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1、(10)申请公布号 CN 102821487 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 2 1 4 8 7 A *CN102821487A* (21)申请号 201110151369.9 (22)申请日 2011.06.08 H04W 84/18(2009.01) G08C 17/02(2006.01) G06F 17/30(2006.01) (71)申请人北京弘源岳泰科技有限公司 地址 100101 北京市朝阳区安翔北里11号 创业大厦C座225室 (72)发明人虢建宏 (54) 发明名称 基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度 监测系统 (57) 摘要 本发。
2、明是基于无线传感器网络和网络地理信 息系统平台研制的设施农业生态环境监测系统， 可较好地解决需全天候在设施农业环境内监测 温、湿度的困难。主要包括全IP无线传感器网络、 传输网络、空间数据库及WebGIS平台，实现对温、 温度的实时远程监测，实现了无线传感器网络与 Internet的无缝链接以及基于数据驱动空间数 据库的各种操作。放置在公共活动区域的液晶屏 显示系统可实时显示用户设置的时间间隔内设施 环境内外温湿度的环境参数，当环境参数超过用 户设置的范围时，系统可通过短信或鸣笛的方式 向用户进行报警。同时用户可通过手机短信查询 和定制设施农业环境内实时温、湿度信息或登陆 Internet查询。
3、、分析温湿度信息。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，其特征在于，包括全IP无 线传感器网络、传输网络、空间数据库与WebGIS平台。 2.根据权利要求1所述的一种基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，其 特征在于，所述无线传感器网络包括温湿度传感器组、节点模块： 温度、湿度传感器组是部署于设施农业环境中用于温度与湿度信息采集的传感器，采 用的数字传感器，可与节点的信号采。
4、集板上预留的接口相连； 节点模块由数据采集节点由2.4G无线收发模块、中央处理器CPU、数据采集通道、GPS 模块组成； 所述的2.4G无线收发模块用于实现与基站之间的数据交换，与基站之间组成无线数 据采集内网； 所述的2.4G无线收发模块，中央处理器CPU集成为JN5139，采用此模块作为接收模块 应用，RS232与基站相连接； 所述的数据采集通道J1-J8提供了多路420mA的模拟信号标准接口，多种数据信号 接口(包括232接口，485接口，SPI接口，以及可定制的串行IO)，扩展接口是为了方便加 接传感器时预留的电源扩展口； GPS模块用于对节点进行空间定位。 3.根据权利要求1所述的一。
5、种基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统， 其特征在于，所述传输网络包括网关与Internet，网关用于支持IPv6的无线传感器网络与 Internet的接入，并进行数据包的路由转发。 4.根据权利要求1所述的空间数据库，其特征在于，以面向数据的应用为核心，基于数 据驱动的空间数据库，将数据按逻辑类型以不同的数据层进行组织存储，实现空间数据与 属性数据的一体化存储与查询，包括温湿度数据、基础地理数据与业务应用数据。 5.根据权利要求1所述的WebGIS平台，其特征在于，系统采用B/S架构模式，为系统提 供数据查询服务、数据分析服务和决策支持服务： 位于Internet上的用户可通过。
6、WebGIS平台访问传感器节点，直接获取监测环境内的 温、湿度数据，或通过空间数据库查询温、湿度数据，同时还可以通过WebGIS平台对温、湿 度数据进行查询、统计、决策分析等功能。 6.如权利要求1所述的基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，其特征在 于：传感器节点初始化时，向网关发送分配IP的请求，网关根据九宫格算法分配给该节点 IP地址，并将传感器节点的IP地址、空间位置信息传送给空间数据库进行注册； 所述九宫格算法，根据IPv6地址映射，以网关节点的网络地址为基础，按地理位置建 立路由表。首先对WSN节点进行编址，并为其映射IPv6地址；建立WSN网络拓扑结构，基 于九宫格。
