喷洒系统移动信息管理平台的开发及应用

史海兰，钱 谷

（1 甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心 甘肃 白银 730499）

（2 唐山现代工控技术有限公司 河北 唐山 063000）

0 引言

大数据时代的到来，使互联网和人工智能成为提高生产生活条件的主力，本文着眼于精细喷洒的理念，从先进的移动通信技术入手，研究出一套智能化的喷洒管理信息平台［1-2］。 而从科学合理实现喷洒过程的角度出发，也需要一套能够将通信技术和移动终端联系在一起并且实现数据交互功能的信息管理平台。 喷洒系统如果只依靠大自然的降水是不可能获得理想喷洒的，因此离不开科学合理的喷洒［3-5］。 随着计算机技术和人工智能的高速发展，智能化喷洒逐渐成为现代化喷淋系统发展的主流。 现代信息技术在迈向高能高产的同时也对信息化和数字化提出了更高的要求，当下的信息科学研究已经将重点放在了精细喷洒上，不仅能够做到科学喷洒，更节约了水资源。基于物联网、移动通信和计算机技术的精细喷洒，利用网络通信方式实现了对喷洒准备和喷洒过程的实时监测，并且随时掌握着喷洒参数、需水量等现状，然后做出系统性分析，真正做到科学喷洒、按需喷洒［6-8］。 当前，智能化喷洒技术的关键就是对喷洒过程的信息管理，本文则以此为切入点，立足于尖端移动通信技术，努力设计出一个智能化平台，通过移动客户端管理喷洒过程中的参数和信息。

1 需求分析

大数据时代的优势就是通过集中处理大量信息来实现管理的目的，精细喷洒的工作原理也如此，想要真正实现科学合理的喷洒过程就需要收集到准确的喷洒信息。构建喷洒系统移动信息管理平台用以实现信息的管理与数据的交互，首先将微机系统作为平台的地基，然后逐步实现数据采集、管理、通信和喷洒决策等功能。 其中，喷洒决策是一个十分关键的环节，需要充分结合需求地域状态、气候条件等多重信息，做出准确合理的分析然后得到最适合的喷洒方案［9］。 最后，喷洒管理工作人员也发挥着至关重要的作用，他们必须根据平台给出的喷洒决策作出科学的判断然后执行，稳定发挥出信息管理平台的优势。

本平台的设计初衷是充分利用移动终端来参与到喷洒系统移动信息管理平台的功能实现中，喷洒需求分析、决策和指令的下达都可通过操作移动终端来执行。 例如，工作人员通过移动终端下达喷洒通信指令后，系统接收到指令然后进入准备状态，同时利用数据库完成与指令相关的信息的存储，当喷洒任务执行结束后系统将形成历史数据报告，方便后期管理和查询。

图1 是喷洒系统移动信息管理平台通信架构图，在此平台中移动通信具有控制功能。

图1 喷洒系统移动信息管理平台通信架构

所有加入到喷洒系统移动信息管理平台中的移动终端或计算机终端，都具有访问系统数据和下达相关指令的功能。 工作人员可以通过终端中的任意一个发起喷洒通信，服务器都会顺利接收发送指令，然后生成相应的数据表，此时的数据表是临时的。 设计此平台时笔者特意选择了全球移动通信系统（ global system for mobile communications， GSM）来实现数据的发送和接收，详细通信程序如图2 所示。

图2 喷洒系统移动信息管理平台通信程序

喷洒系统移动信息管理平台开发在进行移动终端功能设计时要求不仅能够为用户提供相应的信息服务，更要满足用户对水量需求情况以及区域环境状态的数据查询需求。 另外，为了提升用户的体验感，预约远程喷洒的功能也必不可少，且移动终端要进行实名制设计，新用户需要完成身份注册才能顺利登录系统进行信息的查询和远程喷洒的预约。

2 喷洒系统移动信息管理平台设计

开发本喷洒系统移动信息管理平台时，首先要进行喷洒信息数据库的设计，这既是平台的基础也是管理的核心。 组成喷洒系统移动信息管理平台数据库的因素包括管理条件、水资源、环境条件和喷洒种类等，数据库会对已经发生的历史信息数据进行存储，更会进行专题数据的汇总，充分实现了喷洒信息的分析、查询和显示功能；通过互联网技术，数据库还能进行系统内的数据共享，其管理范围内的喷洒数据和地理信息都可以通过曲线和图标的形式展现给移动终端的工作人员或其他用户。 另外，从实际情况考虑，历史喷洒数据是非常具有参考价值的，平台一般都会充分参考历史数据表将其作为喷洒决策的重要根据。 由此可见，移动终端的可视化管理和数字化管理对于平台信息的交互尤为关键，如图3 所示。 在构建喷洒系统移动信息管理平台结构时可预留多个接口用于数据交互，如此当多用户同时使用此平台时，可保证数据交互和时间监测功能不受制约和影响。

