噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

史海蘭，錢 谷

（1 甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心 甘肅 白銀 730499）

（2 唐山現(xiàn)代工控技術(shù)有限公司 河北 唐山 063000）

0 引言

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，使互聯(lián)網(wǎng)和人工智能成為提高生產(chǎn)生活條件的主力，本文著眼于精細(xì)噴灑的理念，從先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)入手，研究出一套智能化的噴灑管理信息平臺(tái)［1-2］。 而從科學(xué)合理實(shí)現(xiàn)噴灑過(guò)程的角度出發(fā)，也需要一套能夠?qū)⑼ㄐ偶夹g(shù)和移動(dòng)終端聯(lián)系在一起并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能的信息管理平臺(tái)。 噴灑系統(tǒng)如果只依靠大自然的降水是不可能獲得理想噴灑的，因此離不開(kāi)科學(xué)合理的噴灑［3-5］。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的高速發(fā)展，智能化噴灑逐漸成為現(xiàn)代化噴淋系統(tǒng)發(fā)展的主流。 現(xiàn)代信息技術(shù)在邁向高能高產(chǎn)的同時(shí)也對(duì)信息化和數(shù)字化提出了更高的要求，當(dāng)下的信息科學(xué)研究已經(jīng)將重點(diǎn)放在了精細(xì)噴灑上，不僅能夠做到科學(xué)噴灑，更節(jié)約了水資源?；谖锫?lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的精細(xì)噴灑，利用網(wǎng)絡(luò)通信方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴灑準(zhǔn)備和噴灑過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且隨時(shí)掌握著噴灑參數(shù)、需水量等現(xiàn)狀，然后做出系統(tǒng)性分析，真正做到科學(xué)噴灑、按需噴灑［6-8］。 當(dāng)前，智能化噴灑技術(shù)的關(guān)鍵就是對(duì)噴灑過(guò)程的信息管理，本文則以此為切入點(diǎn)，立足于尖端移動(dòng)通信技術(shù)，努力設(shè)計(jì)出一個(gè)智能化平臺(tái)，通過(guò)移動(dòng)客戶端管理噴灑過(guò)程中的參數(shù)和信息。

1 需求分析

大數(shù)據(jù)時(shí)代的優(yōu)勢(shì)就是通過(guò)集中處理大量信息來(lái)實(shí)現(xiàn)管理的目的，精細(xì)噴灑的工作原理也如此，想要真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的噴灑過(guò)程就需要收集到準(zhǔn)確的噴灑信息。構(gòu)建噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)用以實(shí)現(xiàn)信息的管理與數(shù)據(jù)的交互，首先將微機(jī)系統(tǒng)作為平臺(tái)的地基，然后逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管理、通信和噴灑決策等功能。 其中，噴灑決策是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要充分結(jié)合需求地域狀態(tài)、氣候條件等多重信息，做出準(zhǔn)確合理的分析然后得到最適合的噴灑方案［9］。 最后，噴灑管理工作人員也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，他們必須根據(jù)平臺(tái)給出的噴灑決策作出科學(xué)的判斷然后執(zhí)行，穩(wěn)定發(fā)揮出信息管理平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

本平臺(tái)的設(shè)計(jì)初衷是充分利用移動(dòng)終端來(lái)參與到噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)中，噴灑需求分析、決策和指令的下達(dá)都可通過(guò)操作移動(dòng)終端來(lái)執(zhí)行。 例如，工作人員通過(guò)移動(dòng)終端下達(dá)噴灑通信指令后，系統(tǒng)接收到指令然后進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)庫(kù)完成與指令相關(guān)的信息的存儲(chǔ)，當(dāng)噴灑任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后系統(tǒng)將形成歷史數(shù)據(jù)報(bào)告，方便后期管理和查詢。

圖1 是噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)通信架構(gòu)圖，在此平臺(tái)中移動(dòng)通信具有控制功能。

圖1 噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)通信架構(gòu)

所有加入到噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)中的移動(dòng)終端或計(jì)算機(jī)終端，都具有訪問(wèn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和下達(dá)相關(guān)指令的功能。 工作人員可以通過(guò)終端中的任意一個(gè)發(fā)起噴灑通信，服務(wù)器都會(huì)順利接收發(fā)送指令，然后生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，此時(shí)的數(shù)據(jù)表是臨時(shí)的。 設(shè)計(jì)此平臺(tái)時(shí)筆者特意選擇了全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（ global system for mobile communications， GSM）來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，詳細(xì)通信程序如圖2 所示。

圖2 噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)通信程序

噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)在進(jìn)行移動(dòng)終端功能設(shè)計(jì)時(shí)要求不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┫鄳?yīng)的信息服務(wù)，更要滿足用戶對(duì)水量需求情況以及區(qū)域環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)查詢需求。 另外，為了提升用戶的體驗(yàn)感，預(yù)約遠(yuǎn)程噴灑的功能也必不可少，且移動(dòng)終端要進(jìn)行實(shí)名制設(shè)計(jì)，新用戶需要完成身份注冊(cè)才能順利登錄系統(tǒng)進(jìn)行信息的查詢和遠(yuǎn)程噴灑的預(yù)約。

