基于智能手机的测土配方施肥野外数据采集系统设计与实现

殷涛 何方 孙修飞 万玉洁 陈瑶

摘 要：野外数据的调查与采集是农业生产基础信息获取的重要途径。随着科学技术的发展，数据采集已摆脱了传统手工采集模式进入到了数字化采集模式，但由于平台的局限性，其发展受到了一定的限制。该文以智能手机为载体，以测土配方施肥野外数据采集为例，结合Webservice设计和研发了野外数据采集系统，探索以智能手机为载体的新移动平台特性，为今后的数据采集及农业生产提供了新的思路。

关键词：野外数据采集；智能手机；空间定位；Webservice

中图分类号 S147.2；S126 文献标识码 A 文章编号 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

数据的调查与采集是农业生产基础信息获取的一个重要途径，对很多部门在指导生产上都有很大的作用，既可以用采集数据实时分析进行科学生产，也可以促进监测预警数据库的建设，所以农业数据的调查与采集对农业的生产与发展至关重要。而目前工作人员大部分还是采用白天笔纸调查，晚上加班统计与记录，最后通过电话等方式给省里或农业部进行汇报。这种传统模式的数据采集不仅工作量大而且效率很低，也不能将调查数据实时上传在第一时间用于指导农业生产。

随着科学技术的发展，数字采集模式已逐渐进入到农业生产调查当中，其中最典型的是使用PDA进行野外数据采集，这种采集模式相对于传统采集模式减少了数据采集工作量并提高了效率。但使用PDA进行野外数据采集也有一定的缺陷，这一类型的掌上电脑基本由公司专门设计且价格相对较高，普通农户根本消费不起，经常只能看到少量农技人员和生产大户在田间使用；PDA的另一个缺陷是不能再野外使用网络，实现数据的实时上传。而随着智能手机和移动4G网络的高速发展，以智能手机为载体进行数据采集将会被广泛的应用。智能手机拥有独立的操作系统，独立的存储及运行空间，能够自行安装软件、导航、游戏等第三方服务商提供的程序，并且可通过移动通讯网络实现网络接入手机[1]。智能手机是掌上电脑发展的产物，基本上具有掌上电脑的全部功能，甚至更强大，而随着智能手机的市场竞争越来越大，它的价格也逐渐降低，500元便可以在市场上轻松的买到[2-3]。所以智能手机不仅能够替代传统的PDA，而随着它的快速发展已经完全普及。将开发系统装入智能手机中，既可以节约成本，又能将数据采集成果更广泛更快速的应用到农业生产上。

本文以测土配方施肥数据采集为例，采用基于智能手机的移动GIS技术，结合Webservice探讨与实现基于智能手机的测土配方施肥野外数据采集系统。该系统的建立，不仅解决了常年困扰测土施肥项目快速采集数据的问题，对其它部门数据采集系统的设计与智能手机在农业上的应用也具有重要的意义。

2 关键技术

2.1 空间定位技术 移动终端系统的空间定位是整个系统中最重要的一个环节。系统目标在任何时间、任何环境、任何需求下都需要不间断地获取空间位置信息。在野外进行工作时，随着任务的改变，移动终端系统的位置也会发生改变，所以在整个系统功能的实现过程中必须依靠精确的定位来完成信息的交互。

智能终端定位是指通过移动智能终端和无线网络的配合，确定用户的实际位置信息（经纬度坐标数据），通过MMS、SMS、语音发给用户或以这些为基础来提供增值服务[4]。目前，确定目标所处位置的技术也比较多，如全球卫星定位系统（Global Positioning System，简称GPS）、北斗卫星导航系统、全球移动通信定位系统（Global System of Mobile communication，简称GSM）、无线局域网络定位技术、蓝牙定位技术、超带宽定位技术、RIFD定位技术、Zigbee定位技术、红外线定位技术[5-7]，而目前使用最广的为全球定位系统。

GPS定位服务已是智能手机的必备功能，系统有着完善的GPS定位模块，因此基于智能下进行相关位置服务较容易实现；而GSM定位服务也是智能手机的标配，我们可以通过手机直接享用此服务。所以测土配方施肥野外数据采集信系统的空间定位可以直接使用智能手机上的辅助空间定位功能。在智能手机中，主要的定位方式有GSM定位、无线局域网络定位、GPS定位以及A-GPS定位。GSM定位与无线局域网络的定位原理相同，都依赖于附近的基站网络，当基站数量少的时候，该定位精度差有时甚至不能进行定位，所以这2种定位并不适合该系统。GPS定位技术目前已经成熟，且精度很高，由于GPS的信号不能够穿透建筑物，因而不能在建筑物内进行定位；此外，GPS的定位速度较慢，移动终端搜索卫星信号需要较长的时间，降低了数据采集的效率。虽然GPS定位有一定缺陷但不影响在系统中使用。A-GPS（Assisted Global Positioning System）定位，辅助全球卫星定位系统，是一种GPS的运行方式。它可以通过利用移动基站的资讯，再配合GPS卫星，快速的给予接收机进行定位。传统的GPS已能提供精确的位置信息，但有一定的局限性，在室内和速度上较差，辅助全球卫星定位系统，使用协助服务技术，可以减少定位所需时间，并且在蜂巢式网络（智能手机使用的则是蜂巢式网络）上使用定位服务已越来越普遍[8]，即A-GPS定位非常适合系统使用。

