全 文 ：第 15 卷 第 6 期
Vol. 15 No. 6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2007 年 11 月
Nov. 2007
文章编号: 1007-0435( 2007) 06-0550-06
基于 PDA的草原鼠害数据采集系统的开发
武守忠1 , 高灵旺1* , 施大钊1, 苏洪田2 , 梁建平1
( 1. 中国农业大学农学与生物技术学院, 北京 100094; 2. 农业部全国畜牧总站草业处, 北京 100026)
摘要: 为提高草原鼠害监测的规范性、数据采集效率和数据传输的实时性, 本文分析了当前数据采集的特点, 以
C# 为开发工具, 将 PDA、GPS、XML 等技术综合集成进行基于 PDA 的草原鼠害数据采集系统的研发,开发出空间
采集法、定点采集法、定面积捕尽法和铗日采集法等应用工具软件, 实现了草原害鼠数据采集的半自动化, 改变了
传统野外数据采集方式,提高了工作效率。
关键词: PDA; GPS; 数据采集; 草原鼠害
中图分类号: S812. 6 文献标识码: A
Development Data Collection System of the Rodent Pest on the
Grassland Based on the PDA with GPS
WU Shou-zhong
1
, GAO Ling-w ang
1*
, SH I Da-zhao
1
, SU Hong- t ian
2
, L IANG Jian-ping
1
( 1. College of Ag ro-Biotech nology, C hina Agricultural U niver sity, P. R. China, Beijing 100094;
2. Gras sland Division, National Animal Hu sbandry Ser vice, M inist ry of Agriculture, Bei jing 100026, China)
Abstract: T he rodent pest on the gr assland is one o f important disasters af fecting animal husbandry in Ch-i
na. The monitoring of rodent populat ion dynam ics is crit ical for the predict ion and control o f rodent num-
bers. In or der to improve the standardizat ion and ef f iciency of rodent pest monitoring on the grassland and
tr ansm itt the data in rea-l time, this paper analy zed the pr esent features o f data col lection of rodent pest on
the g rassland and integ rated the technolo gies of PDA , GPS, XML and C# and so on to develop the data
col lect ion system based on PDA, including four modules fo r data collection based on the space, set t led
spot , set t led ar ea, and days, respect ively. T he sy stem achieved the goals o f half-automat ic data co llect ion,
changed the t radit ional w ay of f ield data co llect ion, and improved the w ork ef ficiency.
Key words: PDA; GPS; Data collect ion; Rodent pest on the gr assland
草原鼠害已成为影响畜牧业发展的主要灾害之
一。我国自 20世纪 50 年代后期发生草原鼠害以
来,各级政府对此十分重视。控制草原鼠害的根本
途径是防止草场退化,掌握害鼠数量变动规律,进行
预测预报,开展综合防治,将害鼠数量长期控制在不
危害的程度, 实现草地的可持续发展 [ 1]。其中草原
鼠害动态监测则是进行鼠害控制的基础环节, 为此
全国畜牧兽医总站制定并颁布实施了5草原鼠害调
查技术规程(试行)6[ 2]。传统鼠害监测调查中的数
据采集是将调查数据记录在纸张上,然后带回室内
再录入到计算机中进行分析处理, 这种方法存着如
