基于互聯(lián)網(wǎng)的“避風(fēng)港”智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 魏瑛瓔 張莉 彭金 劉貝貝

由于我國西部地處內(nèi)陸，東部屬東亞季風(fēng)區(qū)，氣候和天氣復(fù)雜，地貌地形多樣，在世界上是受氣象災(zāi)害影響較為嚴(yán)重的國家之一。我國氣象災(zāi)害具有時(shí)間持續(xù)長、高頻率發(fā)生、災(zāi)害種類多、且因范圍影響廣、時(shí)空分布不均勻、損失較重等特點(diǎn)，每年平均直接經(jīng)濟(jì)損失的造成占自然災(zāi)害全部損失的70%以上。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和氣候迅速變化情況，近幾年來，又呈現(xiàn)新的氣象災(zāi)害格局和特征，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人類的可持續(xù)發(fā)展，減災(zāi)、防災(zāi)、適應(yīng)氣候變化將面臨新的挑戰(zhàn)等問題[1]。

本文研究的主要是“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)在關(guān)于在暴風(fēng)雨暴風(fēng)雪的突發(fā)性自然災(zāi)害的緊急安全“避風(fēng)港”系統(tǒng)的智能控制，該系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過手機(jī)App查看最近天氣情況，也可以找到距離最近的“避風(fēng)港”。

1 概述

1.1 自然環(huán)境現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的進(jìn)步和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，各種自然變遷或是人為原因?qū)е聵O端天氣頻發(fā)，嚴(yán)重的甚至?xí)罅康奈＜叭祟惖纳踩?。比如近年來就出現(xiàn)暖冬的現(xiàn)象，極端情況的發(fā)生不僅是出現(xiàn)在我國，在世界各地都有這樣的隱患和災(zāi)害。針對(duì)這一系列的自然環(huán)境問題，我們也在思索出路和最佳的解決方案，誠然，協(xié)調(diào)人類與自然環(huán)境的平衡是值得我們深思并付出實(shí)踐的問題。

由于環(huán)境問題，全球氣候變化，導(dǎo)致全球各地的惡劣天氣都有增多的趨向。全球氣候變暖導(dǎo)致海平面上升，沿海城市多洪水、暴風(fēng)雨等惡劣天氣。而且今年我國多地都有下冰雹，這些惡劣天氣對(duì)社會(huì)資源和人身安全造成損失與威脅。

1.2 研究內(nèi)容

“避風(fēng)港”是一個(gè)智能建筑，主要是用來給在露天場地突遇惡劣天氣的人們躲避風(fēng)雨用的，一般可以容納4-5人。天氣晴朗時(shí)，人們可以在里面躲太陽；遇到暴風(fēng)雨或者下冰雹等惡劣天氣時(shí)可以躲避災(zāi)害，通常情況下，遇到這種惡劣天氣待在室內(nèi)才是最安全的。

在軟件開發(fā)中要利用現(xiàn)有的地圖API，針對(duì)周圍的環(huán)境要使用戶能夠便捷的查詢到最近或是最為熟悉的避風(fēng)場所，用戶也能夠自己通過查詢選擇任意場所進(jìn)行緊急避險(xiǎn)?？紤]到我國人口眾多并且復(fù)雜多樣的地理環(huán)境，智能建筑的選址和建設(shè)需要一定的經(jīng)濟(jì)支持，并在合理的控制范圍內(nèi)提高避風(fēng)港的利用效率，比如在一些自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)和相對(duì)而言自然災(zāi)害威脅較小的地區(qū)要針對(duì)性的進(jìn)行建設(shè)，提高資源的利用效率。在避風(fēng)場所的建設(shè)方面需要綜合考慮各避風(fēng)地點(diǎn)的合理分布性，尋求各路徑間的“最小生成樹”，在完善的基礎(chǔ)設(shè)施前提下盡量縮減建設(shè)成本。正如我們所看到的，中國高鐵在世界上處于領(lǐng)先地位，我國目前的高鐵路線已經(jīng)深入到不僅是城市的邊緣更是偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大的收益，現(xiàn)代化程度不斷地提高，極大地方便了人們出行以及生活的方方面面。在避風(fēng)港基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面也理應(yīng)精益求精，為人民謀利益、謀幸福、求平安。爭取建立橫跨中國大陸地域上的港灣避難所，真正在危機(jī)時(shí)刻能有容身之所。

