基于SSM的水質(zhì)在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

黃子揚(yáng)祝奕煒 沈信宇 慕京生 焦 俊*

（1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽合肥 230036；2蒙城縣京徽蒙農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，安徽蒙城 233524）

水質(zhì)安全事關(guān)人民群眾健康、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然環(huán)境保護(hù)。近年來，隨著我國工業(yè)水平的高速發(fā)展，水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)受損三大問題日益凸顯，同時地表水成分逐漸趨于復(fù)雜且化學(xué)成分增多[1]。社會對水質(zhì)安全的要求越來越高，因而設(shè)計(jì)一個穩(wěn)定的實(shí)時預(yù)測分析監(jiān)測系統(tǒng)很有必要[2]。

近年來，Spring+Spring MVC+Mybatis（SSM）框架憑借其優(yōu)越的性能和較高的開發(fā)效率，在一眾Web應(yīng)用開發(fā)框架中脫穎而出。該框架結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)較為輕松，具有高復(fù)用、低耦合、易開發(fā)的優(yōu)勢[3]。本系統(tǒng)使用Java語言，以SSM框架為主，結(jié)合Vue前端設(shè)計(jì)框架設(shè)計(jì)出了輕量級的巢湖水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用Modbus與TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)主機(jī)后存于H2數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)主機(jī)通過經(jīng)典算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，在可視化網(wǎng)頁平臺實(shí)時更新展示，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)（圖1）中，可采集多種水質(zhì)數(shù)據(jù)的智能傳感器布設(shè)在監(jiān)測區(qū)域，其負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送到周邊的監(jiān)測站點(diǎn)；監(jiān)測站點(diǎn)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式后轉(zhuǎn)發(fā)給負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)預(yù)測分析和信息輸出的主機(jī)；主機(jī)采用SSM框架和H2數(shù)據(jù)庫[4-5]。

1.1 SSM框架

圖2是SSM框架結(jié)構(gòu)圖。在SSM框架中，系統(tǒng)的3 層架構(gòu)為表現(xiàn)層（包括 model、controller、view）、業(yè)務(wù)層、持久層。不同層分別負(fù)責(zé)相應(yīng)的功能，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了開發(fā)難度[6]。

1.1.1 SSM框架的表現(xiàn)層。該層要通過調(diào)用業(yè)務(wù)層的接口來控制業(yè)務(wù)流程，其作用是使用JavaWeb結(jié)合Vue等相關(guān)技術(shù)將邏輯底層傳來的數(shù)據(jù)顯示給用戶。控制的配置也是在Spring的配置文件中進(jìn)行，針對具體的業(yè)務(wù)流程設(shè)有不同的控制器。同時進(jìn)行抽樣歸納，重復(fù)利用子單元流程模塊，可以使程序結(jié)構(gòu)變得清晰。這一邏輯層依賴底層的功能接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞和通信。

通信功能承擔(dān)著系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)和指令的任務(wù)。智能傳感器布設(shè)在巢湖中，并定時以Modbus協(xié)議格式發(fā)送收集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)到監(jiān)測站點(diǎn)。5個監(jiān)測站點(diǎn)均勻布設(shè)在巢湖周邊，其作為系統(tǒng)的通信中樞起到了過渡的作用。智能傳感器將數(shù)據(jù)直接以Modbus格式送至監(jiān)測站點(diǎn)，監(jiān)測站點(diǎn)立即將數(shù)據(jù)通過預(yù)寫的轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)為TCP/IP格式的水質(zhì)數(shù)據(jù)再送至系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)庫中[7-8]。