7、，按顺时针方向计算每个节点的连接度，然后根据连接度计算通信能力，并查找空 洞；由通信能力最大的节点记录所有节点的通信信息，查找路由表，进行逐格路由，转发数 据包。 7.如权利要求5所述的基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，其特征在 于：本发明所述系统中，WebGIS平台还用于温、湿度数据的基于时间序列的统计及数据挖 掘，包括以下步骤： 步骤1：所述互联网节点通过所述的WebGIS平台向所述的空间数据库发送统计、挖掘 权 利 要 求 书CN 102821487 A 2/2页 3 某设施环境范围内的温、湿度信息的请求； 步骤2：所述的空间数据库将空间范围所对应的传感器节点的温、湿度。
8、信息进行查询， 提取； 步骤3：所述的空间数据库将查询到的温、湿度数据按照统计、挖掘的要求，进行统计、 汇总，并将信息通过WebGIS平台传送给互联网节点。 权 利 要 求 书CN 102821487 A 1/4页 4 基于 WebGIS 空间数据库的设施农业温湿度监测系统 技术领域 0001 本发明涉及设施农业环境监测系统，具体涉及基于WebGIS空间数据库的设施农 业温湿度监测系统。 背景技术 0002 全球变暖，种植业首当其冲受到冲击，农业生产面临着更严重的气象灾害。 0003 设施农业属利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工 厂化农业、环境安全型农业生产、无毒农业。
9、，其核心设施就是环境安全型温室、环境安全型 畜禽舍、环境安全型菇房。 0004 设施农业能在一定程度上摆脱气候对农业生产的不利影响，成为资源高利用型产 业。温、湿度是影响农作物生长的最重要因素，对温、湿度信息的及时掌握与调控直接关系 到作物的生产状况及产量。一种可实现对温、湿度信息实时监测的设施农业监测系统，成为 目前重要的开发课题之一。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种可以解决上述问题的设施农业温湿度监测系统。 0006 本发明采用了一种基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，包括全 IP无线传感器网络、传输网络、空间数据库及WebGIS平台。 0007 所述全IP无。
10、线传感器网络包含若干传感器节点，所述每个传感器节点支持IPv6 协议并拥有全球唯一的IP地址，与所述互联网节点采用统一的IPv6协议进行点到点通信。 0008 所述的传感器节点包括两部分：一部分是设置在待监测设施农业环境内的用于采 集温、湿度信息的监测传感器节点；另一部分是设置在待监测设施农业环境内的用于对传 感器节点进行空间定位的GPS模块。 0009 所述监测传感器节点，包括温度、湿度传感器组、2.4G无线收发模块、中央处理器 CPU、数据采集通道组成。 0010 所述的温度、湿度传感器组用于采集温、湿度信息。温度、湿度传感器组采用的数 字传感器，可与节点的信号采集板上预留的接口相连。 0。
11、011 所述的数据采集通道J1-J8提供了多路420mA的模拟信号标准接口，多种数据 信号接口(包括232接口，485接口，SPI接口，以及可定制的串行IO)。扩展接口是为了方 便加接传感器时预留的电源扩展口。 0012 所述的2.4G无线收发模块用于实现与网关之间的数据交换，与基站之间组成无 线数据采集内网。 0013 所述的2.4G无线收发模块，中央处理器CPU集成为JN5139。采用此模块作为接收 模块应用，RS232与基站相连接。 0014 所述的传输网络包括网关与internet。 0015 所述的网关用于全IP传感器网络与互联网的直接接入，完成IP协议栈的转化和 说 明 书CN 1。