下问题: 野外人工数据记录工作量较大且不易准确
定位; 对采集数据的完整性和采集数据因子之间的
逻辑错误等问题无法及时有效控制; 内业数据录入
工作量大,数据出错的概率高等[ 3 ]。
目前, 国内外基于 PDA 的数据采集软件已经
在林业[ 4, 5] 、作物施肥[ 6]、地籍测量 [ 7]、医疗 [ 8] 等多
种领域进行实际应用, 而在草原鼠害数据采集方面
的相关软件却未见报道。为缩短草原鼠害的监测、
预报、预警的反映时间,在尽可能短的时间内进行防
收稿日期: 2007-01-04; 修回日期: 2007-10-08
基金项目: / 十一五0国家科技支撑计划( 2006BA529A05) ,国家重点基础研究发展计划资助项目( 973课题, 2007CB109100)
作者简介: 武守忠( 1980-) ,男,山西人,硕士, 主要从事植保计算机信息技术研究及应用, E- mai l: w ushouzhong @ 126. com; * 通讯作者
Author for correspondence, E-mail: lw gao@ cau. edu. cn
第 6期 武守忠等: 基于 PDA 的草原鼠害数据采集系统的开发
治决策,最大限度地减少经济损失,建立适用于草原
鼠害数据快速采集传输处理的软件以及相应的数据
管理系统已迫在眉睫。本文根据全国畜牧兽医总站
颁布的、由中国农业大学施大钊教授主笔的5草原鼠
害调查技术规程(试行)6开发了基于 PDA 的草原
鼠害数据采集系统,使草原鼠害数据采集完全实现
数字化和电子化。
1 系统开发平台
1. 1 硬件环境
PDA( Personal Digital Assistant )即/个人数字
助理0,它内有操作系统和应用软件,是一种小巧、轻
便和操作简单的超轻型计算机 [ 9]。本系统开发采用
的 PDA 为神达公司的产品 Mio168,其主要指标为:
操作系统为 Window s Mobile 2003 for Pocket PC
中文版、Intel PXA-255 300MHz CPU、内存为
32MB Flash ROM + 64MB SDRAM、显示为 3. 5
寸 65536色半穿透式 TFT LCD、内置 GPS 卫星定
位模组、内置 25 mm @ 25 mm 卫星天线、USB 同步
传输、红外线无线传输、1350 mA h 可充电锂电池。
其中的 GPS的数据为 NMEA0183格式。
1. 2 开发环境
系统基于 Window s 2000 Professional进行开
发,开发工具为 M icr oso ft V isual Studio 2003, 开发
语言为 C# ,数据存储格式为 XML。
C# 是一种最新的、面向对象的编程语言。程
序员可以快速地编写各种基于 M icr osof t . NET 平
台的应用程序, C# 包含了内置的特性,使其组件可
以轻松转化为 XML 网络服务, 通过 Inter net 被程
序调用。
2 草原鼠害数据采集系统设计方案
2. 1 系统组成
通过对5草原鼠害调查技术规程(试行) 6中的
5危害状况报表6、5鼠数量调查表6、5调查样地鼠
记录表6、5捕鼠记录表6和5鼠特征登记表6中的数
据进行分析, 根据实际调查情况下数据记录的方
便性等需要,对相关数据进行整合优化, 在剔除各
表中可能存在的数据重复可能性并保证数据记录
完整的情况下, 将本系统分为 4个不同的调查专
用软件模块:空间采集法软件(针对5危害状况报
表6和5鼠数量调查表6)、定点采集法软件 (针对
5捕获鼠记录表6)、定面积捕尽法软件(针对5捕鼠
记录表6)和铗日采集法(针对5鼠特征登记表6)软
件,整个系统的组成如图 1所示, 系统各专用模块
对应的实际使用范围见表 1。
图 1 PDA草原鼠害数据采集系统
F ig 1 Data collection sy st em fo r monitor ing r odent pest
on the g r assland based on PDA
表 1 各模块主发功能表
T able 1 Functions of modules in the system
采集模块 M odu les of the softw are 主要功能 Main fu nct ions
空间采集法模块
Module for data collect ionbased on the space
路线踏察、鼠害植被损失估计、鼠害发生面积
Invest igat ion along a set tl ed t rack, loss assessm ent caused by r odent pest on the
grassland, and area w ith roden t pest on the grassland
定点采集法模块
Module for data collect ionbased on set t led plot
害鼠洞口(土丘)系数调查、样地害鼠数量调查
