基于WinCE寒地大豆信息化綜合服務(wù)平臺(tái)研究

董常波 戚國強(qiáng) 魏曉莉

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030

基于WinCE寒地大豆信息化綜合服務(wù)平臺(tái)研究

董常波 戚國強(qiáng) 魏曉莉

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030

本研究將農(nóng)業(yè)信息化與PDA相結(jié)合，采用優(yōu)化的C/S模式研究了一種新型的基于PDA的寒地大豆信息綜合服務(wù)平臺(tái)， 旨在為豆農(nóng)提供產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后過程中的信息和技術(shù)服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)部分采用了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的精確推理、優(yōu)化的A*搜索算法和AES加密算法，并通過TCP/IP技術(shù)和移動(dòng)中間技術(shù)實(shí)現(xiàn)了SQL Server Compact Edition與SQL Server間遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取。

寒地大豆；PDA；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信；SQL CE

引言

大豆原產(chǎn)于我國，我國的大豆總產(chǎn)量和出口量曾經(jīng)約占世界90%以上，但是由于諸多因素的影響，我國的大豆產(chǎn)業(yè)面臨及其嚴(yán)峻的形勢(shì)，我們已經(jīng)成為世界上大豆進(jìn)口量最大的國家，而我們自己的大豆產(chǎn)量和質(zhì)量卻徘徊不前，究其原因主要是大豆生產(chǎn)一直沿用舊的方式方法，沒有充分利用好現(xiàn)代信息科學(xué)和手段，僅憑經(jīng)驗(yàn)種田，導(dǎo)致對(duì)大豆的生活習(xí)性，病蟲害防治，平衡施肥，精準(zhǔn)栽培管理等技術(shù)掌握不夠準(zhǔn)確。所以我們必須轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，由原來的粗放型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑥r(nóng)業(yè)。因此本研究的目的旨在于通過信息化手段為農(nóng)民服務(wù)，開發(fā)一個(gè)基于PDA的寒地大豆綜合信息服務(wù)平臺(tái)，使農(nóng)民在田間地頭就能夠方便實(shí)時(shí)的利用有用信息來指導(dǎo)生產(chǎn)，來幫助農(nóng)民增效增收。

1.系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)豆農(nóng)的需求分析和系統(tǒng)環(huán)境配置的調(diào)研對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，即前端PDA系統(tǒng)和后臺(tái)服務(wù)器系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure

圖中， ADO.NET是Microsoft.NET平臺(tái)上專門用于數(shù)據(jù)訪問的高級(jí)編程接口，它由.NET Framework中的一組數(shù)據(jù)類型組成，用來提供應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)源（.sdf）[1]。豆農(nóng)通過應(yīng)用程序來提取數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，底層的通信和數(shù)據(jù)交換功能由PDA上的SQL Server CE client agent（客戶端代理）與IIS（Internet信息服務(wù)）提供的SQL Server CE Server agent（服務(wù)器代理）通過無線網(wǎng)絡(luò)或Microsoft ActiveSync工具完成，從而實(shí)現(xiàn)PDA與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本系統(tǒng)開發(fā)為多用戶共享系統(tǒng)，開發(fā)采用優(yōu)化的C/S模式，服務(wù)器端為PC機(jī)，客戶端為PDA，所有數(shù)據(jù)庫及推理部分全部放在服務(wù)端，系統(tǒng)通過使用無線傳輸技術(shù)使用戶可以隨時(shí)隨地方便快捷的登錄大都信息平臺(tái)，服務(wù)器端由系統(tǒng)管理員進(jìn)行維護(hù)，及時(shí)更新、完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，處理豆農(nóng)發(fā)送的各類信息，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1.3.1 PDA終端系統(tǒng)功能模塊 在對(duì)PDA終端系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)之前要對(duì)其功能進(jìn)行需求分析，明確其功能主要是農(nóng)民用來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的查詢?yōu)g覽和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸。根據(jù)需求總結(jié)出如下的需求：用戶管理可以實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)、登錄、注銷功能，登陸成功后方可利用信息平臺(tái)；數(shù)據(jù)檢索和決策可以實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后過程中的信息檢索和決策功能。及時(shí)解決豆農(nóng)在生產(chǎn)過程中遇到的各種問題；短信定制可以實(shí)現(xiàn)短信的定制和接收功能，及時(shí)了解大豆生產(chǎn)以及銷售方面的信息。視頻模塊可以實(shí)現(xiàn)在線點(diǎn)播科教視頻，也可以實(shí)現(xiàn)視頻下載功能；留言咨詢可以實(shí)現(xiàn)向服務(wù)器端發(fā)送留言的功能，豆農(nóng)可以將自己的疑難問題以留言的形式發(fā)送至服務(wù)器；信息交流可以實(shí)現(xiàn)豆農(nóng)大豆產(chǎn)前農(nóng)資購買問題以及產(chǎn)后的銷售信息交流問題，類似一個(gè)信息交流論壇。