1.1.2 SSM框架的業(yè)務(wù)層。該層具有承上啟下的中間過渡作用，運(yùn)用 Servlet、Tomcat、Web Server、Filter、Listener等技術(shù)棧向上控制傳遞SSM框架中表現(xiàn)層的請求。站點(diǎn)業(yè)務(wù)層的職能是管理協(xié)調(diào)好各個水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，該層通過調(diào)用一個或多個持久層中的功能點(diǎn)來獲取數(shù)據(jù)。該層在處理好各站點(diǎn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)后將結(jié)果傳輸?shù)缴蠈映绦蜻壿嬏幚韺?，進(jìn)而完成對水質(zhì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和基站功能及接口的整合工作。封裝該層的業(yè)務(wù)邏輯有利于通用業(yè)務(wù)邏輯的獨(dú)立性和重復(fù)利用性，程序非常簡潔。

2.作者及作者單位：只列出主要參加者，一般不超過6人。應(yīng)標(biāo)明全部作者的工作單位全稱、所在地及郵政編碼。

1.1.3 SSM框架的持久層。該層是容器的最底層，實(shí)現(xiàn)邏輯結(jié)構(gòu)的最底層與數(shù)據(jù)庫互相作用。其夾在業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)庫資源中間，是MVC模式中的Model層。MyBatis使用XML或注解用于配置和原始映射，提供映射標(biāo)簽和XML標(biāo)簽。各個數(shù)據(jù)對應(yīng)Pojos和監(jiān)測水站的接口依此被映射成數(shù)據(jù)庫中的記錄。這些記錄和上層的站點(diǎn)數(shù)據(jù)處理層產(chǎn)生交互，完成水質(zhì)數(shù)據(jù)的存儲、增刪改查等一系列相關(guān)基本操作。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

為了消除數(shù)據(jù)存取等因素對系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性造成的影響，本系統(tǒng)選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)庫H2。結(jié)合MyBatis框架的優(yōu)勢建立了數(shù)據(jù)庫，包括設(shè)備表、數(shù)據(jù)表、權(quán)限表、用戶表、信息表等5張表單。在系統(tǒng)中對應(yīng)的表單名稱如表1所示。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對應(yīng)表單

2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)最主要、最基礎(chǔ)的功能是通信功能、異常報警功能、數(shù)據(jù)預(yù)測功能和信息輸出功能（圖3）。

前一階段的工作重點(diǎn)集中在配變重過載、低電壓預(yù)警模型構(gòu)建方面，目前還有較大提升空間，包括在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源拓展、預(yù)警模型優(yōu)化、業(yè)務(wù)互動能力等方面還需進(jìn)一步完善，應(yīng)用范圍還有待進(jìn)一步推廣，同時在臺區(qū)停電事件分析、臺區(qū)三相不平衡分析方面的研究工作目前尚處于空白狀態(tài)。下階段的重點(diǎn)工作包括預(yù)警模型深化研究、臺區(qū)停電事件分析及治理研究、臺區(qū)三相不平衡分析及治理研究、配變運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警機(jī)制研究等內(nèi)容：

2.1 通信功能

隨著全球能源的逐漸枯竭、大氣污染的不斷加劇以及氣溫上升帶來的危害加重,越來越多的人意識到節(jié)能減排是社會發(fā)展的方向。因此,電動汽車應(yīng)運(yùn)而生,并迅速得以廣泛應(yīng)用[1]。電動汽車作為電力負(fù)荷,其充電行為具有間歇性和隨機(jī)性。在電動汽車充電過程中,由于充電器本身包含各種非線性特性的電力電子元件,會向電力系統(tǒng)注入諧波,當(dāng)諧波超過一定范圍,將會給電網(wǎng)帶來諧波污染,從而對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,同時也將縮短電池的壽命,因此對電動汽車充電過程中的諧波進(jìn)行分析和檢測具有重要意義[2-4]。

2.1.1 智能傳感器與監(jiān)測站點(diǎn)的通信過程。圖4是該過程的基本流程。

Modbus協(xié)議定義了一個與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單數(shù)據(jù)協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（protocol description unit），特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的Modbus協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU（application data unit）上引入一些附加域。對于不同物理介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的Modbus協(xié)議，其PDU單元是統(tǒng)一的，而附加地址域及差錯校驗(yàn)域需要遵循不同總線或網(wǎng)絡(luò)的特定要求和格式[9]。通用幀格式如圖5所示。

