DB4201T527-2017農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸技術(shù)規(guī)范

ICS65.020.01B07

DB4201武 漢 市 地 方 標(biāo) 準(zhǔn)DB4201/T527—2017農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸技術(shù)規(guī)范2017-06-202017-06-202017-07-20武漢市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布DB4201/T527-2017DB4201/T527-2017前 言本規(guī)范按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本規(guī)范由武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所提出。本規(guī)范由武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院歸口。本規(guī)范起草單位：武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所。本規(guī)范主要起草人：張尉、高星星、杜錚、肖進(jìn)、陳鴻。本規(guī)范首次發(fā)布。IIDB4201/T527-2017DB4201/T527-2017DB4201/T527-20173系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DB4201/T527-20173系統(tǒng)結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸技術(shù)規(guī)范范圍本規(guī)范規(guī)定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)、協(xié)議層次、通訊協(xié)議的要求。下列術(shù)語和定義適用于本文件。2.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)2.2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測中心2.3農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備）2.4數(shù)據(jù)采集設(shè)備2.5數(shù)據(jù)集中采集傳輸設(shè)備1層次農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)從底層逐級向上可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備（以下簡稱“現(xiàn)場）。Modbus-RTU現(xiàn)場機(jī)與上位機(jī)通訊接口應(yīng)滿足選定的傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求，本規(guī)范不作限制。ISO/OSI72GPRS、ADSL、CDMA3G4G已經(jīng)建立的基礎(chǔ)上，整個(gè)應(yīng)用層的協(xié)議和具體的傳輸網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。本部分體現(xiàn)通訊介質(zhì)無關(guān)性。2上位機(jī)上位機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場機(jī)......數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)集中采集傳輸設(shè)備（續(xù)）圖1構(gòu)成方式（續(xù)）上位機(jī)現(xiàn)場機(jī)應(yīng)用層應(yīng)用層上位機(jī)現(xiàn)場機(jī)應(yīng)用層應(yīng)用層基礎(chǔ)傳輸層基礎(chǔ)傳輸層圖2數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議結(jié)構(gòu)5通訊協(xié)議完整的命令由請求方發(fā)起，響應(yīng)方應(yīng)答組成，具體步驟如下：：3DB4201/T527-2017DB4201/T527-2017DB4201/T527-2017DB4201/T527-20175.3執(zhí)行超時(shí)請求方在收到請求回應(yīng)（或一個(gè)分包）后規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到返回?cái)?shù)據(jù)或命令執(zhí)行結(jié)果，認(rèn)為超時(shí)，命令執(zhí)行失敗，結(jié)束。缺省超時(shí)定義表見表1（可擴(kuò)充）。表1通訊類型列表通訊類型缺省超時(shí)定義（秒）重發(fā)次數(shù)GPRS103短信303CDMA103ADSL53光纖533G通訊534G通訊53其他通信方式103所有的數(shù)據(jù)包都是由ASCII碼字符組成，有加密和不加密兩種方式，整體構(gòu)成見圖3。4包尾CRC數(shù)據(jù)段包尾CRC數(shù)據(jù)段(明文)加密標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)段(明文)長度包頭數(shù)據(jù)段組成數(shù)據(jù)段組成請求編號命令編設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)驗(yàn)證碼指令不加密RSA算法加密加密不加密RSA算法加密加密包頭數(shù)據(jù)段(暗文)長度加密標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)段(暗文)CRC包尾通訊包組成通訊包組成圖3通訊包組成結(jié)構(gòu)5.4.2通訊包結(jié)構(gòu)組成通訊包結(jié)構(gòu)組成見表2。