2 需求分析

系統(tǒng)需求分析是針對(duì)本次項(xiàng)目的面向?qū)ο笠簿褪悄繕?biāo)用戶進(jìn)行需求策劃，目的是為了更好的滿足用戶的需求體驗(yàn)，避風(fēng)港項(xiàng)目是基于Android系統(tǒng)，通過對(duì)當(dāng)下最流行的開源系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用開發(fā)，解決深受自然災(zāi)害問題威脅的現(xiàn)實(shí)情況，方便用戶進(jìn)行有效避難，基于現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行開發(fā)，具有現(xiàn)實(shí)的可行性。目前是針對(duì)于自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，加快此部分地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在一定程度上將損失以及造成的后果嚴(yán)重性降到最低，后期關(guān)于人群的疏散以及逃生路徑的選擇還需要考慮各方面的因素，因?yàn)楝F(xiàn)代化的發(fā)展趨勢下，存在大量事先劃分好功能設(shè)施的場所，并且各地區(qū)大部分城市建筑密度大且人口分布密集，可用的土地資源是相對(duì)有限的，尋找合適的場所進(jìn)行規(guī)劃，政府在這一基礎(chǔ)建設(shè)方面也需要開展相關(guān)工作。

2.1 互聯(lián)網(wǎng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是人類智慧、當(dāng)代先進(jìn)生產(chǎn)力的重要標(biāo)志。目前層出不窮的應(yīng)用軟件不斷更新著人們的認(rèn)知和需求，當(dāng)今全球氣候變化大，自然災(zāi)害頻繁，若可以預(yù)先知道災(zāi)難什么時(shí)候會(huì)降臨，或許就能及時(shí)避開減少損失。在科技及通訊發(fā)達(dá)的今天，已經(jīng)開發(fā)出不少關(guān)于災(zāi)難預(yù)警的手機(jī)App應(yīng)用軟件，通過App進(jìn)行及時(shí)的消息推送，收到預(yù)警并得以逃生。對(duì)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的分析主要是舉例國內(nèi)外比較具有知名度的App應(yīng)用，不可置疑的是，這些App都在一定程度上減少了自然災(zāi)害為人類帶來的風(fēng)險(xiǎn)和損失，都是值得推廣和學(xué)習(xí)的。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)的災(zāi)害預(yù)警App開發(fā)種類繁多，不僅是在自然災(zāi)害方面，在謹(jǐn)防詐騙的方面也卓有成效。由成都高新減災(zāi)研究所出的手機(jī)App“地震預(yù)警”（ICL），這款A(yù)pp就是針對(duì)于地震災(zāi)害的預(yù)警提示App，該預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過超萬次實(shí)際地震的公開檢驗(yàn)，并能夠成功預(yù)警網(wǎng)內(nèi)所有破壞性地震。能夠預(yù)警災(zāi)害的發(fā)生但是在災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠容納逃生人員的災(zāi)難避難所設(shè)施并沒有相對(duì)完善。我們都清楚在大數(shù)據(jù)的今天，互聯(lián)網(wǎng)帶給我們的可能性是我們需要不斷去探索的，真正的利用好這一優(yōu)勢，對(duì)于人類來說是十分有益的，未來科技的發(fā)展可能會(huì)給我們帶來更對(duì)的可能。因此，在開發(fā)專門的互聯(lián)網(wǎng)“避風(fēng)港”智能控制系統(tǒng)的同時(shí)完善基礎(chǔ)的避風(fēng)港建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)可行性，能提高應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的防避水平。

2.3 國外發(fā)展現(xiàn)狀

美國進(jìn)入產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)較早，其產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好，互聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也相對(duì)成熟。目前美國和歐洲都存在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)介入產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的狀況，同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)體企業(yè)也開始熟練的應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)工具，改變自己的生產(chǎn)和經(jīng)營模式，從而形成了相輔相成的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)態(tài)勢。

