一种基于移动实验室整合国土监测数据的方法及系统

1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于移动实验室整合国土监测数据的方法及系统。


背景技术：

2.作为保障国土整治有序开展、提高国土整治成效的手段，国土整治监测技术一直是学术研究和行政管理的重点。传统的土地信息获取和国土整治工程监测主要依赖于人工野外测量采集样品进行实验室分析，监测频率低、周期长、地物识别效率低，难以及时识别整治项目变化情况，无法满足相关工作对时效、成本及精度等方面的要求。使用多种监测方法组合进行国土整治监测能够有效满足监测覆盖范围、采样频率、时效性、观测精度等方面的需求，但是多种监测手段使得监测过程与数据类型较为复杂，需要外业人员处理多种监测方式的数据收集、内业人员进行多种监测数据的整合工作，增加了内外业人员的工作量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于移动实验室整合国土监测数据的方法及系统，针对卫星遥感监测、无人机低空遥感监测、无线传感器网络长期监测、现场速测等多种方式分别设计平台接口及软硬件接口，并统一成标准的数据格式进行存储和管理，实现将多种监测方法采集到数据进行整合、存储和远程传输。
4.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于移动实验室整合国土监测数据的方法，包括以下步骤：
5.基于多个监测终端对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据；
6.对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式；
7.需要说明的是，基于多个监测终端对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据包括：
8.基于无人机遥感监测系统或者uva-wsn系统的无线传感器网络对整治项目区域现场进行数据采集，得到无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据，所述无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据通过软件中间件发送到移动实验室车辆平台；
9.基于现场车载速测仪器设备对整治项目区域现场进行数据采集，得到仪器监测数据，所述现场车载仪器监测数据通过硬件接口发送到移动实验室车辆平台；
10.基于移动实验室云平台对各个开源的卫星遥感数据平台进行数据采集，得到卫星遥感监测数据，所述卫星遥感监测数据通过平台接口发送到移动实验室车辆平台。
11.进一步的，所述对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式包括以下步骤：
12.所述现场车载速测仪器监测数据通过数据线连接到硬件接口的接口模块；
13.接口模块接收到数据后向硬件接口发出速测完成的信号，硬件接口接收到信号后将数据送入控制模块缓存；
14.硬件接口从存储模块中调出所需的编译语句制式，对数据进行编译，并向数据提供方发送完成接收的信号后，对数据进行解译；
15.硬件接口根据语句制式提取具体数据，完成提取后，硬件接口命令通信模块检查自身与车载数据中心内软件接口的无线局域网通信情况，若无法正常通信，将数据附上时间、编号等信息后存入存储模块，并定时检查通信情况，若通信情况正常，硬件接口向软件接口发送数据；
16.软件接口接收到数据传输申请后判断数据类型，并开始接收数据；
17.完成传输后软件接口向硬件接口发送完成传输信号，确认软件接口回复完成传输的信号后，硬件接口返回待机状态。
18.更多的，所述对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式包括以下步骤：
19.移动实验室云平台上的平台接口定期获取各个卫星遥感数据平台的数据清单；
20.若监测到卫星遥感数据平台上有数据更新，则平台接口将下载新数据并存入移动实验室云平台的存储空间上；
21.若平台接口接收到来自软件接口的数据传输请求，则平台接口查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据，对提取的数据进行预处理、拼接、裁剪，打包发送至软件接口。
22.更多的，所述对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式包括以下步骤：
23.所述无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据通过车内局域网、蓝牙或者将存储卡插入数据中心的形式连接数据中心内的软件接口；
24.软件接口接收到数据传输申请后判断数据类型，并开始接收数据；
