摘要：針對果園環境採集數據的交換和共享規範缺乏的問題，採用可變數據採集指標項的設計方法，在分析果園環境數據特點的基礎上，提出了一種果園環境採集數據表示格式。該格式的語法規範採用Schema來定義，包括43個元素，其根元素是，並由、、、、、、這7個元素組成。通過對某果園數據採集系統所採集數據的實際表示，以及在Internet環境中的共享應用，驗證了該數據表示格式設計的可行性。
關鍵詞：果園;數據表示;XML;環境數據
突破傳統果業的限制，發展現代果業是我國水果產業發展的必然趨勢。現代果業的重要特徵是果園生產和管理的數字化、信息化、機械化，數字果園的概念也應運而生[1]。果園環境涉及的數字化對象包括空氣溫溼度、光照強度、光有效輻射、紫外線強度、降雨量、風速、風向、露點、土壤水分含量、土壤溫度、土壤NPK含量、土壤微量元素含量、土壤重金屬含量等。近年來，果園環境數據採集系統的研製與應用已得到重視，相關研究也比較多。在圍繞某一個指標進行數據採集和監測的研究方面，Changying Li[2]報道了一種氣體傳感器陣列監測藍莓果實病害的方法，樊志平等[3]設計實現了柑橘園土壤墒情遠程監控系統，李光林等[4]研製了一種基於太陽能的柑桔園自動灌溉與土壤含水率監測系統， 張會霞等[5]利用“3S”技術設計實現了一種柑橘園GPS數據採集系統。在對整個果園環境多個指標進行數據採集和綜合管理的研究方面，葉娜等[6]報道了一種蘋果園環境監控系統的研究與設計，王新忠等[7]研究了基於無線傳感的丘陵葡萄園環境監測系統，楊愛潔等[8]提出了一種基於無線傳感器網絡的果園數字信息採集與管理系統，王文山等[9]採用物聯網技術設計了一種果園環境信息監測系統。另外，還有一些學者的研究則側重在果園環境數據採集所涉及的信息通訊技術，如Raul Morais等[10]報道了用於葡萄精準管理的多點環境數據採集裝置，嶽學軍等[11]採用GPRS和ZigBee技術實現了果園環境監測系統，潘鶴立等[12]採用ZigBee和3G/4G技術研究分佈式果園遠程環境監控系統的設計，徐興等[13]報道了山地橘園無線環境監測系統優化設計方法及如何提高監測的有效性。綜上，這些研究工作基本上都是在利用多種信息技術來實現果園環境數據的獲取和監測，不同的是使用的監測指標和監測手段有所差異，但他們都對所獲取的數據多采用私有的數據格式進行存貯和管理，對如何把所監測的數據與其他信息系統進行交換和共享則幾乎沒有涉及。
近年來如何從技術角度來消除“信息孤島”，解決信息系統之間的數據交換問題受到很多研究者的關注，常志國等[14]提出了一種交通信息基礎數據元XML Schema表示模型來解決交通信息系統之間的數據交換和共享，潘峯等[15]構建了國家衛生數據字典XML Schem來實現衛生數據的交換與共享，農業領域也有學者開展數據交換和共享方面的研究，如戴建國等[16]針對國營農場管理報道了基於 REST 架構和XML的農情數據共享技術研究，陳宏等[17]提出了蔬菜種植元數據模型信息描述方法。但針對果園環境數據表示以及數據共享技術方面的研究幾乎沒有涉及。
本研究在分析果園環境數據內涵的基礎上，研究基於XML技術的果園環境採集數據表示技術，重點解決果園環境採集數據的表示格式，爲不同系統之間果園環境採集數據的交換和共享應用提供支撐。
一、材料和方法
1.1 果園環境數據分析
果園環境是果園中果樹羣體以外的空間，以及直接或間接影響該果樹羣體生存與活動的外部條件的總和。果園環境包括非生物因素和生物因素兩方面，非生物因素是指溫度、光、水分、空氣、土壤、地形、污染等環境因素;生物因素是指果樹以外的動物、植物、微生物等環境因素。果園環境採集數據就是利用技術手段獲取的各種環境因子的狀態數據或者特徵數據，從數據形態上來看，有數值、字符、圖像、視頻、聲音、矢量等。
果園氣候環境因子方面，大氣、溫度、光照、水分等氣候因子與果樹生產有密切的關係，目前利用物聯網技術可直接採集的數據包括空氣溫溼度、光照強度、光有效輻射、紫外線強度、降雨量、風速、風向、露點等。
果園土壤環境因子方面，利用物聯網技術或者實驗室檢測手段可以採集的數據有土壤含水率、土壤pH值、土壤有機質含量、土壤電導率、土壤溫溼度、土壤重金屬含量、地下水位、土壤鹽分等。其中，土壤有機質含量是評價果園土壤肥力的重要指標，也是影響果樹生長的重要因素。土壤水分是果樹吸收水分的主要來源，土壤溼度過低時，果樹吸水困難，甚至凋萎，但如果土壤溼度過高，又會發生漬害，土壤水分含量影響着果樹的產量和品質。土壤中重金屬含量影響着果品安全，也越來越受到人們的關注。
果園地形環境因子方面，一般利用遙感技術和GIS技術獲取和管理果園的地形起伏、海拔、山脈、坡度、坡向、高度等地貌特徵數據。
果園生物環境因子方面，果園病蟲害和雜草方面的數據更受關注。近來利用現代信息技術手段自動測報果園病蟲害數據得到研究和應用部門重視。伍梅霞等[18]報道了自動蟲情測報燈在果園有害生物測報上的初步應用情況。邢東興等[19]利用光譜數據定量化測評紅蜘蛛蟲害對紅富士蘋果樹的危害程度。
1.2 果園環境採集數據表示格式設計方法
果園環境採集數據不但爲果園生產管理系統提供支撐，同時也是果品質量追溯、果品電子商務等果園經營管理系統的數據源之一，果園環境採集數據需要在不同管理系統之間實現自動交換和共享。現有的果園數據採集與管理系統一般採用私有的數據格式進行數據存貯和管理，因此需要設計一個果園環境採集數據表示格式，基於這樣的標準格式，才能在不同系統之間實現數據的自動交換和共享。
XML(Extensible markup language)是國際互聯網聯盟(W3C)開發的用於網絡環境下進行數據交換和管理的技術[20]，它以一種開放的、自我描述的方式定義數據結構，通過Schema使XML文檔結構化，並能創建不依賴於平臺、語言或者格式的共享數據。近年來，農業領域一些學者也開始採用XML技術來研究農業數據元數據標準以及數據表示。日本學者吉田智一[21]提出了農業生產工程管理中的數據表示格式FIX-pms，歐洲學者Martini[22]提出了用於農業信息交換的agriXchange格式規範，Kunisch M[22-23]提出了針對農場的信息表示格式規範agroXML。本研究也採用XML技術來描述果園環境採集數據。