國外關(guān)于自然災(zāi)害類型的App應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀，以日本為例。日本是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，但它們的防護(hù)預(yù)警工作做的非常好，災(zāi)害預(yù)警軟件起到了不可忽視的作用。“防災(zāi)情報(bào)全國避難所”App通過查詢自己住的地方的周邊環(huán)境便可以很清晰的看到自己所處位置周邊的避難所，也可以選擇任意位置進(jìn)行避難所搜索，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)可以幫助人們盡快逃難?！胺罏?zāi)速報(bào)”App災(zāi)難涵蓋面相較而言又更為廣泛，包括臺(tái)風(fēng)、地震、火山噴發(fā)、洪水、海嘯甚至于周邊災(zāi)害它都會(huì)有提醒。日本不僅對(duì)國內(nèi)災(zāi)害避險(xiǎn)有針對(duì)性的措施，對(duì)國外游客的人身安全也考慮周全并開發(fā)了一款面向中國游客、集防災(zāi)避難與旅游觀光為一體的手機(jī)App，在語言和習(xí)慣上都面向中國游客需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的實(shí)用性，也順應(yīng)了當(dāng)下隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，人們也會(huì)對(duì)旅行安全等方面的條件有所顧慮，因此，針對(duì)此類安全防范領(lǐng)域的App軟件開發(fā)設(shè)計(jì)是適合廣泛開發(fā)和應(yīng)用的。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)構(gòu)思

在“避風(fēng)港”智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，主要針對(duì)于用戶手機(jī)客戶端和電腦在線網(wǎng)站。通過實(shí)時(shí)地圖顯示并設(shè)計(jì)強(qiáng)惡劣天氣及時(shí)提醒，當(dāng)用戶在露天場合或者其他情況下需要盡快發(fā)現(xiàn)最近的遮擋處或是休息以及物資提供處可以通過點(diǎn)擊手機(jī)App查看具體的位置。在軟件LOGO的設(shè)計(jì)方面采用大量和自然環(huán)境相關(guān)的要素，能夠直白的傳達(dá)軟件的設(shè)計(jì)目的和理念[2]。在軟件UI風(fēng)格的設(shè)計(jì)時(shí)，整體上避風(fēng)港智能控制軟件會(huì)采用相對(duì)簡潔莊重的色調(diào)并更加注重實(shí)用性，減少繁雜且不必要的開發(fā)部分，有針對(duì)的提高智能控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能和災(zāi)害預(yù)警消息傳遞。其開發(fā)思路如下：（1）先對(duì)整體需求確定，確定整體包含哪些模塊，每個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)功能是什么，需要什么數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的邏輯；（2）分析具體模塊對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，按模塊去分析細(xì)節(jié)問題，如，數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)的計(jì)算方式；（3）將模塊進(jìn)行一個(gè)最小的一個(gè)拆分，實(shí)現(xiàn)功能可控；（4）細(xì)化每一個(gè)開發(fā)的細(xì)節(jié)；（5）考慮開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，評(píng)估影響的范圍，以及對(duì)應(yīng)的解決方案；（6）寫出詳細(xì)的文檔步驟，方便后續(xù)開發(fā)，以及滿足測試，形成組織過程資產(chǎn)；（7）對(duì)功能中算法的實(shí)現(xiàn)，前期對(duì)算法有充分了解，滿足開發(fā)要求[3]。

3.2 創(chuàng)新之處

“避風(fēng)港”智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)建筑相似之處在于同樣有避風(fēng)擋雨的效果；相較傳統(tǒng)建筑創(chuàng)新之處在于，避風(fēng)港結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，人們可以在手機(jī)App上查看避風(fēng)港的具體位置，能用手機(jī)App控制避風(fēng)港內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)以及座椅的開關(guān)。相比于普通的預(yù)警App而言，避風(fēng)港系統(tǒng)目的通過最為及時(shí)的推送，包括國內(nèi)外自然環(huán)境等新聞資訊，同時(shí)提供給用戶天氣資訊，用戶能夠?qū)崟r(shí)觀測天氣變化狀況。

