基于移動技術(shù)的養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)

基于移動技術(shù)的養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)是以Android智能手機為終端，利用智能手機的便攜性、普適性和不受有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境限制等特點，向養(yǎng)殖戶提供水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)。解決了因先進(jìn)的養(yǎng)殖技術(shù)推廣信息化程序不強、不及時而導(dǎo)致的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展受阻的問題，使其真正應(yīng)用到養(yǎng)殖生產(chǎn)一線，系統(tǒng)的研發(fā)具有較高的實用價值和應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù) 移動技術(shù) Android系統(tǒng) 智能手機

水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)經(jīng)濟(jì)是我國沿海城市的重要產(chǎn)業(yè)，以廣東湛江為例，依托豐富的海洋資源環(huán)境大力發(fā)展對蝦養(yǎng)殖，形成了養(yǎng)殖、加工出口系列對蝦產(chǎn)業(yè)鏈。然而對蝦養(yǎng)殖快速發(fā)展的同時存在一些突出問題，如：養(yǎng)殖成功率低，投資風(fēng)險大；養(yǎng)殖中的殘餌、排泄物、肥料、藥物等帶來的自身污染非常嚴(yán)重，養(yǎng)殖環(huán)境的惡化導(dǎo)致水產(chǎn)病害的頻發(fā)。而大多數(shù)養(yǎng)殖戶多是農(nóng)民或個體戶，沒有受過專業(yè)技術(shù)的培訓(xùn)，缺乏科學(xué)的養(yǎng)殖知識，因此在養(yǎng)殖過程中會出現(xiàn)一些不規(guī)范的養(yǎng)殖行為，如采用一些不合理的防病害技術(shù)、不規(guī)范的用藥或使用違禁藥品等，這些都會對水產(chǎn)品的安全帶來不利的影響。因此開展無公害健康養(yǎng)殖、推動產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為迫切需要。

高校、科研機構(gòu)等在對蝦健康養(yǎng)殖技術(shù)方面進(jìn)行了深入廣泛的研究，取得了豐富的研究成果。如何把這些研究成果借助高科技的手段送到養(yǎng)殖戶手中，成為當(dāng)前水產(chǎn)信息化建設(shè)的重要任務(wù)。上海海洋大學(xué)楊寧生等針對對蝦養(yǎng)殖管理設(shè)計開發(fā)了基于Web的管理信息平臺，該系統(tǒng)以對蝦養(yǎng)殖的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)為信息源，實現(xiàn)了對信息的采集、傳輸、管理、存儲、分析等功能。廣東海洋大學(xué)劉雙印等設(shè)計開發(fā)了基于.NET的對蝦病害防治專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對我國對蝦養(yǎng)殖存在的問題，采用ASP.NET技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了基于B/S結(jié)構(gòu)的對蝦增養(yǎng)殖及病害防治專家系統(tǒng)。然而這些信息平臺由電腦+有線寬帶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，對于位置分散偏僻、有線寬帶難普及的廣大漁農(nóng)村來說，使用不方便，取得的效果不明顯。

隨著移動通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及移動通信設(shè)備的普及，智能手機特別是Android智能手機在中國的市場占有率不斷提升。一方面Android智能手機是集通話、上網(wǎng)、多媒體等功能于一體的智能終端，且支持語音、觸屏等人機交互技術(shù)；另一方面，開源、免費的Android操作系統(tǒng)提供了靈活的自主設(shè)計空間。因此，本文以對蝦養(yǎng)殖為例，研究開發(fā)基于Android手機平臺的養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)，使養(yǎng)殖戶在養(yǎng)殖過程中能夠隨時隨地掌握水質(zhì)調(diào)控技術(shù)、輕松獲取幫助、資訊等信息，從而改善養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境，實現(xiàn)對蝦健康養(yǎng)殖，推動對蝦產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