12、02821487 A 2/4页 5 IP数据包的路由转发。 0016 位于Internet上的用户可通过所述的WEBGIS平台访问传感器节点，直接获取监 测环境内的温、湿度数据，或者通过空间数据库查询温、湿度数据，同时还可以通过WebGIS 平台对温、湿度数据进行查询、统计、决策分析等功能。 0017 所述的空间数据库主要用于存储传感器节点的空间位置信息、IP地址和传感器节 点采集的温、湿度数据，被设计为基于数据驱动的模式，以不同的数据层进行组织存储，包 括温、湿度数据、基础地理数据与业务应用数据。 0018 所述的WebGIS平台主要用于用户对温、湿度数据进行查询、统计分析、决策分析 等操作。
13、。 0019 本发明所述系统中，传感器节点初始化时，向网关发送分配IP的请求，网关根据 九宫格算法分配给该节点IP地址，并将传感器节点的IP地址、空间位置信息传送给空间数 据库进行注册。 0020 所述九宫格算法，根据IPv6地址映射，以网关节点的网络地址为基础，按地理位 置建立路由表。首先对WSN节点进行编址，并为其映射IPv6地址。建立WSN网络拓扑结构， 基于九宫格，按顺时针方向计算每个节点的连接度，然后根据连接度计算通信能力，并查找 空洞。由通信能力最大的节点记录所有节点的通信信息，查找路由表，进行逐格路由，转发 数据包。 0021 本发明所述系统中，互联网节点对设施农业环境中的温、湿。
14、度监测主要包括以下 过程： 0022 所述互联网节点通过所述的WebGIS平台向所述的空间数据库发送查询某设施环 境范围内的温、湿度信息的请求。 0023 所述的空间数据库将空间范围所对应的传感器节点IP地址通过WebGIS平台传送 给互联网节点。 0024 所述的互联网节点通过WebGIS平台选择一个监测环境节点并通过IP地址向对应 的监测传感器节点发送查询温、湿度信息的指令；所述查询指令通过网关将指令转发到对 应的监测传感器节点。 0025 所述对应的监测传感器节点将采集的温、湿度信息返回给网关，由网关将温、湿度 数据转发给互联网节点。 0026 所述的传感器节点定时将温、湿度数据通过所述。
15、的网关节点传送给空间数据库备 份。 0027 所述互联网节点(WebGIS平台)判断接收到的温、湿度数据是否超出预设的温、湿 度范围，如果超过的话，进行步骤7，否则进行步骤8. 0028 所述互联网节点(WebGIS平台)发出警笛声，进行报警，并弹出相应的对话框，告 知目前的温、湿度信息。 0029 结束。 0030 本发明所述系统中，WebGIS平台还用于温、湿度数据的基于时间序列的统计及数 据挖掘，包括以下步骤： 0031 所述互联网节点通过所述的WebGIS平台向所述的空间数据库发送统计、挖掘某 设施环境范围内的温、湿度信息的请求。 说 明 书CN 102821487 A 3/4页 6 。
16、0032 所述的空间数据库将空间范围所对应的传感器节点的温、湿度信息进行查询，提 取。 0033 所述的空间数据库将查询到的温、湿度数据按照统计、挖掘的要求，进行统计、汇 总，并将信息通过WebGIS平台传送给互联网节点。 0034 本发明提供了一种基于WebGIS空间数据库的设施农业温湿度监测系统，在所述 系统中，采用基于IPv6协议的通讯接入广域互联网，实现WSN与广域网的无缝连接，从而实 现温、湿度信息的无线远程监测；在所述系统中，采用空间数据库技术，将数据按逻辑类型 以不同的数据层进行组织存储，实现空间数据与属性数据的一体化存储与查询；在所属系 统中，采用地理统计、地统计分析、蒙特卡罗。
17、模型、布尔叠加、多元分析、缓冲分析、趋势分析 等方法，分析温湿度与作物产量之间的空间分布关系。 附图说明 0035 下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明。 0036 图1本发明所述的系统逻辑结构图 0037 图2本发明所述的系统流程图 0038 图3本发明所述的传感器节点结构示意图 0039 图4本发明所述的监测设施农业温、湿度信息流程示意图 0040 图5本发明所述的系统数据挖掘流程示意图 具体实施方式 0041 图1所示的是本发明所述系统逻辑结构图，主要由5部分组成：全IP无线传感器 网络、传输网络、互联网节点、空间数据库和WebGIS平台。全IP无线传感器网络由传感器 。