2 噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

開(kāi)發(fā)本噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)時(shí)，首先要進(jìn)行噴灑信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，這既是平臺(tái)的基礎(chǔ)也是管理的核心。 組成噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的因素包括管理?xiàng)l件、水資源、環(huán)境條件和噴灑種類等，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)對(duì)已經(jīng)發(fā)生的歷史信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，更會(huì)進(jìn)行專題數(shù)據(jù)的匯總，充分實(shí)現(xiàn)了噴灑信息的分析、查詢和顯示功能；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)還能進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，其管理范圍內(nèi)的噴灑數(shù)據(jù)和地理信息都可以通過(guò)曲線和圖標(biāo)的形式展現(xiàn)給移動(dòng)終端的工作人員或其他用戶。 另外，從實(shí)際情況考慮，歷史噴灑數(shù)據(jù)是非常具有參考價(jià)值的，平臺(tái)一般都會(huì)充分參考?xì)v史數(shù)據(jù)表將其作為噴灑決策的重要根據(jù)。 由此可見(jiàn)，移動(dòng)終端的可視化管理和數(shù)字化管理對(duì)于平臺(tái)信息的交互尤為關(guān)鍵，如圖3 所示。 在構(gòu)建噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)可預(yù)留多個(gè)接口用于數(shù)據(jù)交互，如此當(dāng)多用戶同時(shí)使用此平臺(tái)時(shí)，可保證數(shù)據(jù)交互和時(shí)間監(jiān)測(cè)功能不受制約和影響。

圖3 噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)框架

3 模塊設(shè)計(jì)

由于噴灑信息所涉及的要素較多，所以在構(gòu)建此信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)特意按照屬性和空間劃分成兩大類。 地理信息數(shù)據(jù)等被劃分到空間數(shù)據(jù)庫(kù)，噴灑決策模型和遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)模型則被劃分為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。 數(shù)據(jù)庫(kù)的安全與否，直接決定著信息平臺(tái)能否正常運(yùn)行，因此十分重要；另外，數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展性也同樣需要被重視，因?yàn)閷Q定著用戶能否順利提取空間數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)能否順利利用屬性數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的運(yùn)算分析。 空間數(shù)據(jù)內(nèi)會(huì)將噴灑區(qū)所在的地理信息進(jìn)行匯總并在移動(dòng)終端進(jìn)行顯示，方便用戶按需獲取地理信息。 系統(tǒng)管理工作人員會(huì)定時(shí)更新平臺(tái)空間數(shù)據(jù)，其中的地理信息模塊與信息管理模塊間的數(shù)據(jù)是可以共享和交互的。 移動(dòng)終端的用戶有權(quán)限對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，以此來(lái)保證系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

如果按照功能劃分噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，那么其可分為專題數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史信息數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)三部分。 其中，在地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)區(qū)域可細(xì)化為噴灑水資源分布圖、交通圖和行政劃分圖。

區(qū)域內(nèi)的噴灑信息一般會(huì)被存儲(chǔ)在歷史信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括生產(chǎn)狀態(tài)、歷年噴灑數(shù)據(jù)、噴灑工程現(xiàn)狀和區(qū)域氣候特征等內(nèi)容。 專題數(shù)據(jù)庫(kù)則是對(duì)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)噴灑制度和供水制度等噴灑制度信息的存儲(chǔ)，內(nèi)容簡(jiǎn)單明了。

當(dāng)管理人員或者移動(dòng)用戶需要數(shù)據(jù)查詢服務(wù)時(shí)，平臺(tái)的信息檢索模塊就會(huì)被系統(tǒng)調(diào)用，其主要可以實(shí)現(xiàn)條件查詢和空間查詢兩種功能。 通過(guò)平臺(tái)中的地圖可實(shí)現(xiàn)空間查詢，獲得所需要的數(shù)據(jù)信息；通過(guò)查詢界面輸入定向條件進(jìn)行檢索可獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)分析模塊的主要功能是負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)測(cè)量：區(qū)域內(nèi)的噴灑量、噴灑類型和噴灑分布情況等需要進(jìn)行統(tǒng)一的匯總，然后以數(shù)據(jù)表或者圖形的形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)以便后期查詢；而需要測(cè)量的內(nèi)容包括地圖界面中的坐標(biāo)、面積和距離，有了這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)才能構(gòu)建出區(qū)域內(nèi)的空間信息；實(shí)用性很強(qiáng)的預(yù)測(cè)模塊可以調(diào)用存儲(chǔ)在平臺(tái)內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)管理人員想要制定新的噴灑政策時(shí)便可以啟動(dòng)預(yù)測(cè)模型對(duì)所需噴灑區(qū)域內(nèi)的噴灑需求進(jìn)行模擬，通過(guò)系統(tǒng)分析得到科學(xué)合理的噴灑指標(biāo)和方案，并將此作為噴灑資源配置的參考依據(jù)提供給相關(guān)使用人員。