4 詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫的開發(fā)是整個(gè)“避風(fēng)港”項(xiàng)目的重中之重，在這個(gè)階段我們會(huì)主要的去進(jìn)行一系列相關(guān)數(shù)據(jù)的查找和整理，分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理流程，解決最基本的內(nèi)容需求，包括用戶的信息和針對(duì)用戶需求所設(shè)計(jì)的各類子表，確定各個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)和各個(gè)實(shí)體的屬性字段等。系統(tǒng)實(shí)體分析，系統(tǒng)的實(shí)體包括以下幾個(gè)部分：天氣預(yù)報(bào)、時(shí)事新聞、路徑搜索、地圖。實(shí)體產(chǎn)生的行為：實(shí)體的行為包括對(duì)于避風(fēng)港路徑搜索、近期天氣預(yù)報(bào)獲取、時(shí)事新聞的瀏覽、查看周圍地圖詳情。

4.2 操作流程設(shè)計(jì)

4.2.1 注冊流程

實(shí)現(xiàn)用戶的注冊，首先輸入好用戶名和密碼，若是用戶名已經(jīng)存在，則需要重新輸入，若是不存在，則判斷密碼和確認(rèn)密碼是否一致，如若密碼輸入不一致則需重新輸入，如若一致則注冊成功，注冊流程圖如圖1所示。

圖1 注冊流程圖Fig.1 Registration flow chart

4.2.2 登錄流程

實(shí)現(xiàn)用戶的登錄，首先輸入用戶名和密碼，判斷用戶名是否存在，若不存在則需要重新輸入用戶名，如若存在，則判斷用戶密碼是否正確，如若不正確，則需要重新輸入密碼，如若正確則登錄成功，登錄流程圖如圖2所示。

圖2 登錄流程圖Fig.2 Login flow chart

4.2.3 修改密碼流程

實(shí)現(xiàn)用戶密碼的修改，首先選中所要修改的用戶密碼信息表中的所要修改行，對(duì)密碼信息進(jìn)行修改，然后點(diǎn)擊確定，新密碼與確認(rèn)密碼信息一致，舊密碼輸入正確，即可修改成功。

4.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

避風(fēng)港項(xiàng)目的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為大概4個(gè)模塊，天氣預(yù)報(bào)模塊、時(shí)事新聞模塊、路徑搜索模塊以及地圖模塊，各模塊的具體含義如表1所示，同時(shí)包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本組成。在路徑探索的實(shí)現(xiàn)上利用最短路徑來構(gòu)建最小的生成樹，為用戶推送出距離最近的避風(fēng)港位置。用戶進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)查找時(shí)通過該算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方案，具體如表1所示。

表1 避風(fēng)港項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表Tab.1 Data structure of shelter project

5 結(jié)語

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)以“基于互聯(lián)網(wǎng)的‘避風(fēng)港’智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為題，在正式進(jìn)行開發(fā)之前我們基本對(duì)本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括各模塊要實(shí)現(xiàn)的主要功能以及各頁面的交互。作為避風(fēng)港智能化控制系統(tǒng)，基本的功能要求是能夠查詢滿足用戶需求的最近的避風(fēng)地點(diǎn)，在基本功能的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上增加擴(kuò)展功能，如天氣預(yù)報(bào)展示模塊、時(shí)事新聞速遞模塊，用戶能夠了解到最新的天氣及新聞動(dòng)態(tài)，方便用戶進(jìn)行信息瀏覽，獲取最新動(dòng)態(tài)；除此之外，在路徑搜索模塊以及地圖模塊，用戶能夠?qū)崟r(shí)有效的查看周邊地區(qū)的環(huán)境情況，支持搜索和路徑的導(dǎo)航。此次設(shè)計(jì)過程中遇到了不少難以解決的困難，避風(fēng)港智能化控制系統(tǒng)若增設(shè)用戶信息模塊則需要存儲(chǔ)大量的用戶信息數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)用戶信息的安全和基本的界面設(shè)計(jì)，都是需要考慮和解決的。遇到問題解決問題令我感到不僅是知識(shí)方面的收獲，更是自我能力的提升，是對(duì)自我學(xué)習(xí)成果的一種認(rèn)可。

引用

[1]高歌,趙珊珊,李瑩.近十年來我國主要?dú)庀鬄?zāi)害特點(diǎn)及影響[J].中國減災(zāi),2012(3):15-17.

[2]張?jiān)平?計(jì)算機(jī)軟件Java編程特點(diǎn)及其技術(shù)應(yīng)用[J].信息與電腦,2019(13):97-98.

[3]劉學(xué)玉.JAVA編程語言在計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2022(1):57-60.