數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)不同的功能碼而存在差異。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)由多種水質(zhì)數(shù)據(jù)綜合在一起，大小未知且占用數(shù)據(jù)幀中n個字節(jié)。

功能碼是通信傳送的第二個字節(jié)。Modbus通訊協(xié)議定義功能號為1～127。表2是常用功能碼及其作用。功能碼生成后從節(jié)點(diǎn)發(fā)往監(jiān)測站點(diǎn)，指示監(jiān)測站點(diǎn)需要執(zhí)行的動作，監(jiān)測站點(diǎn)執(zhí)行后返回響應(yīng)中帶有相同功能碼表明已執(zhí)行該操作。

表2 通信過程中的常用功能碼及其作用

附加地址域是信息幀的第一字節(jié)（8位），定義為0～255。通過這個字節(jié)，擁有唯一預(yù)設(shè)地址的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送給對應(yīng)監(jiān)測站點(diǎn)信息時可表明該報文來源。因?yàn)楸O(jiān)測站點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)是一對一的，所以該報文在轉(zhuǎn)為TCP/IP格式并被主機(jī)接受后，主機(jī)可以迅速了解該水質(zhì)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的水域。

差錯校驗(yàn)是用校驗(yàn)碼判別接收的信息是否出錯。因?yàn)樗械母蓴_因素較多，相關(guān)信息在傳輸過程中可能會發(fā)生細(xì)微的變化，所以通過差錯校驗(yàn)碼可以保證監(jiān)測站點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳送過程中識別出錯誤信息，并且使其失效，以增加系統(tǒng)的安全性和效率。差錯校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法，圖6是計(jì)算CRC碼的步驟。

對于食鹽的質(zhì)量安全管控，《辦法》提出了以下規(guī)定：一是完善食鹽監(jiān)管體制。增加規(guī)定國務(wù)院食品藥品監(jiān)管部門和縣級以上地方人民政府確定的部門負(fù)責(zé)食鹽質(zhì)量安全監(jiān)督管理的職責(zé)。二是增加食鹽企業(yè)及其董事、監(jiān)事、高級管理人員的信用管理，建立健全信用信息記錄和公示制度的規(guī)定。三是食鹽定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)、定點(diǎn)批發(fā)企業(yè)和非食用鹽生產(chǎn)企業(yè)要施行產(chǎn)購銷記錄制度，嚴(yán)防工業(yè)用鹽等非食用鹽流入食鹽市場。四是進(jìn)一步完善法律責(zé)任，加大對違法行為處罰力度。例如，若非食鹽定點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)食鹽，違法生產(chǎn)經(jīng)營的食鹽貨值金額不足1萬元的，可以處5萬元以下的罰款；貨值金額1萬元以上的，并處貨值金額5倍以上10倍以下的罰款。

目前，Modbus有3種常見的數(shù)據(jù)幀格式，本文選用最主流且適用于現(xiàn)場設(shè)備的RTU數(shù)據(jù)幀格式作為傳輸格式。以下是監(jiān)測站點(diǎn)收到Modbus-RTU報文的核心代碼：

//這邊使用的是Netty進(jìn)行命令下發(fā)

這時，他發(fā)現(xiàn)就在十幾米處，出現(xiàn)了日本鬼子！戰(zhàn)士們紛紛舉槍射擊。經(jīng)過一瞬的猶豫，他也開始對著日本鬼子瘋狂射擊。