25.完成传输后软件接口向数据提供方发送完成传输信号，将数据根据类型存入数据库，并制作数据清单；
26.将数据清单送入车内数据中心的移动实验室信息管理系统，进行预处理、数据质量分析和快速评价。
27.判断数据是否出现误差大、干扰大、遗漏情况；
28.若数据出现误差大、干扰大、遗漏情况，移动实验室信息管理系统向软件接口发送补充采样的命令，软件接口将根据原数据来源进行分类执行；
29.若是卫星遥感数据需要补充，软件接口向平台接口发送补充请求，平台接口将再次查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据；
30.若是无人机遥感数据需要补充，软件接口进行补充区域划分并进行航拍采样航线规划，将航线规划发往无人机，无人机根据航线规划重新采集数据；
31.若是无线传感器网络的节点没有汇聚完数据，软件接口根据需要继续数据传输的节点位置规划无人机遍历节点航线，接收无线传感器网络某些节点遗漏的数据，并重新汇聚数据；
32.若是地面速测数据需要补充，软件接口向移动实验室内工作人员个人终端发送重
新采样需求信息，工作人员重新采集数据；
33.完成后将重新采集的数据通过软件中间件发送到移动实验室车辆平台。
34.本发明还提出了一种基于移动实验室整合国土监测数据的系统，包括：
35.多个监测终端，用于对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据；
36.多个不同标准接口，用于传输监测终端采集的国土监测数据；
37.移动实验室车辆平台，用于对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式，并将统一数据格式发送到移动实验室远程云平台。
38.进一步的，所述多个监测终端包括：无人机遥感监测系统、uva-wsn系统的无线传感器网络、现场车载速测仪器设备、移动实验室云平台。
39.更多的，所述多个不同标准接口包括：软件接口、硬件接口、平台接口，所述软件接口是指在移动实验室车辆平台的数据中心内，通过局域网获取数据的软件，所述硬件接口是指在速测仪器设备的硬件输出端口上，实现从速测仪器设备采集数据并传输到移动实验室车载数据中心的硬件设备，所述平台接口是指运行在移动实验室云平台内，获取卫星遥感平台内的数据并传输至移动实验室车辆平台的平台间webserver服务。
40.本发明通过运用标准接口技术，能够将用于国土整治监测的多种监测方式进行信息化融合，在提升了监测数据空间分辨率和时间分辨率丰富程度的同时，降低了内外业人员进行监测工作的工作量，也降低了人为处理过程中出错的几率。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
42.图1是本发明实施例一中的基于移动实验室整合国土监测数据的系统的结构示意图；
43.图2是本发明实施例一中的基于移动实验室整合国土监测数据的系统中硬件接口的架构示意图；
44.图3是本发明实施例二中的基于移动实验室整合国土监测数据的方法流程示意图；
45.图4是本发明实施例二中的移动实验室车辆平台的硬件接口结构示意图；
46.图5是本发明实施例二中的现场车载速测仪器监测数据整合成统一数据格式的方法流程示意图；
47.图6是本发明实施例二中的卫星遥感监测数据整合成统一数据格式的方法流程示意图；
48.图7是本发明实施例二中的无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据进行数据整合成统一数据格式的方法流程示意图；
49.图8是本发明实施例二中的对数据清单进行预处理、数据质量分析和快速评价的
方法流程示意图；
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
51.本发明实施例所涉及的基于移动实验室整合国土监测数据的方法及系统，针对卫星遥感监测、无人机低空遥感监测、无线传感器网络长期监测、现场速测等多种方式分别设计软硬件接口，并统一成标准的数据格式进行存储和管理，实现将多种监测方法采集到数据进行整合、存储和远程传输。
52.实施例一
53.本发明实施例一所涉及的基于移动实验室整合国土监测数据的系统，包括：多个监测终端、多个不同标准接口、移动实验室车辆平台。
54.具体的，图1示出了本发明实施例一中的基于移动实验室整合国土监测数据的系统的结构示意图，该系统包括：
55.多个监测终端，用于对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据；
56.多个不同标准接口，用于传输监测终端采集的国土监测数据；
57.移动实验室车辆平台，用于对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式，并将统一数据格式发送到移动实验室远程云平台。
