柘荣县气象局温室小气候系统的设计开发

　　1 引言
　　柘荣县地处福建省东北部，县境内峰峦起伏，河床陡峻，地势呈东高西低。山地面积514.85平方千米，占全县总面积的93.1%，平均海拔600米左右。台风、暴雨、寒潮、霜冻、大风、雷电等灾害性天气尤为常见，属于福建省暴雨中心之一。由气象原因引起的山洪、泥石流、山体滑坡、坍塌等地质灾害、农作物病虫害和森林火灾的发生发展较为严重。气象灾害及其引发的次生灾害造成的农业损失占当地经济总损失的大部分。
　　为了进一步推进柘荣县气象局气象为农服务能力，依托石山洋千亩现代农业示范园中气象为农服务示范基地的建设，柘荣县气象局应地制宜在示范大棚内建设温室小气候系统，通过该系统可以实现对大棚内的温度、湿度、地温、太阳总辐射、光合有效辐射、二氧化碳浓度等气象要素进行24小时不间断的监测，同时结合室外的10要素自动气象站的观测，通过内外数据的对比观测，科学分析及时准确发布各类气象为农信息，指导菜农合理追肥、及时浇水和科学通风，为农户提供精细化气象服务，为各类药材、名贵花卉及蔬菜瓜果的生长发育提供准确的第一手气象资料，以最佳的生长环境来提高各类农作物的质量和产量。
　　2 系统整体架构
　　2.1 系统网络结构
　　MAWS800-GC温室小气候站是监测温室（如农业大棚、农气温室、生态温室等）小气候气象要素的自动气象站。观测的要素有环境温湿度、光量子、日照时数等气象参数，又可根据需求定制其他测量要素，如冠层温度、温室气体、土壤湿度等，测量高度一般不超过2米。通过无线GPRS和有线光缆通讯至对应的监控后台中心，由于该示范大棚距离县气象局较远，所以我们采用无线GPRS方式，将采集到的各个报文数据传输到宁德市气象局外网收集服务器，系统的整体架构如下：
　　2.2 技术路线
　　该系统选用的技术路线如下：
　　⑴系统环境：数据库服务器操作系统选择WINDOWS SERVER 2008系统。
　　⑵数据库：Oracle 10g；
　　⑶数据采集：通过外网或是GPRS网络，将监控到的各类气象要素信息传送至市气象局的数据收集服务器中；
　　⑷开发语言：系统采集同步程序采用C/S构架，开发语言采用Delphi，服务器端采用B/S架构，开发语言采用java；
　　⑸采用展现层、业务逻辑层、中间层、数据层分离的多层架构，降低系统模块与模块之间的耦合性，保证系统的稳定性、可扩展性和可移植性；
　　⑹数据传输方式：GPRS网络、英特网；
　　⑺支持WEB SERVICE数据服务接口。
　　2.3 数据库设计
　　由于需要对数据进行实时的前台显示，而采集到的数据又是以报文的形式保存在服务器中，所以我们选用ORACLE 10G做为后台存储数据库软件，Oracle构建在强健和可靠的系统结构上，能够满足各种苛刻需求。它具有在线索引构建、在线索引合并、在线表重组/重定义、闪回查询、沉寂数据库、块级介质恢复、增量备份与恢复、在线备份与恢复、并行备份与恢复、透明应用故障切换、高级队列、分布式事务处理、数据仓库、数据挖掘、商业智能等高级特性，为构建各种应用系统提供了强有力的支持。
　　另外，Oracle提供了Oracle Real Application Clusters。它通过使用集群硬件配置为任何套装或定制应用提供了无限可伸缩性和高可用性，同时又具有单一系统映像的简单性和易用性。Oracle Real Application Clusters支持从集群系统配置中的多个节点访问单一数据库，从而将应用和数据库用户与软硬件故障隔离开来，同时提供了随硬件环境一同扩展的性能。
　　Oracle 10g平台包括了数据库服务器、应用程序服务器、工作流服务器、电子邮件服务器、目录服务器、门户服务器、无线服务器等，提供的是一套完整和集成的解决方案，适合于任何类型的应用程序的开发与部署。
　　温室小气候系统主要监控的要素为：
　　⑴温度（℃）：60cm空气温度，1m空气温度，
　　⑵地面温度（℃）：地表温度，5CM地温，10CM地温，15CM地温，20CM地温，
　　⑶湿度（%）：60cm湿度，1m湿度，
　　⑷土壤湿度（%）：10CM土壤湿度，20CM土壤湿度，30CM土壤湿度
　　⑸太阳辐射：总辐射（W/㎡），总辐射极大（W/㎡），总辐射极大时间，总辐射累计（MJ/㎡）
　　⑹光合辐射：光合有效辐射（W/㎡），光合有效辐射极大值（W/㎡），光合有效辐射极大值时间，光合有效辐射累计（MJ/㎡）
　　⑺二氧化碳（ppm）：二氧化碳最高浓度，二氧化碳最高浓度时间二氧化碳最低浓度，二氧化碳最低浓度时间
　　所以在数据库建立表WS_FEATURE。
　　WS_FEATURE表用来存储HUATRON@ MAWS800-GC温室小气候站的各种观测要素值，表的内容及格式大致如下：
　　2.4 入库程序设计
　　利用DELPHI语言，编写入库程序，对报文内的各个要素值进行解析入库，并实时监控报文文件夹下的文件，如有新的文件进入，则启动监视器，对文件中的各个要素进行解析。
　　数据运行监控包括以下两个部分：
　　⑴数据采集监控：根据数据源文件生成的频率，对数据采集中数据的迟到、未到进行监控。如果数据迟到、未到，则程序做相应的报警提示。
　　⑵数据异常值监控：如果站点数据有异常，例如数据在时间段内出现数据过大、过小或者是无数据时，则程序做相应的报警提示。
　　数据已文本的形式传输到数据收集服务器中，每10分钟收集一个文本文件，文件中的内容包含时间、气象要素值以及峰值出现的时间，根据各个要素值之间的空格编写数据要素的抽取，并写入相应的ORACLE数据库表中。
　　2.5 前台软件开发
　　通过开发“柘荣气象为农服务终端系统”，将该APP软件应用在安卓系统的移动终端或者是平板电脑中，利用该系统调取数据库中WS_FEATURE表，可实现异地查看示范大棚内的各个气象要素值，如要素值出现异常或是超过阀值时，该数值变为红色。
　　该系统还整合雷达图、云图、台风路径、乡镇实况、雨晴温度、预警信号等内容为一体，为乡镇及县政府各级快便捷的查看各类气象信息提供了快速通道，同时为各类防灾减灾提供了科学的依据。
　　3 结束语
　　温室小气候系统的建设及气象为农终端系统的开发，使得柘荣县种植大户能够在异地实时查看到大棚内的各个气象要素值，同时柘荣县气象局在室外也建设了十要素的自动气象站一套，通过内外数据的收集对比，实现各个农作物物候期的对比研究，对日后的科研收集各类气象要素值，为柘荣的气象为农服务做出更大的贡献。
　　
　　周荣双.温室小气候环境模型的应用及综述.农机化研究.2011.
　　祁宦.设施农业小气候技术服务系统.农业气象与生态环境.2003.