運(yùn)算能力包括計(jì)算能力和幾何運(yùn)算能力。計(jì)算能力僅指數(shù)據(jù)計(jì)算能力，包括加、減、乘、除、乘方、開方。幾何運(yùn)算能力包括平移、旋轉(zhuǎn)、對稱、壓伸、相似、位似等變換。

public void channelActive（ChannelHandlerContext ctx）throws Exception{

在SUSAN算法中,每個像素對USAN的貢獻(xiàn)值主要是由其與原子核亮度差的指數(shù)函數(shù)式(4)之間的關(guān)系決定的。同時也對二元方程進(jìn)行了對比分析,但上述的指數(shù)方程的貢獻(xiàn)是眾多方法之一。因此,本文也將比較二進(jìn)制方法。

//請求當(dāng)前設(shè)備的設(shè)備ID

byte[]deviceIdResult=new byte[]{0x03，0x10，0x00，0x01，（byte）0xC4，0x1A}；

會上，研發(fā)三部還與當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商簽訂“中國農(nóng)資”系列新產(chǎn)品的銷售代理協(xié)議。參會的一位經(jīng)銷商表示：“這幾年我們一直與中農(nóng)合作，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對中農(nóng)產(chǎn)品非常認(rèn)可。我們與中農(nóng)控股這樣的大企業(yè)合作感到很放心。跟著中農(nóng)走，小康路上加速走！”

ctx.writeAndFlush（Unpooled.wrappedBuffer（deviceIdResult））.addListener（ChannelFutureListener.FIRE_EXCEPTION_ON_FAILURE）；

ctx.flush（）；}

對該條Modbus-RTU數(shù)據(jù)報文的解析：從機(jī)地址為03，功能號為10，數(shù)據(jù)為 0001，CRC校驗(yàn)碼為C41A。這串幀數(shù)據(jù)即表達(dá)03號智能傳感器向其對應(yīng)的監(jiān)測站點(diǎn)發(fā)送了數(shù)值0001。

2.1.2 主機(jī)與監(jiān)測站點(diǎn)的通信過程。監(jiān)測站點(diǎn)與主機(jī)之間通信需要先創(chuàng)建TCP/IP連接，在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后再斷開連接。圖7是“三次握手”連接建立過程。系統(tǒng)主機(jī)先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，進(jìn)入LISTEN（監(jiān)聽）狀態(tài)。系統(tǒng)主機(jī)向一個監(jiān)測站點(diǎn)發(fā)出連接請求報文，即報文首部中同部位SYN=1，同時附帶選擇一個初試序列號seq=x，系統(tǒng)主機(jī)切換至SYN-SENT（同步已發(fā)送）狀態(tài)。監(jiān)測站點(diǎn)收到該請求報文后，會自動發(fā)出確認(rèn)報文，該報文中ACK=1、SYN=1，確認(rèn)號是ack=x+1，同樣附帶一個初始化序列號seq=y，監(jiān)測站點(diǎn)切換到SYN-RCVD（同步收到）狀態(tài)。系統(tǒng)主機(jī)收到確認(rèn)后，同樣也要返回一個確認(rèn)，該確認(rèn)報文的 ACK=1、ack=y+1，初始序列號 seq=x+1，發(fā)送完后系統(tǒng)主機(jī)即刻進(jìn)入ESTABLISHED（已建立連接）狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測站點(diǎn)收到確認(rèn)后也進(jìn)入ESTABLISHED（已建立連接）狀態(tài)。至此，監(jiān)測站點(diǎn)與系統(tǒng)主機(jī)之間即可傳輸數(shù)據(jù)。之前，監(jiān)測站點(diǎn)將智能傳感器發(fā)來的Modbus-RTU格式幀數(shù)據(jù)通過預(yù)寫轉(zhuǎn)換程序直接轉(zhuǎn)為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)格式。TCP/IP幀數(shù)據(jù)將一個報文MBAP 頭部（modbus application protocol header）直接加到從Modbus數(shù)據(jù)單元中保留的由功能碼和數(shù)據(jù)組合而成的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（protocol data unit）的前面，形成了TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元ADU（application data unit）。圖8是對這2種幀數(shù)據(jù)的具體通用格式對比，表3是對報文頭部內(nèi)各項(xiàng)內(nèi)容的解釋[10]。