58.具体的，所述多个监测终端用于对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据，包括：无人机遥感监测系统、基于uva-wsn系统的无线传感器网络、现场车载速测仪器设备；移动实验室云平台。
59.更多的，所述多个不同标准接口用于传输监测终端采集的国土监测数据，包括：软件接口、硬件接口、平台接口，所述软件接口是指在移动实验室车辆平台的数据中心内，通过局域网获取数据的软件，所述硬件接口是指在速测仪器设备的硬件输出端口上，实现从速测仪器设备采集数据并传输到移动实验室车载数据中心的硬件设备，所述平台接口是指运行在移动实验室云平台内，获取卫星遥感平台内的数据并传输至移动实验室车辆平台的平台间webserver服务。
60.需要说明的是，无人机遥感监测系统和基于uva-wsn系统的无线传感器网络基于软件接口接收和传输数据，现场车载速测仪器设备基于硬件接口接收和传输数据，卫星遥感数据中心基于平台接口接收和传输数据。
61.更多的，所述移动实验室车辆平台用于对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式。
62.需要说明的是，所述多个监测终端由于具有不同的工作特性，需要使用不同的接口进行数据传输和控制信号接收。无人机遥感监测和基于uav-wsn系统的无线传感器网络长期监测是运行在整治项目区现场并进行采样，完成采样后通过无人机将数据带回移动实
验室车辆平台，通过车内局域网、蓝牙或直接将存储卡插入数据中心进行数据传输，因此适合用软件接口接收和传输数据。现场车载速测仪器设备是在车内进行速测或者在现场进行速测后返回车内，并且大部分设备都设置有硬件接口，可以通过硬件线路向电脑发送速测数据，因此需要用硬件接口接收和传输数据。卫星遥感数据中心的数据是通过遥感数据平台进行发布，因此需要用平台接口进行数据的接收和传输。
63.具体的，所述三种不同标准接口之间需要进行交互，通过各个标准接口之间的集成实现多种监测方法和系统的融合。多种监测系统集成核心是位于前端整治项目区现场的移动实验室车辆平台而非后端移动实验室远程云平台，考虑到通信、运算和存储能力，三种标准接口也以运行在移动实验室车辆平台数据中心的标准接口管理系统作为核心进行集成，硬件接口和平台接口统一将数据送入软件接口后预处理并通知移动实验室车辆平台内的移动实验室信息管理系统(mobile laboratory information management system，mlims)，mlims发出的采样命令则通过软件接口进行中转后转送到硬件接口和平台接口。
64.具体的，图2示出了本发明实施例一中的基于移动实验室整合国土监测数据的系统中硬件接口的架构示意图，硬件接口包括：控制模块、接口模块、通信模块、存储模块，其中，控制模块用于总控硬件接口各个模块；接口模块用于连接速测仪器设备，维持与速测仪器设备的通信；通信模块用于接入移动实验室车辆平台车内局域网，维持与移动实验室车辆平台的通信；存储模块用于通信不正常时，对数据或命令进行缓存。
65.具体的，所述硬件接口使用的是开源的arduino及其附加模块；控制模块使用arduino mega，采用atmega2560的微控制器，256kb闪存，并具有54个数字引脚、16个模拟引脚、多个uart串行通信接口、以及spi和i2c通信协议；接口模块根据速测仪器设备的接口类型，选择rs232、rj45、数字量、模拟量等类型的模块；通信模块使用arduino配套的wifi模块；存储模块使用arduino配套的sd存储，并配合2gb的sd卡。所述软件接口使用的是基于c#编写的运行在移动实验室车辆平台内数据中心的窗体程序。所述平台接口使用的是基于c#编写的运行在移动实验室远程云平台内的webserver。
66.综上，本发明实施例一通过标准接口技术提升了国土整治多种监测设备的自动化以及信息化管理程度，能够实现不同监测仪器设备的数据自动读取、自动传输、自动存储，多种方式采集得到的数据将由移动实验室数据中心统一整合并发送至远程服务器，降低了数据录入过程的工作量和人为出错几率；同时实现了数据的可追溯，每一步操作都会与数据一起自动记录并在线传输，为进行数据复查提供有力的支持，能够提升监测数据的准确性。
67.实施例二
68.本发明实施例二所涉及的基于移动实验室整合国土监测数据的方法，包括：基于多个监测终端对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据；对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式。
69.具体的，图3示出了本发明实施例二中的基于移动实验室整合国土监测数据的方法流程示意图，包括以下步骤：
70.s301、基于多个监测终端对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据；