圖2 系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.2 System general Network topology chart

根據(jù)以上需求分析設(shè)計(jì)出PDA終端功能模塊，如圖3所示。

圖3 PDA系統(tǒng)功能模塊圖終端Fig.3 PDA terminal system function

1.3.2 后臺(tái)服務(wù)器端功能模塊 根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后臺(tái)服務(wù)器端分為用戶管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、知識(shí)庫管理模塊、短信發(fā)送模塊、留言管理模塊、信息交流模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置模塊。

系統(tǒng)管理員通過用戶管理模塊對(duì)用戶進(jìn)行管理，保證系統(tǒng)的安全性。數(shù)據(jù)庫管理模塊用來對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查看和更新，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫備份的功能，管理員可以選擇手動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)備份，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性和誤操作都提供了保障[2]。數(shù)據(jù)庫管理模塊和知識(shí)庫管理模塊可以及時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫進(jìn)行更新和擴(kuò)充，保證信息和知識(shí)的時(shí)效性；短信發(fā)送模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息定制用戶的短信息發(fā)送功能；留言管理模塊通過大豆專家的權(quán)威準(zhǔn)確的回答然后以回復(fù)留言的形式發(fā)送給豆農(nóng)。信息交流模塊主要解決產(chǎn)后銷售問題，也可以解決產(chǎn)前農(nóng)資的購買問題，豆農(nóng)可以在此交流平臺(tái)上發(fā)布自己的供需信息。

2.系統(tǒng)開發(fā)工具與環(huán)境搭建

本系統(tǒng)的開發(fā)基于.NET平臺(tái)，開發(fā)工具為Visual Studio 2008,采用C#語言。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005,服務(wù)器端為Windows XP系統(tǒng)的PC機(jī)，PDA為多普達(dá)公司的T3333，操作系統(tǒng)為Windows Mobile 6.0,因此，對(duì)于智能設(shè)備的開發(fā)需要搭建PDA的WM6.5開發(fā)環(huán)境，包括順序安裝IIS服務(wù)器、VS2008、Microsoft ActiveSync 4.5, Windows Mobile 6.5Pocket PC SDK.msi或Windows Mobile6.5 Smartphone SDK.msi、SQL Server 2000、Windows Mobile 6.5Emulator Images for Pocket PCCHS.msi。

3.系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 知識(shí)表示

選擇合適的知識(shí)表示方式是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)決策推理功能的基礎(chǔ)，而采用優(yōu)化的知識(shí)表示方法，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)推理決策快速、精確的根本保障[3]。由于本課題各方面的大豆知識(shí)類型以及需要能夠表示不精確知識(shí)且適合推理等因素，結(jié)合實(shí)際研究情況，本平臺(tái)的研究采用了語義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示方法。先利用分類網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示形式，對(duì)接收到的豆農(nóng)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行排隊(duì)分析，將知識(shí)按層次進(jìn)行分類，形成較規(guī)范的知識(shí)，再利用推理網(wǎng)絡(luò)把每個(gè)判斷中的謂詞部分和變?cè)糠址纸忾_來，以便得到更深入的推理關(guān)系和更模塊化的推理規(guī)則。

3.2 推理機(jī)制

在大豆智能服務(wù)平臺(tái)的推理模塊中主要采用了開式推理與閉式推理推理相結(jié)合的方法，從用戶的問題出發(fā)，利用有限自動(dòng)機(jī)制，直接把基本的推理規(guī)則寫入語義網(wǎng)絡(luò)，把語義的重點(diǎn)放在節(jié)點(diǎn)中，但并不是所有的弧都表示同一意思，同時(shí)形成推理模型[5]。這種推理模型無論從整體還是推理過程的考慮，都更符合本系統(tǒng)平臺(tái)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，不但提高了系統(tǒng)推理速度，而且提高了系統(tǒng)推理精度。

3.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)

本系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信利用了TCP/IP技術(shù)，利用.NET Compact Framework中提供的TCP對(duì)象，創(chuàng)建自定義網(wǎng)絡(luò)接口并使用Internet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。TCP對(duì)象包括TcpListener和TcpClient對(duì)象，TcpListener和TcpClient兩個(gè)對(duì)象均基于Socket類，Socket類被定義在System.Net.Sockets命名空間[4]。Socket類可以以數(shù)據(jù)流的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳送和接收數(shù)據(jù)。大豆智能服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建基于TCP的C/S應(yīng)用實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信過程可分為: 建立TCP服務(wù)器、建立TCP客戶端、異步TCP通訊。