通过上面的分析，对于测土配方施肥野外数据采集系统的定位采取以下方案：优先使用A-GPS定位技术，在附近没有移动基站时（即无网络信号），则采用GPS定位技术。

2.2 Webservice技术 Webservice是一个平台独立的、自包含的、低耦合的、基于可编程的Web应用程序，使用的标准为开放的XML（标准通用标记语言下的一个子集）标准，来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，可用于开发分布式的互操作的应用程序[9]。Webservice技术可以使运行在不同机器上的不同应用不用借助专门或附加的第三方软硬件，就可以进行数据的交换或集成。在不同应用之间依据Webservice规范，对使用的任何语言、任何平台或任何内部协议，都可以进行相互交换数据。它是一个自包含、自描述的网络模块，可以执行具体的业务功能。因为基于了一些常规的产业标准和现有的技术，如XML和HTTP，所以Webservice的部署也很容易。Webservice技术的出现，让Web上的服务不再孤立，可以相互之间进行调用与联系，为信息的获取与集成提供了一个快速、便捷的途径，也为企业或多个组织之间的业务流程提供了一个通用机制。系统通过Webservice可实现不同采样人员采样数据的实时对比分析，也可以通过移动4G网络实时上传至服务器。

3 系统设计

3.1 体系结构设计 测土配方施肥野外数据采集系统是以智能手机为载体，结合Webservice技术，将野外采集数据实时上传给服务器。具体系统架构见图1。

由智能手机进行野外数据采集，通过网络PC端或移动网络将数据传入数据库，再由专业人员对数据进行处理与管理。在数据采集中，由于智能手机的特性，数据采集中还可以对图像、影音等文件的采集，丰富采集数据的类型，便于数据库存储分析。

3.2 功能模块划分 根据系统功能需求分析，测土配方施肥野外数据采集系统主要有基本GIS功能、空间定位功能、数据采集功能、系统管理4个模块，具体情况见图2。

4 系统实现与应用

系统的数据采集是基于测土配方施肥采样点位调查表建立野外数据采集数据库，然后根据移动手机的界面、功能、4G移动数据的应用等其它方面进行了界面和功能的设计，实现了野外数据采集的掌上应用，加快了采集速度，通过实时上传或本地存储解决了采集完成后，还需大量人力和时间进行数据录入的问题。具体实现过程如下：

（1）数据库建立：通过测土配方施肥采样点位调查表了解数据格式及长度，建立测土配方野外数据采集数据库，实现用户及管理人员对采集数据的存储和管理。

（2）功能与界面设计：参考智能手机相关软件界面及野外数据采集表中的格式，对野外数据采集模块进行相关设计和功能数据分类，设计野外数据采集填写方式和逻辑关系处理，实现野外数据的快速采集。

（3）数据管理：对采集后的数据实行统一管理，用户端可以通过智能手机进行数据的修改、无用数据的删除（包括采集过程中的错误）、实时传送与下载；管理端可以通过管理界面对采集数据进行修改、删除和批处理。

图3～图5是采集模块使用过程中的相关界面展示。图3为数据添加和管理界面，用户通过界面中的数据条进行相关数据的编辑与删除，通过右上角的十字图标进行新数据的添加，界面还展示了数据模块的设计；图4显示的为数据的填写方式，在采集过程中主要有3种填写模式：（1）直接输入，通过手机输入法对变数很高的字段直接输入，如采样地块户主名称；（2）选择填写，主要针对县区固定的字段数据在点击输入框后显示一定数据，选中所需数据，如邮政编码、采样目的；（3）关键字输入，属于选择输入的一种，对于某些字段数据较多且复杂，通过关键字筛选所需数据，如村名称，一个县区的村很多，通过输入关键字直接获取村名。在软件设计过程中，加入一定的逻辑关系，让有些数据可自行获取，如在填入村名后，刷新后则乡镇自动显示，节约数据采集时间；图5为数据错误后处理界面，在野外采集录入过程中，经常会出现漏填现象，对后期数据的处理带来麻烦，通过设计关键字段必须填写，当这些字段为空值，在保存时弹出错误提示对话框，提醒科技人员进行修改。

<5 结语

基于智能手机的测土配方野外数据采集系统，使用了最新且应用大众化的移动平台，加速了该系统的推广与使用，特别是与移动4G网络的结合，解决了传统PDA在户外不能使用网络及网速慢的问题。该系统不仅可以用于测土配方施肥项目中，普通农户也可以使用该系统进行数据采集与数据查看。但是，该系统在推广使用时也存在了一定的缺陷，如4G网络的使用，4G网络加速了Web服务的实现，利于农户对信息的获取与查看，但4G网络的使用加速了流量的消耗，而目前流量费用较高，农户并不愿意开启使用。建议农业部门通过与移动公司的合作，建立专门的农业网络，解决网络使用费用，让数字化采集真正得到广泛的应用。

参考文献

[1]曹香东.华为公司智能手机网络营销策略研究[D].北京：中国地质大学，2015.

[2]曾学工.移动互联网时代智能手机业管理创新研究[D].武汉：武汉大学，2013.

[3]郦丽华，秦学礼.智能手机操作系统的发展与分析[J].计算机教育，2014（6）：70-72.

[4]何力民.手机GPS及手机定位系统介绍[EB/OL].[2012-09-18].http：//www.21ic.com/app/auto/201209/144028.htm.

[5]王睿，赵方，彭金华.基于WIFI和蓝牙融合的室内定位算法[J].计算机研究与发展，2011，48（S2）：28-33.

[6]刘川来，郭蓝天，秦浩华.一种改进的Zigbee无线传感器网络定位算法及应用[J].化工自动化及仪表，2011，39（2）：204-208.

[7]夏博光，王卫东，王登阳.无线射频（RIFD）技术在高速检测列车精确定位中的应用[J].铁道建筑，2011（12）：102-105.

[8]姜峰.基于CDMAIX技术的移动定位系统的设计和实现[D].南京：南京邮电大学，2008.

（责编：张宏民）