Invest igat ion on h oles coef f icien t of rodent pes t s an d the n umber of rodent pest s in set-
tled plot
定面积捕尽法模块
Module for data collect ionbased on the sett l ed area
害鼠种群动态监测
Monitoring the populat ion dyn amic of r odent pest on th e gras sland
铗日采集法模块
Module for data collect ionbased on days
害鼠密度调查、农牧交错带数量调查
Invest igat ion on roden t pest density on the grassland an d the numbers of r odent p est s
in Agricultur e and Pas tu rage Interlaced Zon e
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草 地 学 报 第 15卷
2. 2 系统具备的功能
草原鼠害数据采集系统各个软件模块主要具备
鼠害生境、种群密度、GPS定位等数据记录和通过 In-
ternet上传数据的功能,达到野外输入的数据与 GPS
坐标绑定、定位和数据快速上报的目的。
系统整体实现如图 2 所示。PDA 通过内置的
GPS 硬件设备接收 GPS卫星信号,通过编程方式将
接收的信号进行解析,从中获得 GPS 经纬度数据,
直接与基础调查数据进行绑定, 工作人员只需将基
础数据通过人机接口录入并保存即可生成 XML 文
件,并可通过浏览器直接查看和通过 Internet 将数
据上传到服务器。
图 2 数据采集系统整体工作流程示意图
F ig 2 F low chart o f data co llection system
2. 3 系统整体技术路线
系统的流程主要分为:采集、处理、输出 3 部分
(图 3)。
图 3 技术流程图
F ig. 3 T echnolog y flow char t
系统采集的数据由基本数据和 GPS 经纬度数
据两部分构成,这两部分分别由基本数据录入模块
和 GPS 串口数据读取模块来获取并绑定在一起。
获取的 GPS 定位数据通过软件自动分析将经纬度
信息提取显示在界面。对采集的基本数据,系统会
自动对采集到的原始数据进行统计, 如捕获率、性
比、洞口密度等并自动生成种群结构图。
在 PDA端使用 XML 存储数据, 而没有使用
PDA内嵌的 Pocket-Access关系型数据库或者其他
移动设备数据库是为了使在服务器端程序开发时不
受编程语言和数据库类型的限制,另外在服务器端可
能在后续的使用中还会进行更为深层次功能的开发,
使用到其他的技术手段, 比如 SOAP、Web Services
等,避免了在功能扩展中由于数据格式而受到限制。
3 草原鼠害数据采集系统各模块程序
设计
3. 1 系统主要界面的实现
系统人机接口界面通过 M icro sof t V isual Stu-
dio 2003提供的窗口设计器设计完成。图 4即为本
系统 4个软件模块(空间采集法、定点采集法、定面
积捕尽法和铗日采集法)的主界面,为方便基层工作
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第 6期 武守忠等: 基于 PDA 的草原鼠害数据采集系统的开发
人员快速上手和数据结构的统一,系统界面主要采
取 comboBox 控件和 domainUpDown 控件设计, 工
作人员在大多数情况下只需要进行选择数据选项和
增减数字值即可完成工作, 尽可能少地减少打字录
入,以提高工作效率。
3. 2 GPS数据获取模块的实现
GPS数据获取采取事件驱动方式,通过点击获
取 GPS 按扭来启动 GPS 程序模块。使用 C# 语言
编写的程序向 GPS 接收器发送命令, 将 GPS 接收
器的串口通信参数初始化,然后打开串口读取发回
的数据,获取数据关闭串口, 至此 GPS 接收器的工
作完成。之后程序开始解析原始数据,提取、转换得
到标准经纬度数据,然后与其他基本数据信息绑定,
在数据采集完成后一并存入 XML 文件。实现流程
如图 5所示。
图 4 系统部分主界面截图
F ig . 4 Main interface of modules in the system
图 5 GPS数据获取到存储流程图
Fig . 5 F low cha rt of g etting and saving the data from GPS receiver
3. 2 基本数据模块统计功能的实现
在采集数据的过程中, 工作人员实时地掌握已
采集到数据的统计情况可指导下一步工作安排。本
项目的开发中根据实际需求将统计结果以文本和图