表3 MBAP各項(xiàng)解釋

以下是調(diào)用Modbus轉(zhuǎn)TCP/IP格式程序的核心代碼：

頭孢哌酮鈉/舒巴坦的兩種配方比較鮑曼不動桿菌所致肺部感染的療效……………………… 熊 潔，彭清臻，厲銀平，等（2·141）

tcpipmaster=ModbusTcpSwither.createTcpmaster；

tcpmaster.init（）；

System.out.println（"Modbus轉(zhuǎn)TCP/IP報文初始化成功"）；

2.3.1 預(yù)測功能實(shí)現(xiàn)原理。選擇使用回歸分析模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測分析。以測定的總磷量為例，把時間（d）作為自變量、總磷含量（mg·L-1）作為因變量，可以確定兩者間是一對一的關(guān)系。回歸模型包括線性回歸模型與非線性回歸模型。分析實(shí)際數(shù)據(jù)，并結(jié)合預(yù)測準(zhǔn)確度、功能需求度的考慮，發(fā)現(xiàn)變量之間的關(guān)系無法用線性回歸方程準(zhǔn)確表示，于是選擇使用非線性回歸模擬方式。一元非線性回歸方程：

2.2 異常報警功能

系統(tǒng)主機(jī)需要對數(shù)據(jù)敏感，即當(dāng)某個數(shù)據(jù)值驟高或驟低時發(fā)出異常警報。因此，需要在系統(tǒng)中提前設(shè)置好閾值。同時，在特殊情況下，數(shù)據(jù)的正常波動閾值可以由管理員重設(shè)，保證了系統(tǒng)主機(jī)報警的及時性和有效性。這里規(guī)定了3個警報級別，即0級（正常）、1 級（超標(biāo)警戒）、2 級（嚴(yán)重超標(biāo)警戒）。 一旦報警，管理部門可以根據(jù)警報級別及內(nèi)容迅速發(fā)布應(yīng)急措施，保障巢湖水質(zhì)安全。表4是應(yīng)季水質(zhì)數(shù)據(jù)對應(yīng)報警級別的波動范圍。

最后將所得到的電壓控制型BOOST電路，在Simulink進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。通過引入電壓串聯(lián)擾動、電阻串聯(lián)擾動和電阻并聯(lián)擾動來驗(yàn)證系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性；硬件設(shè)計(jì)則選用TI公司生產(chǎn)的TP43000型PWM控制器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。最終結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)穩(wěn)定可行，滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 各指標(biāo)數(shù)據(jù)警報級別范圍

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)測功能

在實(shí)際監(jiān)測中，由于數(shù)值過高或過低等突發(fā)情況產(chǎn)生具有隨機(jī)性、不定時性，維護(hù)人員無法保證在第一時間趕到現(xiàn)場處理。根據(jù)理論分析與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)幾天測量的數(shù)值可能具有一定的相關(guān)性，因而本系統(tǒng)給出了數(shù)據(jù)預(yù)測的解決方案：系統(tǒng)后臺會基于前15 d測定的所有數(shù)據(jù)值來預(yù)測后2 d的數(shù)據(jù)值，并展示在頁面上，為維護(hù)人員提供參考，以便人們對可能出現(xiàn)的異常數(shù)值進(jìn)行前瞻性的應(yīng)對準(zhǔn)備。