71.s302、对不同标准接口下的国土监测数据进行数据整合，整合成移动实验室信息管理系统下的统一数据格式；
72.s303、对统一数据格式的国土监测数据进行存储和管理，用作保障国土整治有序开展、提高国土整治成效的手段。
73.需要说明的是，基于多个监测终端对国土整治监测数据进行数据采集，得到不同标准接口下的国土监测数据包括：
74.基于无人机遥感监测系统或者uva-wsn系统的无线传感器网络对整治项目区域现场进行数据采集，得到无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据，所述无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据通过软件中间件发送到移动实验室车辆平台；
75.基于现场车载速测仪器设备对整治项目区域现场进行数据采集，得到仪器监测数据，所述现场车载仪器监测数据通过硬件接口发送到移动实验室车辆平台；
76.基于移动实验室云平台对各个开源的卫星遥感数据平台进行数据采集，得到卫星遥感监测数据，所述卫星遥感监测数据通过平台接口发送到移动实验室车辆平台。
77.图4示出了本发明实施例二中的移动实验室车辆平台的硬件结构示意图，该硬件接口是指在现场车载速测仪器设备的硬件输出端口上，通过连接硬件模块实现从仪器设备端口采集数据并统一传输到移动实验室车辆平台数据中心的硬件设备。
78.具体的，本发明实施例二通过硬件接口将现场地面监测的移动实验室车辆平台车载设备集成到数据中心。移动实验室内每台仪器设备都会加装作为硬件接口的数据通信节点，这些节点由控制模块、接口模块、通信模块和存储模块组成。其中，控制模块用于总控硬件接口各个模块；接口模块用于连接速测仪器设备，维持与速测仪器设备的通信；通信模块用于接入移动实验室车辆平台车内局域网，维持与移动实验室车辆平台的通信；存储模块用于通信不正常时，对数据或命令进行缓存。移动实验室内仪器设备完成分析的数据通过数据通信节点自动传输到移动实验室数据中心，数据中心对移动实验室内仪器设备的命令也通过数据通信节点传输到对应的仪器设备，这就将土壤大量元素、重金属元素等指标的监测方法集成到移动实验室。
79.进一步的，图5示出了本发明实施例二中的现场车载速测仪器监测数据整合成统一数据格式的方法流程示意图，包括以下步骤：
80.s501、所述现场车载速测仪器监测数据通过数据线连接到硬件接口的接口模块；
81.s502、接口模块接收到数据后向硬件接口发出速测完成的信号，硬件接口接收到信号后将数据送入控制模块缓存；
82.s503、硬件接口从存储模块中调出所需的编译语句制式，对数据进行编译，并向数据提供方发送完成接收的信号后，对数据进行解译；
83.s504、硬件接口根据语句制式提取具体数据，完成提取后，硬件接口命令通信模块检查自身与车载数据中心内软件接口的无线局域网通信情况，若无法正常通信，将数据附上时间、编号等信息后存入存储模块，并定时检查通信情况，若通信情况正常，硬件接口向软件接口发送数据；
84.s505、软件接口接收到数据传输申请后判断数据类型，并开始接收数据；
85.s506、完成传输后软件接口向硬件接口发送完成传输信号，确认软件接口回复完成传输的信号后，硬件接口返回待机状态。
86.基于图5所示的方法流程，现场车载速测仪器设备完成速测后通过硬件接口发送数据。接口模块接收到数据，硬件接口从接口模块接收到速测完成的信号后，接收来自现场车载仪器设备的数据包并送入控制模块缓存。由于不同仪器、不同接口传输的数据包格式及语句都不同，硬件接口需要从存储模块中提取该类型仪器设备的编译语句制式，进行编译后向数据提供方发送完成接收的信号，并进行数据包的解译。硬件接口根据语句制式解译出数据包中具体数据。完成数据提取后硬件接口命令通信模块检查自身与车载数据中心内软件接口的无线局域网通信情况，如果无法正常通信就将数据附上时间、编号等信息后存入存储模块，并定时检查通信情况。如果通信情况正常，硬件接口向软件接口发送速测数据。确认软件接口回复完成传输的信号后，硬件接口返回待机状态。
87.更多的，图6示出了本发明实施例二中的卫星遥感监测数据整合成统一数据格式的方法流程示意图，包括以下步骤：
88.s601、移动实验室云平台上的平台接口定期获取各个卫星遥感数据平台的数据清单；
89.s602、若监测到卫星遥感数据平台上有数据更新，则平台接口将下载新数据并存入移动实验室云平台的存储空间上；
90.s603、若平台接口接收到来自软件接口的数据传输请求，则平台接口查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据，对提取的数据进行预处理、拼接、裁剪，打包发送至软件接口。