18、节点组成，每个传感器节点都支持精简的IPv6协议，并且拥有全球唯一的IP地址，与互联 网节点采用IP协议进行点对点的通信。传感器节点主要包括两部分：一种是设置在设施农 业监测环境温、湿度信息的传感器组；另一种是设置在设施农业监测环境内用于节点进行 定位的GPS模块。传输网络包括网关和Internet。网关用于全IP无线传感器网络与互联 网的无缝连接，互联网节点通过WebGIS平台对数据进行挖掘、分析；并且可通过访问传感 器节点直接获取温、湿度信息及相应的空间位置信息。空间数据库主要用于存储传感器节 点的IP地址、空间位置信息和节点采集的温、湿度信息。WebGIS平台介于互联网节点与空 间数据库。
19、之间，用于互联网节点通过WebGIS平台上的统计分析、查询、浏览等功能模块，对 空间数据库中的数据进行分析和展示。 0042 图2为本发明所述的系统流程图，系统流程主要分为四部分：WSN数据采集，数据 传输，数据查询分析和数据展示。WSN数据采集流程是这样的：首先，传感器节点根据设施 农业监测环境的需要将温、湿度传感器和GPS定位模块集成到传感器节点中，然后根据设 施农业的监测环境布设节点，节点采集设施环境内的温、湿度信息和空间定位信息，温、湿 度信息经过冗余处理后，向外发送传输。数据传输用于完成WSN与互联网的连通，并将采集 的温、湿度信息、空间位置信息和IP地址信息传送给数据库，以便备份，。
20、数据查询、分析模 块通过调用数据库的数据对数据进行查询、分析和挖掘，最终将查询、分析的结果以地图、 统计图表等形式展示出来。此外，用户还可通过IP地址直接访问传感器节点，获取或查询 说 明 书CN 102821487 A 4/4页 7 传感器节点的温、湿度信息。 0043 图3所示的是本发明所述的传感器节点结构示意图。 0044 传感器节点由5部分组成：2.4G收发模块、中央处理器CPU、数据采集通道、温湿度 传感器组、GPS模块。传感节点通过无线收发模块接收来自Internet用户的命令，中央微 处理器处理数据包中命令并进行解释，并通过无线收发模块发送温湿度传感器组采集的信 息及GPS模块采。
21、集的节点位置信息，节点支持IPV6协议，并拥有全球唯一IP地址。 0045 图4为本发明所述的系统监测设施农业温、湿度信息流程示意图。其监测流程如 下： 0046 所述互联网节点通过所述的WebGIS平台向所述的空间数据库发送查询某设施环 境范围内的温、湿度信息的请求。 0047 所述的空间数据库将空间范围所对应的传感器节点IP地址通过WebGIS平台传送 给互联网节点。 0048 所述的互联网节点通过WebGIS平台选择一个监测环境节点并通过IP地址向对应 的监测传感器节点发送查询温、湿度信息的指令；所述查询指令通过网关将指令转发到对 应的监测传感器节点。 0049 所述对应的监测传感器节点。
22、将采集的温、湿度信息返回给网关，由网关将温、湿度 数据转发给互联网节点。 0050 所述的传感器节点定时将温、湿度数据通过所述的网关节点传送给空间数据库备 份。 0051 所述互联网节点(WebGIS平台)判断接收到的温、湿度数据是否超出预设的温、湿 度范围，如果超过的话，进行步骤7，否则进行步骤8. 0052 所述互联网节点(WebGIS平台)发出警笛声，进行报警，并弹出相应的对话框，告 知目前的温、湿度信息。 0053 结束。 0054 图5为本发明所述的系统数据挖掘流程示意图。其数据挖掘流程如下： 0055 所述互联网节点通过所述的WebGIS平台向所述的空间数据库发送统计、挖掘某 设施环境范围内的温、湿度信息的请求。 0056 所述的空间数据库将空间范围所对应的传感器节点的温、湿度信息进行查询，提 取。 0057 所述的空间数据库将查询到的温、湿度数据按照统计、挖掘的要求，进行统计、汇 总，并将信息通过WebGIS平台传送给互联网节点。 说 明 书CN 102821487 A 1/4页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102821487 A 2/4页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102821487 A 3/4页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102821487 A 10 4/4页 11 图5 说 明 书 附 图CN 102821487 A 11 。