以智能手機作為信息終端，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)和移動技術(shù)的對蝦養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)分“用戶子系統(tǒng)”和“專家子系統(tǒng)”兩大模塊，具有蝦池水質(zhì)的物理調(diào)控技術(shù)、化學(xué)調(diào)控技術(shù)及蝦池水色培養(yǎng)、微生態(tài)試劑應(yīng)用、微藻培養(yǎng)方法、浮游生物鑒定等生物調(diào)控技術(shù)。其中浮游生物鑒定包含了豐富的浮游生物實體圖像、生理特征的查詢與展示。如圖1所示。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括系統(tǒng)用戶端、領(lǐng)域?qū)＜叶说脑O(shè)計。系統(tǒng)用戶有養(yǎng)殖農(nóng)戶、養(yǎng)殖技術(shù)人員，通過智能手機客戶端訪問系統(tǒng)平臺。針對Android智能手機在數(shù)據(jù)庫支持和硬件資源等方面相對有限的特點，故在Android系統(tǒng)平臺上，采用SQlite搭載精簡數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)文件外存設(shè)計思路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作。

相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜铱梢酝ㄟ^手機客戶端或PC端訪問系統(tǒng)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是獨立于應(yīng)用程序開發(fā)的，因此專家對數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行更新后，系統(tǒng)用戶則可通過3G/4G/WiFi網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，以完成對整個對蝦養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)的更新。

3 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 硬件開發(fā)環(huán)境

基于移動技術(shù)的對蝦養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)是建立在Internet和智能手機移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的應(yīng)用，系統(tǒng)建設(shè)包括服務(wù)器端、客戶端及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其中服務(wù)器端包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)存儲管理；Web網(wǎng)站服務(wù)器，提供PC互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站頁面服務(wù)和系統(tǒng)后臺管理服務(wù)。

養(yǎng)殖戶的智能手機安裝客戶端程序到手機上，由于客戶端搭載SQlite輕量級數(shù)據(jù)庫，當(dāng)移動信號較弱或無信號覆蓋的地區(qū)，可以離線使用數(shù)據(jù)庫獲得技術(shù)支持，從而擺脫時間與空間限制。

3.2 軟件開發(fā)環(huán)境

3.2.1 前臺手機端

基于Android智能手機平臺開發(fā)，采用SQLite輕量級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)文件外存設(shè)計思路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作；

3.2.2 后臺管理端

采用基于.net平臺下的ASP.NET、C#、jQuery、Ajax、DHTML開發(fā)技術(shù)。

3.2.3 運行平臺

Web服務(wù)端選擇Window2003 Server作為服務(wù)器操作系統(tǒng)，并運行基于MS IIS + .NET Framework的WEB服務(wù)平臺，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選擇SQL Server2005；移動計算端運行于GPRG傳輸下的WAP服務(wù)協(xié)議、公辦WiFi及ISP的WLAN等多種方式。

3.3 關(guān)鍵服務(wù)的技術(shù)實現(xiàn)

在水質(zhì)調(diào)控技術(shù)中，生物調(diào)控所涉及到的各類浮游生物種類繁多、形態(tài)各異、生理機制復(fù)雜，從事對蝦養(yǎng)殖的技術(shù)人員因為缺乏相關(guān)的知識難以輕松辯識，說出其基本的生理特征，更不用說普通的養(yǎng)殖農(nóng)戶，能熟練應(yīng)用其進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控也就無從談起了。因此系統(tǒng)實現(xiàn)了常見浮游生物鑒定服務(wù)的功能，并采用基于規(guī)則的分類器進(jìn)行生物識別。用戶輸入所要鑒定的浮游生物形態(tài)特征，系統(tǒng)根據(jù)生成的分類規(guī)則查詢并確定浮游生物的種類，同時反饋該類生物的圖片給予用戶確認(rèn)。