91.基于图6的方法流程，移动实验室云平台上的平台接口定期获取各个卫星遥感数据平台的数据清单，若监测到卫星遥感数据平台上有数据更新，则平台接口将下载新数据并存入移动实验室云平台的存储空间上，平台接口接收到来自软件接口的数据传输请求，则平台接口查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据，对提取的数据进行预处理、拼接、裁剪，打包发送至软件接口。
92.更多的，图7示出了本发明实施例二中的无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据进行数据整合成统一数据格式的方法流程示意图，包括以下步骤：
93.s701、所述无人机遥感监测数据或者无线传感监测数据通过车内局域网、蓝牙或者将存储卡插入数据中心的形式连接数据中心内的软件接口；
94.s702、软件接口接收到数据传输申请后判断数据类型，并开始接收数据；
95.s703、完成传输后软件接口向数据提供方发送完成传输信号，将数据根据类型存入数据库，并制作数据清单；
96.s704、将数据清单送入车内数据中心的移动实验室信息管理系统，进行预处理、数据质量分析和快速评价。
97.本发明实施例二中通过软件接口将uav-wsn系统的无线传感器网络和低空无人机遥感监测集成到数据中心。其中，软件接口是指运行在移动实验室车辆平台的数据中心内，通过车内局域网里获取无人机等仪器设备的数据的软件。当无人机完成低空遥感数据采集和地面无线传感器网络数据汇聚后，工作人员将无人机存储与数据中心相连接，软件接口自动提取无人机存储内的数据，并根据数据类型进行分类整理。这就将ph值、灌溉保证率等指标的监测方法集成到移动实验室。
98.更多的，无人机完成采样返回移动实验室后，无人机遥感监测数据或者无线传感
器网络监测数据通过车内局域网、蓝牙或者直接将存储卡插入数据中心的形式连接数据中心内的软件接口。软件接口接收到数据传输申请后判断数据类型，并开始接收数据。完成传输后软件接口向数据提供方发送完成传输信号，将数据根据类型存入数据库，并制作数据清单。数据清单将被送入车内数据中心的移动实验室信息管理系统(mlims)进行预处理、数据质量分析和快速评价。
99.更多的，图8示出了本发明实施例二中的对数据清单进行预处理、数据质量分析和快速评价的方法流程示意图，包括以下步骤：
100.s801、判断数据是否出现误差大、干扰大、遗漏情况；
101.s802、若数据出现误差大、干扰大、遗漏情况，移动实验室信息管理系统向软件接口发送补充采样的命令，软件接口将根据原数据来源进行分类执行；
102.s803、若是卫星遥感数据需要补充，软件接口向平台接口发送补充请求，平台接口将再次查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据；
103.s804、若是无人机遥感数据需要补充，软件接口进行补充区域划分并进行航拍采样航线规划，将航线规划发往无人机，无人机根据航线规划重新采集数据；
104.s805、若是无线传感器网络的节点没有汇聚完数据，软件接口根据需要继续数据传输的节点位置规划无人机遍历节点航线，接收无线传感器网络某些节点遗漏的数据，并重新汇聚数据；
105.s806、若是地面速测数据需要补充，软件接口向移动实验室内工作人员个人终端发送重新采样需求信息，工作人员重新采集数据；
106.s807、完成后将重新采集的数据通过软件中间件发送到移动实验室车辆平台。
107.本发明实施例二中，对数据清单进行预处理、数据质量分析和快速评价。如果数据出现误差大、干扰大或者遗漏情况，mlims向软件接口发送补充采样的命令，软件接口根据原数据来源进行分类执行。如果是卫星遥感数据需要补充，软件接口向平台接口发送补充请求，平台接口将再次查询云平台存储中的卫星遥感数据库，根据软件接口的请求，提取对应的卫星遥感数据；如果是无人机遥感数据需要补充，软件接口进行补充区域划分并进行航拍采样航线规划，然后发送至无人机的地面站；如果是无线传感器网络某些节点没有汇聚完数据，软件接口根据需要继续数据传输的节点位置规划无人机遍历节点航线，然后发送至无人机的地面站；如果是地面速测数据需要补充，软件接口向移动实验室内的工作人员个人终端发送重新采样需求信息。
108.更多的需要说明的是，平台接口运行在移动实验室远程云平台内，通过平台接口将卫星遥感监测集成到数据中心，根据国土整治监测任务的区域范围、采样点分布等信息，向卫星遥感数据服务平台发出数据传输申请，并且将数据引导至移动实验室云平台。这就将地形、农作物分类等指标的监测方法集成到移动实验室。
109.综上，本发明实施例二通过标准接口技术，能够将用于国土整治监测的多种监测方式进行信息化融合，在提升了监测数据空间分辨率和时间分辨率丰富程度的同时，降低了内外业人员进行监测工作的工作量，也降低了人为处理过程中出错的几率。
110.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；
同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。