表2通訊包結(jié)構(gòu)組成名稱類型長度描述包頭字符2固定為##數(shù)據(jù)段長度十進(jìn)制整數(shù)4數(shù)據(jù)段的ASCII字符數(shù)例如：長255，則寫為“0255”數(shù)據(jù)段（見6.3.3）字符0≤n≤1024變長的數(shù)據(jù)（短信最大為140字節(jié)）通訊包不加密時(shí)，為加密前的數(shù)據(jù)段（明文）對應(yīng)的字符通訊包加密時(shí)，為加密后的數(shù)據(jù)段（暗文）對應(yīng)的字符加密標(biāo)識(shí)字符1是否對數(shù)據(jù)段進(jìn)行加密不加密加密CRC校驗(yàn)十六進(jìn)制整數(shù)4數(shù)據(jù)段的校驗(yàn)結(jié)果，如CRC錯(cuò)，即執(zhí)行超時(shí)。數(shù)據(jù)段不加密時(shí)，對加密前的數(shù)據(jù)段（明文）進(jìn)行校驗(yàn)CRC算法可見附錄B包尾字符2固定為<CR><LF>（回車、換行）5.4.3數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)組成5.4.3數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)組成數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)組成見表3。5表3數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)組成名稱字段代碼類型長度描述請求編號QN字符20精確到毫秒的時(shí)間戳:QN=YYYYMMDDHHMMSSZZZ，用來唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)命令請求，用于請求命令或通知命令命令編號CN字符7CN=命令編號,命令編號見5.5中命令列表7設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)MN字符14MN=777造商自行確定的此類設(shè)備的唯一編碼驗(yàn)證碼PW字符6PW=驗(yàn)證碼，由接入環(huán)境站向監(jiān)測平臺(tái)申請，系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)生成驗(yàn)證碼。指令CP字符0≤n≤960CP=&&數(shù)據(jù)區(qū)&&，數(shù)據(jù)區(qū)定義見5.3.4表4數(shù)據(jù)區(qū)“；”來分隔。字段名“；”來分隔。字段名字段名要區(qū)分大小寫，單詞的首個(gè)字符為大寫，其他部分為小寫。各內(nèi)容表示：——C444——N555——N14.214218；——YYYY表示日期年，如2015表示2015年；——MM表示日期月，如09表示9月；——DD表示日期日，如23表示23日；——HH——MM——SS表示時(shí)間秒；——ZZZ表示時(shí)間毫秒。字段對照表見表4。表中有計(jì)量單位見附錄A。6表4字段對照表字段名描述字符集數(shù)據(jù)類型取值及描述SystemTime系統(tǒng)時(shí)間0-9N14YYYYMMDDHHMMSSQnRtn請求回應(yīng)代碼，見6.50-9N3ExeRtn執(zhí)行結(jié)果回應(yīng)代碼，見6.50-9N3RtdInterval實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)上報(bào)間隔0-9N4Interval離線數(shù)據(jù)上報(bào)間隔0-9N4DataTime數(shù)據(jù)時(shí)間信息0-9N14YYYYMMDDHHMMSSxxx環(huán)境監(jiān)測要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)0-9N14.2“xxx”是環(huán)境監(jiān)測要素代碼，詳見附錄Cxxx-Flag監(jiān)測環(huán)境要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記A-Z0-9C1對于監(jiān)測要素（O：配備可上報(bào)P：電源故障、C：校驗(yàn)、M：維護(hù)、H：超測上限、L：低于下限、D：故障、S：設(shè)定值、N：正常）xxx-Op監(jiān)測環(huán)境要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)標(biāo)記A-Z0-9C1M:必選上報(bào)O:D:xxx-UpValue環(huán)境要素報(bào)警上限值0-9N14.210.11xxx-LowValue環(huán)境要素報(bào)警下限值0-9N14.210.11PW驗(yàn)證碼0-9，a-z，A-ZC6如：123456PublicKey數(shù)據(jù)段加密公鑰0-9，A-FC3216進(jìn)制字符串，位數(shù)不固定，最多32位，如：0123456789ABCDEFKeyParam公鑰參數(shù)0-9，A-FC3216進(jìn)制字符串，位數(shù)不固定，最多32位，如：FEDCBA9876543210OverTime超時(shí)時(shí)間0-9N5取值范圍達(dá)到24小時(shí)，另以秒為單位ReCount重發(fā)次數(shù)0-9N2取值范圍為0-99BeginTime開始時(shí)間0-9N14YYYYMMDDHHMMSSEndTime截止時(shí)間0-9N14YYYYMMDDHHMMSSWarnTime超限報(bào)警時(shí)間(單位：秒)0-9N5取值范圍達(dá)到24小時(shí)7流程圖見圖4,步驟如下:（）；現(xiàn)場機(jī)現(xiàn)場機(jī)上位機(jī)上位機(jī)現(xiàn)場機(jī)圖4請求命令流程圖上位機(jī)現(xiàn)場機(jī)5.5.2上傳命令5.5.2上傳命令現(xiàn)場機(jī)主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)送無應(yīng)答數(shù)據(jù)包，上傳采集到的各類數(shù)據(jù)。流程圖見圖5。圖5上傳命令流程圖6,8現(xiàn)場機(jī)現(xiàn)場機(jī)上位機(jī)圖6上位機(jī)通知現(xiàn)場機(jī)命令流程圖圖7現(xiàn)場機(jī)通知上位機(jī)命令流程圖5.6代碼定義圖7現(xiàn)場機(jī)通知上位機(jī)命令流程圖5.6代碼定義命令列表應(yīng)符合表5；執(zhí)行結(jié)果代碼應(yīng)符合表6；請求返回表結(jié)果代碼應(yīng)符合表7；各表內(nèi)容均可以擴(kuò)充。