊；數據處理模塊在Web頁面上實現了ArcGIS的大部分空間分析功能，包括基于空間位置或屬性信息的選擇功能，Web頁面上信息的放大、縮小與平移等，所有這些功能由3個子菜單管理：圖幅裁堿與空間合并、信息顯示、格式轉換；信息分析模塊有2個子菜單；緩沖區分析菜單與鄰域分析菜單，這兩個空間分析功能是該系統實現數據采集與分析過程的基礎，也為該系統拓展其它功能奠定了基礎；智能決策模塊主要包括日常管理決策、優化管理決策兩個子菜單，智能決策模塊實際上實現的功能是一種應急處理，主要應對突發事件的處理。

　　2系統的功能實現與數據格式

　　利用ArcXML.語言與面向對象的開發策略，通過二次開發（利用ArcXML.編寫超文本文件，并提交到系統編譯，調試與運行）實現了系統4個功能模塊的功能。為實現精準的、基于空間的智能決策，選擇了矢量格式作為數據的存儲格式，使空間定位信息僅僅依賴于數據采集與記錄精度的制約，提高了智能決策的精度與效率。

　　2.1 系統功能實現

　　該系統充分利用了ArcIMS本身負載的客戶端功能，HTML Viewer用來獲取基于圖像的地圖和表格數據，通過它可以實現圖形和屬性的交互，并可以嵌入到任何HTML站點來為用戶提供動態、集中、互動的地圖服務。Java Viewer包含了豐富的GIS工具，都支持要素流，因此可以使用一些GIS功能，如移動地圖顯示窗口、查詢空間及屬性數據等。當使用的是標準客戶端瀏覽器，且在服務器端設定該頁面使用Feature Service時，上述兩個功能的實現可以分兩種情況：

　　1）如果操作所需要的數據已經傳遞給客戶端并位于客戶端緩存中了，則依靠瀏覽器自身讀取數據并按照要求予以顯示；

　　2）如果數據還沒有或者沒有完全傳遞給客戶端，則客戶端向服務器發送新的請求，完成這一操作。當在服務器端設定該頁面使用Image Service時，則每一次操作都要向服務器發送新請求，由服務器生成新的圖像傳回客戶端予以顯示，如緩沖區分析、距離量算、增加諸如文本、圖像或圖形一類的Map Notes，都可以傳到客戶端并顯示在地圖上，以供實時察看。同時，該系統還可以創建Edit Notes，保存成地圖的空間和屬性數據并提交服務器，向服務器端提供決策信息。由于所采集的數據都是基于空間的，這為實時空間定位與對采集到的數據進行圖形化表征提供了一個運行效率高、操作簡便的接口.AreXML.技術在系統中作為一條“鏈子”，把客戶端、Web服務器、應用服務器端、空間數據服務器端緊密鏈接在一起。

　　2.2矢量數據格式

　　系統使用Shape File的數據文件格式.具體數據的調用過程是Feature Server服務器從Shape文件數據集讀取數據，并轉換為經過數據壓縮和流化的矢量格式（ArcXML）傳t i；Query Serve查詢功能用來返回對空間和屬性數據的查詢結果。系統同時利用了Extract Server的功能，根據客戶端的請求，從服務器端（Shape文件）抽取指定的數據，把該數據以壓縮過的Shape文件格式返回給客戶端，就可以實現信息的職能決策。

　　3系統功能與應用實例

　　萊西市高科技農業示范園區占地320畝，其中40畝的花卉和苗圃作為精準農業示范區，本系統的設計目標是為實現該苗圃的精準種植、信息化管理服務。花卉、綠化林木對土壤的要求較高，土壤的環境、質地以及微量元素的含量直接影響了花卉和林木的生長狀況。土壤信息的采集和花卉、苗木的生長狀態實時監測是該系統在功能設計上優先考慮的重點。從土壤信息的采集上看，該系統可以采集土壤無機鹽、金屬離子、陰陽離子及其酸堿度信息，并將該信息與樣點的位置信息結合起來（表1），為精準決策提供基礎信息。

　　4 結 論

　　本文利用ArcIMS的技術框架，設計了適用于精準 農業分布式數據采集和可獨立運行并可輔助空間決策 分析的系統。系統具有幾個突出優點：第一，在拓撲結構 上屬于一個分布式系統，實現了信息的分布式采集、實 時傳輸與實時決策。第二，系統所有采集到的數據都附 有高精度的空間位置信息，空間位置信息與屬性信息的 集成采集與傳輸不僅提高了數據采集與傳輸的效率，同 時保障了系統的實時決策能力。第三，該系統實現了從 客戶端的數據采集與傳輸到服務器端的集成、智能決 策、反饋與實時調控的一體化作業流程。 系統具備較強的應用性，可以實現田塊內動態信息 的實時監測，并依賴該系統實現實時決策和動態調控。 該系統可以用于田塊內病蟲害發生、對土壤信息、作物 的生長態勢等進行監測，為精確把握作物的生長狀態， 合理地調控整個生長過程提供決策參考。

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