區(qū)域內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)狀都會(huì)對(duì)平臺(tái)的預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建產(chǎn)生不同程度的影響，以噴灑用水量預(yù)測(cè)模型為例，此模型主要涉及噴灑用水量和噴灑凈定額兩個(gè)主要參數(shù)，其中計(jì)算綜合噴灑凈定額的公式可表示為式（1）：

式（1）中，m為綜合噴灑凈定額；ai為需求區(qū)域噴灑比例；mi為需求區(qū)域噴灑定額。

噴灑用水量計(jì)算公式為式（2）：

式（2）中，W灌為噴灑用水量；Fm為噴灑面積；η綜為噴灑水有效利用系數(shù)。

噴灑管理模塊是為服務(wù)于系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)和用戶管理而設(shè)計(jì)的，可作為系統(tǒng)工具來(lái)使用，主要負(fù)責(zé)維護(hù)與管理用戶賬號(hào)信息。 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，使用者可以根據(jù)用戶的不同屬性將其劃分成系統(tǒng)管理員、管理人員和普通用戶三大類，這三個(gè)群體會(huì)有不同的需求傾向，系統(tǒng)管理員主要負(fù)責(zé)編輯和更新數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，且需要能夠批量導(dǎo)入和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，這也是管理模塊工具性的一種表現(xiàn)。

研發(fā)本平臺(tái)的初衷就是借助移動(dòng)終端來(lái)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)服務(wù)器間信息的傳遞與交互，而這個(gè)過(guò)程則主要通過(guò)Java多線程方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 移動(dòng)通信技術(shù)在本次設(shè)計(jì)中占據(jù)著關(guān)鍵性地位，當(dāng)一個(gè)指令由某個(gè)移動(dòng)終端服務(wù)器發(fā)出后就會(huì)刺激互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生鏈接請(qǐng)求，同時(shí)一個(gè)額外的子線程也會(huì)啟動(dòng)表示該終端產(chǎn)生了鏈接的需求；一個(gè)通信線程正式啟動(dòng)完成后，平臺(tái)服務(wù)器與移動(dòng)終端間的通信網(wǎng)絡(luò)便正式鏈接成功，此時(shí)的數(shù)據(jù)交互便是順暢并且有效的。

當(dāng)噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)的服務(wù)器與移動(dòng)客戶端的網(wǎng)絡(luò)通信正式建立后，客戶便可通過(guò)移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)自己的不同需求。 首先要進(jìn)行用戶的注冊(cè)或登錄，然后便可查詢噴灑信息或者進(jìn)行噴灑預(yù)約等，客戶端的操作性極強(qiáng)且流程清晰，具體如圖4 所示。

圖4 噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)移動(dòng)終端程序執(zhí)行流程

4 應(yīng)用測(cè)試

基于移動(dòng)通信技術(shù)研發(fā)的噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)能夠科學(xué)合理地預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)的噴灑參數(shù)。 假設(shè)在某地使用此信息平臺(tái)，用以監(jiān)測(cè)其實(shí)用性和可定性。 具體參數(shù)如下： 區(qū)域內(nèi)共有2000 hm2的面積需要被噴灑，1 333.3 hm2為實(shí)際有效面積；其中，采用地下水噴灑區(qū)域面積為700 hm2，剩下的用來(lái)其他作業(yè)的區(qū)域則主要借助噴灑儲(chǔ)水系統(tǒng)完成噴灑任務(wù)；地理?xiàng)l件方面，年水分蒸發(fā)量為1 600 mm，年平均降雨量為600 mm，平均氣溫為9℃，一年中氣溫最低為-15 ℃，最高為37 ℃。

在服務(wù)器或者移動(dòng)終端輸入噴灑區(qū)域內(nèi)重要參數(shù)后，平臺(tái)便可進(jìn)行預(yù)測(cè)。 例如區(qū)域內(nèi)急需噴灑面積共計(jì)700 hm2，得到的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 噴灑信息預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的噴灑系統(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)是基于移動(dòng)通信技術(shù)而研發(fā)的，平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、噴灑信息分析、噴灑指令傳送和遠(yuǎn)程噴灑預(yù)約等功能。對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和共享，將有利于用戶選擇更科學(xué)的噴灑決策；以圖表形式顯示的信息數(shù)據(jù)能夠?qū)姙⑾到y(tǒng)移動(dòng)信息管理平臺(tái)的智能化水平和自動(dòng)化水平提升到新的高度；而遠(yuǎn)程預(yù)約模式的存在則為噴灑工作人員提供了更多決策選擇和思路，提升了用戶的使用體驗(yàn)感。