据按照如表1的通信协议发送至用户手机和服务器，同时可以接收新的信息修改设备参数。
表1Table1
数据时间经度纬度温度湿度光照强度昆虫数目
GPＲS模块传输协议GPＲSmoduletransferprotocol
说明（连续字母，十进制）yy年m月d日h时m分s秒
d度m角分d度m角分
w温度/℃，d小数位后1位
w%
uW/cm2（0～20000）
0～FFFF
字节数7222124
3网络传输层设计
GSM/GPＲS模块可方便可靠地将监测站点存储在
FLASH中的信息传输到移动通信网络和互联网。本系统将GPＲS模块整合在传感器终端，通过移动通信网络与服务器联网，省去了传统物联网关的独立设计，更适用于野外农田环境，极大地节省了硬件和软件开发成本，实现了感知网与通信网的结合。
网络传输层采用SIMCOM公司的低功耗SIM900A模块。该模块待机模式电流低于18mA、睡眠模式低于2mA，支持TCP/IP协议和GSM/GPＲS9001800MHZ两种工作频段，并提供AT命令编程功能。GSM/GPＲS通信电路结构如图5所示。其由天线、SIM卡电路和电源模块组成。其中，SIM900A通过其串口与STM32F105的串口进行数据通信，电源控制部分通过STM32F105的GPIO来控制SIM900A的启动和关闭，使SIM900A模块大部分时间处于休眠模式，关断电源来降低功耗
［2］
。
图5
Fig．5
GPＲS通信电路结构
GPＲScommunicationcircuitstructure
为了方便服务器将多个监测站点采集的数据存入数据库，需要制定统一的GPＲS传输协议，如表1所示。
每个监测站点的传输网络层工作流程如图6所示。监测终端系统上电后，设备进行初始化，开启传感器组中断和GSM/GPＲS定时中断，之后进入休眠状态，直到定时时间到，与移动通信网络和互联网建立连接。STM32F105处理器通过串口将存储在FLASH中的采集数据传输至GSM/GPＲS模块。该模块将数
Fig．6
图6
传输网络层工作流程图
Transmissionnetworklayerworkflowchart
4服务器应用管理层设计
专家和普通访客，他们均系统用户包括管理员、
普通访客只能修改用户信息，不能设置用户权限。监测站点每日定时将采集的数据通过网络传送到服务器端，服务器通过socket将采集的数据存入数据库。用户可以通过数据查询模块自主选择时间范围来查询采集的历史和实时数据，数据会以表格和曲线图形式显示在页面上。用户除了可以通过设备控制模块在服务器平台设置温湿度、光照、昆虫计数采集间隔外，还可以通过短信设置参数。数据库模块对原始流水数据进行分析，生成数据变化趋势图，专家可以上传数据存入数据库形成专家数据库，用户可以下载原始数据、专家数据和分析数据。当采集到的数据超过了设定的标准值上下限时，服务器主页面显示预警信息，同时短信通知用户
［3］
可以通过电脑、手机、平板电脑登陆远程服务器自主选择所需查看实时和历史的监测站点感知层采集的数据和远程设置参数；农业专家可以对采集数据进行分析，建立专家数据库。4．1
服务器平台体系结构
服务器平台由以下模块组成：用户管理模块、数据查询模块、设备控制模块、数据库模块和预警模块。
服务器平台功能模块如图7所示。管理员/专家登录系统后，可以通过用户管理模块来修改个人信息，包括用户名、密码和设置用户使用系统的权限等，
。
图7
Fig．7
服务器平台功能模块
Functionaldiagramofserverplatform
4．2稻飞虱计数
针对水稻田中虫害稻飞虱体型小的特点，昆虫计
经图像分割后的稻飞虱在外形上类似椭圆，文献［4］中采用最小二乘法的椭圆拟合方法，用拟合后的椭圆面积来区分虫体和非虫体，不同时期的虫体大小存在很大差异，没有结合昆虫本身的特点，存在较大5］误差。参考文献［提出水稻飞虱几何形状特征椭圆率（短轴与长轴的比值）是不随物体大小变化产生敏感变化的形态参数，因此本文提取拟合后的椭圆率特征，对椭圆进行筛选和个数的统计。
最小二乘法椭圆拟合是较常用的椭圆拟合方法，它是在随机误差为正态分布时，由最大似然法推出的最优估计技术
［10］
数传感器误差较大、成本高，采用人工拍摄稻飞虱图片，上传至服务器，在服务器平台对上传图片进行分析，记录稻飞虱数目。
采用k－means聚类算法将稻飞虱图像从背景中k－means分割出来，聚类是无监督学习的重要形式，聚类是解决聚类问题的一种经典算法。将稻飞虱和背景图像的颜色特征值设为2个分类中心，k－means算法对待计数图像进行分块，利用中间块图像更新稻飞虱颜色特征值，计算图像中各像素到2个分类中心的距离，将像素归到距离最小的那个聚类中心所在的类，重复多次至相邻2次的聚类中心不变。
。设椭圆方程的一般形式为
（1）
Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+1=0
B、C、D、E可采用最小二乘其中，各项的系数A、
法来进行拟合，即通过计算图像中边缘点到拟合椭圆的距离平方和为最小，最小值为
F（A，B，C，D，E）=
N
图8（a）是人工拍摄的原始图像，并对图像进行分块；用k－means聚合算法对图像进行分割，白色为虫体，黑色为背景，初始图像聚合如图8（b）所示；利用
∑i=1
2
（Ax2i+Bxiyi+Cyi+Dxi+Eyi+1）
2
（2）中间块图像更新颜色特征值，再次进行图像分割后可以除去杂质点，最终图像聚合如图8（c）所示；然后，提取虫体白色边界坐标，对其进行最小二乘法椭圆拟合，拟合后的椭圆和长短轴中用红线画出，如图8（d）所示。多次试验验证确定水稻飞虱的椭圆率范围，以此为标准统计椭圆个数。
将稻飞虱从背景中提取出来有多种算法，将固定阈值分割和k－means聚类算法进行对比。阈值分割算法是根据固定阈值将图像中的稻飞虱和背景的边界分割开来，然后直接对分割结果中的连通区域进行计数，作为图像中稻飞虱的个数。两种算法对比如表2所示。
表2
Table2
本文计数方法与阈值分割算法的对比
（xi，yi）为边缘N为图形边缘点的个数，其中，
点的坐标值。由极值原理，欲使F值为最小，有
?F?F?F?F?F
=====0?B?C?D?E?A
（3）
B、C、D、E值。由此可得一个线性方程组，求得A、根据求得的椭圆参数，可求解出平面直角坐标系中拟合椭圆长半轴a和短半轴b，椭圆率p为