3.4 優(yōu)化的A*搜索算法

A*算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解最短路最有效的方法，也是一種最好優(yōu)先的算法，但在實(shí)現(xiàn)過程中增加了一些約束條件，使在問題求解時(shí)能夠找到狀態(tài)空間搜索的最短路徑，也就是用最快的方法求解問題[5]。因此，本系統(tǒng)中的信息檢索模塊采用A*搜索算法，并在原有算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化處理，在信息計(jì)算量與搜索的準(zhǔn)確性之間得到了很好的平衡，算法過程如圖4所示（起始位置是A，目標(biāo)位置是P，字母后的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的估價(jià)值）。

圖4 信息檢索中的搜索算法Fig.4Searching algorithm in information search

3.5 AES加密算法

由于本系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是信息檢索與傳輸，每位用戶都必須與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，為保證數(shù)據(jù)傳輸過程中敏感數(shù)據(jù)的安全性，所以在系統(tǒng)加密設(shè)計(jì)時(shí)參照AES原理，并在AES原有算法的基礎(chǔ)上做了部分改進(jìn)，對(duì)列變化進(jìn)行分解，使倍乘次數(shù)降低，提高加密效率[6]。此平臺(tái)是基于C/S三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，客戶端必須經(jīng)過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊間接訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，因此，數(shù)據(jù)加密和解密的工作都是在數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊中完成的。當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊后生成密文數(shù)據(jù)，所以PDA與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)以密文方式傳輸，減少了敏感數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸泄密的可能性，保證了服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全。

圖5 移動(dòng)中間件原理圖Fig.5 Mobile middleware elementary diagram

3.6 移動(dòng)中間件技術(shù)

本系統(tǒng)利用移動(dòng)中間件技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程過程調(diào)用，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與智能移動(dòng)設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，從而使不同操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信服務(wù)[7]。當(dāng)豆農(nóng)通過使用PDA輸入需求信息時(shí)，數(shù)據(jù)信息通過程序接口與服務(wù)器建立連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊，首先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為服務(wù)器端可以接受的數(shù)據(jù)，再利用自定義程序和模塊和通用程序模塊，根據(jù)用戶需求類型，通過SQL接口與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、模型庫建立數(shù)據(jù)支持，迅速處理需求后，再將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為PDA端可以接收的數(shù)據(jù)信息，通過程序接口發(fā)送到PDA。移動(dòng)中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖如圖5所示。

4.結(jié)論

本系統(tǒng)開發(fā)以寒地豆農(nóng)需求和實(shí)際研究情況為基礎(chǔ)，采用了PC機(jī)與智能終端相結(jié)合的方法，為寒地豆農(nóng)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便快捷的交互式高科技服務(wù)平臺(tái)，基本達(dá)到了本系統(tǒng)開發(fā)的目的?；赪inCE大豆智能服務(wù)平臺(tái)的開發(fā)，為豆農(nóng)提供了一個(gè)真正屬于自己的信息服務(wù)平臺(tái)，豆農(nóng)可以隨時(shí)隨地體驗(yàn)專門為自己量身定制的服務(wù)模式，滿足了廣大豆農(nóng)在系統(tǒng)平臺(tái)功能方面的需求，且更具實(shí)用性、安全性及可升級(jí)性，使信息技術(shù)和高科技產(chǎn)品全方位融入大豆生產(chǎn)過程，加快新技術(shù)推廣步伐，進(jìn)而解決農(nóng)村信息化“最后一公里”問題，逐漸縮短我國與國外發(fā)達(dá)國家大豆種植技術(shù)的差距。圖6～圖9為智能服務(wù)平臺(tái)PDA端部分運(yùn)行界面截圖。

圖6 PDA端主界面Fig. 6 main interface of PDA

圖7 土壤信息模塊Fig.7 Soil information module

圖8 大豆品種選擇模塊Fig.8 Selection module of soybean variety

圖9 大豆施肥決策模塊Fig.9 Fertilization decision-making module

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Research on soybean management information service platform based on WinCE

DongChangbo,QiGuoqiang,WeiXiaoli College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China

This study combines the agricultural informatization and PDA , adopting the optimization of C/S mode to study a new soybean information comprehensive service platform which based on PDA, aiming at providing bean agriculture information and technical service in the process of planting soybean, finally realizes the increasing income. System key technology part adopts the accurate reasoning of Bayesian Network , optimization of A * search algorithm and AES encryption algorithm, To achieve getting access to data between the SQL Server with SQL Server Compact, we adopt TCP/IP technology.Key words Cold ground soybean；PDA；remote data communications；SQLCE

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.057

董常波（1985-），男， 山東濰坊人 碩士研究生 研究方向:智能農(nóng)業(yè)。