在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后需要斷開連接，圖9是“四次揮手”斷開連接的過程。系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出連接釋放報文，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)，釋放數(shù)據(jù)報文頭部FIN=1，初始序列號為seq=u，系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)。監(jiān)測站點(diǎn)收到連接釋放報文并發(fā)出確認(rèn)報文，ACK=1、ack=u+1，附帶序列號 seq=v，此時監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)入CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)。系統(tǒng)主機(jī)收到確認(rèn)請求后，進(jìn)入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待監(jiān)測站點(diǎn)發(fā)送連接釋放報文。監(jiān)測站點(diǎn)發(fā)送完最后的數(shù)據(jù)后會發(fā)送連接釋放報文，F(xiàn)IN=1、ack=u+1，序列號為 seq=w，此時監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)入LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)。系統(tǒng)主機(jī)收到后必須發(fā)出確認(rèn)，ACK=1、ack=w+1，自身序列號為seq=u+1，系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)入TIME-WAIT（時間等待）狀態(tài)。再經(jīng)過2*MSL（最長報文段壽命）的時間后，系統(tǒng)主機(jī)刪除TCB后進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。監(jiān)測站點(diǎn)在收到確認(rèn)報文后立即進(jìn)入CLOSED狀態(tài)[10]。

富家塢銅鉬礦床是德興銅礦三大礦床之一，礦石中金屬礦物主要是硫化礦，其中黃銅礦、輝鉬礦是主要目的金屬礦物，同時，礦石中有一定量的含金礦物，脈石礦物主要是石英、云母等［1-2］。大山選廠同時處理銅廠、富家塢兩個礦床的礦石，由于兩種礦石性質(zhì)的差異，在生產(chǎn)過程中造成選礦技術(shù)指標(biāo)不高，尤其是鉬回收率偏低［3-4］。因此，本文研究針對富家塢礦石開展試驗(yàn)研究，探索提高鉬回收率的方法，開發(fā)適宜處理富家塢礦石的浮選工藝條件，提高選礦指標(biāo)。

方程求解基于Gauss-Newton法[11]的思想，根據(jù)最小二乘法的原理[12]，通過不斷迭代逼近參數(shù)解。

圖10和圖11為2張不同迭代次數(shù)的擬合曲線圖。自變量的個數(shù)一定程度上會影響擬合的準(zhǔn)確性，當(dāng)自變量的個數(shù)增大時，曲線會趨向更加平滑，預(yù)測結(jié)果也會更加準(zhǔn)確。

式中，Ti和Pi分別為驗(yàn)證值和預(yù)測值。

2.3.2 模型訓(xùn)練及驗(yàn)證。橫坐標(biāo)為時間（d）、縱坐標(biāo)為總磷含量（mg·L-1）。算法實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)迭代的次數(shù)（degree，即模型運(yùn)行一次最大迭代次數(shù)的非線性議程最高階），從而得到不同的擬合曲線，預(yù)測準(zhǔn)確度也不相同。試驗(yàn)選取其連續(xù)16 d中的總磷量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集，以前15 d的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集、第16天的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證集。通過訓(xùn)練集試驗(yàn)不同的迭代次數(shù)并得到預(yù)測值，通過驗(yàn)證集測試模型預(yù)測的準(zhǔn)確度。

崔仁浩用眼神給我鼓勵，我硬著頭皮，用英語和他們交流。不久，他的家仆推出來一個三層蛋糕，蛋糕上并排站著一對小朋友，他爸爸用并不標(biāo)準(zhǔn)的中文說：“張，送給你們的，你們是兩個可愛的小朋友。”我開心地笑了：“謝謝叔叔！”客廳里響起一片掌聲……

degree=3時，擬合方程為

預(yù)測值為0.206 990 05，驗(yàn)證值為0.230 954 90，預(yù)測準(zhǔn)確度為89.63%。

degree=9時，擬合方程為

河南省旅游資源豐富，近年來旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。但由于旅游資源、旅游接待設(shè)施等客觀原因，河南省旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，城市間的旅游經(jīng)濟(jì)聯(lián)系差異也較大。鄭州市雖作為河南省中心城市，但增長極作用沒有得到充分發(fā)揮，各城市間旅游經(jīng)濟(jì)聯(lián)系不足，缺乏進(jìn)一步發(fā)展的動力。而學(xué)者們對河南旅游經(jīng)濟(jì)的研究側(cè)重于旅游經(jīng)濟(jì)的演化和發(fā)展對策[20-21]，對河南省旅游經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)化探討不足。本文借助萬有引力模型，以旅游經(jīng)濟(jì)聯(lián)系為基礎(chǔ)，運(yùn)用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法，對2010-2016年河南省18個城市之間旅游經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征及其影響因素進(jìn)行深入探討，以期為河南省旅游業(yè)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