基于規(guī)則的分類器使用訓(xùn)練樣本學(xué)習(xí)分類模型，即一組IF-THEN規(guī)則，再利用規(guī)則進(jìn)行分類。首先，根據(jù)養(yǎng)殖專家意見，從浮游生物庫中選定養(yǎng)殖蝦塘常見的種類。將這些種類作為鑒定對象，提取出較為顯著的特征屬性A = （輪廓， 紋理， 顏色， 群體性， 突出物， 運動性），那么每一個訓(xùn)練元組即可表示為n維屬性向量，訓(xùn)練樣本集由專家從圖譜中根據(jù)特征屬性生成，并加入了一些非專家的特征提取樣本，增加樣本集噪聲。分類規(guī)則由RIPPER算法通過學(xué)習(xí)生成，首先選擇一個類來創(chuàng)建規(guī)則，并將標(biāo)記該類的樣本看成是正類集合，而其它類都?xì)w為負(fù)類集合，一次為一個類學(xué)習(xí)規(guī)則集。

為了產(chǎn)生中的一條新規(guī)則，將樣本集按照2：1隨機地分為兩個子集，一個作為生成集（包括正樣本和負(fù)樣本），另一個作為修剪集（包括正樣本和負(fù)樣本）。從一個前件為空的規(guī)則開始，在特征屬性中選擇能使其FOIL信息增益最大的條件添加到中，不斷重復(fù)該過程繼續(xù)增長規(guī)則，直到覆蓋生成集的所有數(shù)據(jù)項。緊接著對新生成的規(guī)則進(jìn)修剪，修剪操作從中最后加入的條件開始刪除，重復(fù)執(zhí)行刪除直到無法提升的值為止，為度量公式，定義為，其中，和分別是和中被規(guī)則覆蓋的樣本數(shù)。學(xué)習(xí)完成后如果的MDL大于閾值則停止學(xué)習(xí)，否則將新規(guī)則添加到初始規(guī)則集中，然后將規(guī)則所覆蓋樣本從樣本集中刪除。重復(fù)進(jìn)行該過程直到集合為空，則完成一個類的初始訓(xùn)練。

最后對初始進(jìn)行后修剪優(yōu)化得到類的最終。刪除被覆蓋的樣本后，進(jìn)入下一個類的規(guī)則集學(xué)習(xí)，直到只剩單個類為止，便完成了整個規(guī)則模型的學(xué)習(xí)過程。

3.4 系統(tǒng)的更新

該對蝦養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)的更新提供了良好的機制，如圖3所示。數(shù)據(jù)更新分為領(lǐng)域?qū)＜叶撕拖到y(tǒng)用戶端，其中專家端通過智能手機終端或PC端對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增、刪、查、改等操作，并在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，上傳至服務(wù)器以更新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫文件；系統(tǒng)用戶端則可以在獲取更新提示的前提下，選擇是否更新，如果需要更新則可以從新獲取最新的數(shù)據(jù)庫文件，實現(xiàn)系統(tǒng)的更新。

4 結(jié)束語

基于移動技術(shù)的養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)是利用先進(jìn)的移動信息技術(shù)手段向養(yǎng)殖從業(yè)人員提供“養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控”技術(shù)服務(wù)。解決了因先進(jìn)的養(yǎng)殖技術(shù)推廣信息化程序不強、不及時而導(dǎo)致的對蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展受阻的問題。同時智能手機的便攜性、普適性、動態(tài)更新也使其能夠真正應(yīng)用到生產(chǎn)養(yǎng)殖一線，具有較高的使用價值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

張雪英（1974-），女，廣東省汕頭市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為廣東海洋大學(xué)講師。研究方向為嵌入式系統(tǒng)及信息技術(shù)的研究。

通信作者

陳小瀚（1976-），男，廣東省潮州市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為廣東海洋大學(xué)講師。研究方向為信息管理系統(tǒng)、圖像處理。

作者單位

廣東海洋大學(xué) 廣東省湛江市 524088