9上位機(jī)上位機(jī)現(xiàn)場機(jī)表5命令代碼定義表命令編號命令名稱命令類型描述上位向現(xiàn)場現(xiàn)場向上位初始化命令1000設(shè)置超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)請求命令用于設(shè)置環(huán)境監(jiān)測要素采集傳輸儀發(fā)送指令的超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)1001設(shè)置超限報(bào)警時(shí)間請求命令1002提取超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)請求命令提取超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)1002上傳超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)上傳命令用于上傳環(huán)境監(jiān)測要素采集傳輸儀的超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)預(yù)留初始化命令預(yù)留命令范圍1003-1010參數(shù)命令1011提取現(xiàn)場機(jī)時(shí)間請求命令用于同步上位機(jī)和現(xiàn)場機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間，上位機(jī)提取現(xiàn)場機(jī)系統(tǒng)時(shí)間1011上傳現(xiàn)場機(jī)時(shí)間上傳命令用于現(xiàn)場機(jī)上傳自己系統(tǒng)時(shí)間1012設(shè)置現(xiàn)場機(jī)時(shí)間請求命令用于同步上位機(jī)和現(xiàn)場機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間，遠(yuǎn)程設(shè)置現(xiàn)場機(jī)系統(tǒng)時(shí)間1022設(shè)置現(xiàn)場機(jī)驗(yàn)證碼請求命令用于設(shè)置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采集傳輸儀驗(yàn)證碼1031提取現(xiàn)場機(jī)公鑰和公鑰參數(shù)請求命令用于提取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采集傳輸儀公鑰和公鑰參數(shù)1031上傳現(xiàn)場機(jī)公鑰和公鑰參數(shù)上傳命令用于上傳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采集傳輸儀公鑰和公鑰參數(shù)1032設(shè)置現(xiàn)場機(jī)公鑰和公鑰參數(shù)請求命令用于設(shè)置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備采集傳輸儀公鑰和公鑰參數(shù)1041提取環(huán)境要素報(bào)警門限值請求命令用于提取現(xiàn)場機(jī)設(shè)置的環(huán)境要素超標(biāo)報(bào)警門限值1041上傳環(huán)境要素報(bào)警門限值上傳命令用于現(xiàn)場機(jī)上傳自己的環(huán)境要素超標(biāo)報(bào)警門限1042設(shè)置環(huán)境要素報(bào)警門限值請求命令用于上位機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)置現(xiàn)場機(jī)的環(huán)境要素超標(biāo)報(bào)警門限1051提取采集時(shí)間間隔請求命令提取采集時(shí)間間隔1051上傳采集時(shí)間間隔上傳命令上傳采集時(shí)間間隔1010表5命令代碼定義表（續(xù)）命令編號命令名稱命令類型描述上位向現(xiàn)場現(xiàn)場向上位參數(shù)命令1052設(shè)置采集時(shí)間間隔請求命令設(shè)置采集時(shí)間間隔1061提取現(xiàn)場機(jī)采集能力請求命令監(jiān)測中心查詢現(xiàn)場機(jī)采集能力1061上傳現(xiàn)場機(jī)采集能力上傳命令現(xiàn)場機(jī)上報(bào)采集能力1062設(shè)置現(xiàn)場機(jī)采集要素通知命令監(jiān)測中心設(shè)置采集要素項(xiàng)預(yù)留參數(shù)命令預(yù)留命令范圍1060-1099數(shù)據(jù)命令2011開始察看環(huán)境要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通知命令用于上位機(jī)告訴現(xiàn)場機(jī)開始按照設(shè)置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)間隔發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)2011上傳環(huán)境要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳命令用于現(xiàn)場機(jī)按照設(shè)置的間隔自動(dòng)上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)2012停止察看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通知命令用于上位機(jī)告訴現(xiàn)場機(jī)停止發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)2021開始察看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通知命令用于上位機(jī)告訴現(xiàn)場機(jī)開始按照設(shè)置的間隔發(fā)送實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)2021上傳設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳命令用于現(xiàn)場機(jī)按照設(shè)置的間隔自動(dòng)上傳實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)2022停止察看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通知命令用于上位機(jī)告訴現(xiàn)場機(jī)停止發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)2031取環(huán)境要素離線歷史數(shù)據(jù)請求命令用于上位機(jī)告訴現(xiàn)場機(jī)開始按照要求時(shí)間發(fā)送保存的日歷史環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)2031上傳環(huán)境要素離線歷史數(shù)據(jù)上傳命令2071取環(huán)境要素報(bào)警記錄請求命令用于上位機(jī)提取現(xiàn)場機(jī)保存的報(bào)警記錄2071上傳環(huán)境要素報(bào)警記錄上傳命令用于現(xiàn)場機(jī)按照上位機(jī)的時(shí)間要求發(fā)送保存的報(bào)警記錄。預(yù)留數(shù)據(jù)命令預(yù)留命令范圍2073-20991111表6執(zhí)行結(jié)果代碼表12表6執(zhí)行結(jié)果代碼表12表5命令代碼定義表(續(xù)）命令編號命令名稱命令類型描述上位向現(xiàn)場現(xiàn)場向上位控制命令3011校零校滿請求命令用于上位機(jī)對現(xiàn)場的監(jiān)測儀器、儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn)預(yù)留控制命令預(yù)留命令范圍3015-3099交互命令9011請求應(yīng)答用于現(xiàn)場機(jī)回應(yīng)上位機(jī)的請求。例如是否執(zhí)行請求9012操作執(zhí)行結(jié)果用于現(xiàn)場機(jī)回應(yīng)上位機(jī)的請求的執(zhí)行結(jié)果90139013通知應(yīng)答回應(yīng)通知命令90149014數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)應(yīng)答命令預(yù)留交互命令預(yù)留命令范圍9015-99989999采集設(shè)備心跳包發(fā)送請求命令返回值編碼描述1執(zhí)行成功2執(zhí)行失敗，但不知道原因3沒有找到需要的數(shù)據(jù)4找到的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤5與智能設(shè)備通訊超時(shí)6智能設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)錯(cuò)誤7-99擴(kuò)展項(xiàng)100沒有數(shù)據(jù)表7請求返回結(jié)果代碼表返回值編碼描述1準(zhǔn)備執(zhí)行請求2請求被拒絕3密碼錯(cuò)誤4MN錯(cuò)誤5QN錯(cuò)誤6CN不存在或者被設(shè)備不予處理7CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤8-99擴(kuò)展項(xiàng)100未知錯(cuò)誤5.7數(shù)據(jù)補(bǔ)傳規(guī)則5.7數(shù)據(jù)補(bǔ)傳規(guī)則13附錄A（資料性附錄）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)參數(shù)名稱、符號與計(jì)量單位表A.1給出了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)參數(shù)名稱、符號與計(jì)量單位的內(nèi)容。表A.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)參數(shù)名稱、符號與計(jì)量單位類別編號觀測要素變量的名稱符號分辨率單位氣象001氣壓氣壓P0.1hPa002溫度氣溫T0.1℃003濕度相對濕度濕球溫度TW1％004濕敏電容傳感器U005風(fēng)風(fēng)向WD3°006風(fēng)速WS0.1m/s007降水降水量（翻斗）RB0.1mm008降水量（稱重）PB0.2009輻射總輻射GR1W/m2010凈輻射NR011直接輻射DR012散射輻射SR013反射輻射RR014紫外輻射紫外輻射UV015紫外輻射AUVA016紫外輻射BUVB017長波輻射大氣長波輻射AR018地面長波輻射TR019光合有效輻射PR020日照時(shí)數(shù)日照時(shí)數(shù)SDh021能見度能見度Vm022蒸發(fā)量蒸發(fā)量蒸發(fā)量EC0.1mm023氣體成分CO2含量CO21mg/m3024NH3含量NH31mg/m4擴(kuò)展A.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)參數(shù)名稱、符號與計(jì)量單位（續(xù)）類別編號觀測要素變量的名稱符號分辨率單位土壤200土壤溫度草面溫度草面溫度TG0.1℃201地表溫地表溫度（鉑電阻）0T202地表溫度（紅外）0TR203淺層地溫5cm地溫1T20410cm地溫2T20515cm地溫3T20620cm地溫4T207深層地溫40cm地溫5T20880cm地溫6T209160cm地溫7T210320cm地溫8T211土壤濕度淺層土壤體積含水量5cm土壤水分1S0.1％21210cm土壤水分2S21320cm土壤水分3S21430cm土壤水分4S215深層土壤體積含水量40cm土壤水分5S0.1％21650cm土壤水分6S217100cm土壤水分7S218180cm土壤水分8S219土壤養(yǎng)分土壤氮含量SN1ppm220土壤鉀含量SK1ppm221土壤磷含量SP1ppm222土壤氨含量SNH1ppm223土壤氧含量SO21ppm擴(kuò)展項(xiàng)224-399水400水位水位WL1cm401水溫度水溫WT0.1℃402水成分水氮含量WN1mg/L403水鉀含量WK1mg/L404水磷含量WP1mg/L1515表A.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相