預(yù)測值為0.219 346 71，驗(yàn)證值為0.230 954 90，預(yù)測準(zhǔn)確度為94.98%。

分析模型的訓(xùn)練結(jié)果，當(dāng)4≤degree≤10時，模型預(yù)測準(zhǔn)確度≥90%。一般認(rèn)為，準(zhǔn)確度＞90%的模型可以被應(yīng)用于實(shí)際預(yù)測功能中。試驗(yàn)結(jié)果表明，此模型符合功能需求。

2.3.3 實(shí)際應(yīng)用測試。本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中選用degree=9的算法模型。模型訓(xùn)練結(jié)果表明，此時預(yù)測準(zhǔn)確度最高，為94.98%。總磷與氨氮的含量對現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的水質(zhì)影響較大[13]，以這2種指標(biāo)為例，應(yīng)用上述模型實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)測功能。表5展示了功能實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

表5 模型對總磷和氨氮的預(yù)測應(yīng)用測試

當(dāng)測試除了氨氮和總磷之外的其他7種指標(biāo)時，同樣得到了穩(wěn)定高于90%的準(zhǔn)確度。測試結(jié)果表明，預(yù)測的準(zhǔn)確度較高，可以應(yīng)用于實(shí)際監(jiān)測。

2.4 信息輸出功能

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行后，水質(zhì)數(shù)據(jù)可實(shí)時展示在網(wǎng)頁上（圖 12）。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)為解決許多問題提供了更智能、高效的方案。在水資源保護(hù)領(lǐng)域中，用智能傳感器+通信傳輸+數(shù)據(jù)分析來完成水質(zhì)監(jiān)測工作具有一定的優(yōu)勢。本文基于目前巢湖水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀、綜合系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，分析設(shè)計(jì)了基于SSM框架的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，最后完成開發(fā)實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)。

結(jié)合當(dāng)前巢湖水質(zhì)保護(hù)的需求，分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的邏輯架構(gòu)：首先，確立了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的開發(fā)選擇了基于J2EE平臺下的輕量級框架SSM，本框架的使用降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能和易用性能；其次，使用了H2數(shù)據(jù)庫，整合MyBatis框架大大簡化了復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫配置，并通過一個具有轉(zhuǎn)換協(xié)議功能的通信系統(tǒng)完成了數(shù)據(jù)的有序傳輸和準(zhǔn)確存放；最后，結(jié)合回歸方程和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)不斷總結(jié)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測水質(zhì)指標(biāo)變化的功能。

本文主要針對傳統(tǒng)監(jiān)測模式存在的缺陷設(shè)計(jì)開發(fā)了一個巢湖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠改善系統(tǒng)擴(kuò)展性和易用性，解決數(shù)據(jù)傳輸和存取不夠穩(wěn)定的問題，并通過環(huán)繞巢湖設(shè)置基站保證對各區(qū)域水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。未來可以從以下5個方面對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：豐富信息輸出網(wǎng)站的功能，如增加管理員身份、留言板功能等；豐富傳感器的使用，增加圖像傳感器等其他傳感器來滿足用戶的需求；加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止惡意攻擊、數(shù)據(jù)安全等問題，以應(yīng)對使用過程中復(fù)雜多樣的情況[14]；引用最優(yōu)化算法、全局優(yōu)化算法改進(jìn)回歸方程，使預(yù)測更加準(zhǔn)確；針對很多無法直接通過擴(kuò)展智能傳感器硬件采集的重要水質(zhì)數(shù)據(jù)，如鉛等，可采集其他相關(guān)數(shù)據(jù)并通過相關(guān)算法計(jì)算獲取。