像两种方式输出, 主要统计的参数为捕获率、性比、
洞口密度以及按不同年龄段的雌雄数来自动绘制出
种群结构图。
由于实际调查的情况比较复杂, 在刚开始调
查时, 统计参数可直接随调查的数据生成, 但有的
调查需要好几天进行, 而调查数据需存储在已经
保存过的文件中, 有时由于不可知原因造成 PDA
死机, 这就需要在记录数据时要先将已有的数据
读取出来加上新添加的数据重新进行统计, 然后
再把统计数值更新到文件当中。图象默认显示为
当前调查的种群结构,每保存一个文件后, 系统会
自动地对其进行检测并加载到文件列表中, 通过
对文件内部记录的数据进行分析将种群结构图自
动描绘出来(图 6)。
3. 3 数据存储模块的实现
在所有的数据存储方案中, XM L 为一种非常重
要的格式。XML 是新一代的网络数据交换标准,为
数据的存储和传输提供了方便。存储的 XML 文件
可以直接通过 GPRS 移动网将数据传输到服务器,
也可通过电子表格直接获取数据, 不需要专门通过
编程将 XML 文件中存储的原始数据进行转换[ 6]。
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草 地 学 报 第 15卷
图 6 种群结构图
Fig . 6 Population structural gr aph of rodent pest
本系统数据是以 XML 格式存储的,在存储过
程中逻辑层将判断要存储的文件是否存在,如果文件
不存在,系统将在根目录下的/ Mouse Monitor Output0
文件夹中创建要存储的文件和用于解释 XML 文档
的 XSL 模板, 为了使存储速度优化, 此过程使用
XmlWriter实现,该方法提供只进、只读、不缓存的
XML 流生成方法;如果文件已经存在, 则将数据追
加到存在的文件中, 由于 XmlWr iter 不能对 XML
文档进行修改, 所以使用 DOM 将数据结点添加到
存在的 XML 文档中。将采集的数据输入到 XML
文档中称为序列化, XML 文档可通过网络以直接发
送到服务器端, 服务器端对 XML 文档进行反序列
化后即可直接添加到数据库中。
XML 文档通过 XSL 模板转化则可在浏览器中
直接打开查看添加的信息。在存储文件时系统会自
动的检测是否存在转化 XML 文件的 XSL 模板文
件,如果不存在系统会自动生成一个扩展名为 XSL
的模板文件。
下面以定点采集法为例来说明数据存储的 XML
文件,以及通过 XSL转化来进行显示的效果(图 7)。
图 7 存储模块实际效果
Fig. 7 Result o f the data deposited in the files
在上图中 XML 存储文件可以通过增加结点的
方式来添加采集的数据, 也可以对各个结点进行编
辑修改。
4 讨 论
4. 1 2005 年 7 月, 在河北省尚义县境内的野外鼠
害调查中对本系统的初期版本进行了初步测试应
用,反映效果很好,此后根据实际应用情况对系统功
能又进行了完善。
4. 2 系统的完成具有以下的意义:
4. 2. 1 提高了鼠害调查工作的质量。利用传统的
数据采集方法, 采集数据过程中一些调查因子需要
在调查完成后进行人工计算。而利用 PDA 采集数
据,则系统可进行相关数据的自动计算, 而且在野外
即可查看结果。同时,工作人员不需要考虑数据间复
杂的逻辑关系, 把精力集中在数据的内容上,提高了
调查精度和质量,明显减轻了工作量并降低了难度。
4. 2. 2 该系统的使用将改变传统的野外调查方式
并扩展了数据应用的可能性,实现了外业数据采集
半自动化和无纸化,并可及时通过 Internet 将数据
传输到服务器端, 减少了数据采集过程中信息记载
的中间环节,提高了预警和防治效率,缩短了鼠害监
测、预警的反应时间,明显提高了外业和内业的工作
效率[ 4, 10]。
4. 2. 3 为调查数据在地理信息系统上的应用提供
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第 6期 武守忠等: 基于 PDA 的草原鼠害数据采集系统的开发
了便利的条件。由于采集的鼠害发生动态数据都与
GPS坐标进行绑定,使数据具备了时空特征, 为下
一步在地理信息系统上建立基于时空动态的鼠害预
警模型奠定了基础, 促进鼠害控制的信息化建设。
4. 2. 4 从整个鼠害防治工作来看,本文开发的基于
PDA 的草原鼠害数据采集系统只是为鼠害的监测
提供了一套方便的工具, 而在此基础上还需利用网
络技术、GIS 和 RS技术、模型技术等进一步开发鼠
害监测数据管理信息系统、鼠害数据处理及预警系
统、鼠害防治决策支持系统等,形成基于现代信息技
术的完整的草原鼠害预警、管理信息系统,全面提升
整个草原鼠害防治工作的技术水平及工作效率。
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