图3 喷洒系统移动信息管理平台结构框架

3 模块设计

由于喷洒信息所涉及的要素较多，所以在构建此信息平台数据库时特意按照属性和空间划分成两大类。 地理信息数据等被划分到空间数据库，喷洒决策模型和远程预测模型则被划分为属性数据库。 数据库的安全与否，直接决定着信息平台能否正常运行，因此十分重要；另外，数据库的扩展性也同样需要被重视，因为将决定着用户能否顺利提取空间数据，以及系统能否顺利利用属性数据完成相应的运算分析。 空间数据内会将喷洒区所在的地理信息进行汇总并在移动终端进行显示，方便用户按需获取地理信息。 系统管理工作人员会定时更新平台空间数据，其中的地理信息模块与信息管理模块间的数据是可以共享和交互的。 移动终端的用户有权限对属性数据进行修改，以此来保证系统内存储的历史数据的准确性。

如果按照功能划分喷洒系统移动信息管理平台的数据库，那么其可分为专题数据库、历史信息数据库和地理信息数据库三部分。 其中，在地理信息数据库内区域可细化为喷洒水资源分布图、交通图和行政划分图。

区域内的喷洒信息一般会被存储在历史信息数据库中，包括生产状态、历年喷洒数据、喷洒工程现状和区域气候特征等内容。 专题数据库则是对区域内经济喷洒制度和供水制度等喷洒制度信息的存储，内容简单明了。

当管理人员或者移动用户需要数据查询服务时，平台的信息检索模块就会被系统调用，其主要可以实现条件查询和空间查询两种功能。 通过平台中的地图可实现空间查询，获得所需要的数据信息；通过查询界面输入定向条件进行检索可获得相应的数据信息。

数据分析模块的主要功能是负责统计分析与数据测量：区域内的喷洒量、喷洒类型和喷洒分布情况等需要进行统一的汇总，然后以数据表或者图形的形式存储到数据库以便后期查询；而需要测量的内容包括地图界面中的坐标、面积和距离，有了这些基础数据才能构建出区域内的空间信息；实用性很强的预测模块可以调用存储在平台内的历史数据，当管理人员想要制定新的喷洒政策时便可以启动预测模型对所需喷洒区域内的喷洒需求进行模拟，通过系统分析得到科学合理的喷洒指标和方案，并将此作为喷洒资源配置的参考依据提供给相关使用人员。

区域内的历史数据和生产现状都会对平台的预测模型的构建产生不同程度的影响，以喷洒用水量预测模型为例，此模型主要涉及喷洒用水量和喷洒净定额两个主要参数，其中计算综合喷洒净定额的公式可表示为式（1）：

式（1）中，m为综合喷洒净定额；ai为需求区域喷洒比例；mi为需求区域喷洒定额。

喷洒用水量计算公式为式（2）：

式（2）中，W灌为喷洒用水量；Fm为喷洒面积；η综为喷洒水有效利用系数。

喷洒管理模块是为服务于系统管理数据和用户管理而设计的，可作为系统工具来使用，主要负责维护与管理用户账号信息。 在实际应用过程中，使用者可以根据用户的不同属性将其划分成系统管理员、管理人员和普通用户三大类，这三个群体会有不同的需求倾向，系统管理员主要负责编辑和更新数据库内容，且需要能够批量导入和导出数据，这也是管理模块工具性的一种表现。

研发本平台的初衷就是借助移动终端来实现与系统服务器间信息的传递与交互，而这个过程则主要通过Java多线程方式来实现。 移动通信技术在本次设计中占据着关键性地位，当一个指令由某个移动终端服务器发出后就会刺激互联网产生链接请求，同时一个额外的子线程也会启动表示该终端产生了链接的需求；一个通信线程正式启动完成后，平台服务器与移动终端间的通信网络便正式链接成功，此时的数据交互便是顺畅并且有效的。

当喷洒系统移动信息管理平台的服务器与移动客户端的网络通信正式建立后，客户便可通过移动终端实现自己的不同需求。 首先要进行用户的注册或登录，然后便可查询喷洒信息或者进行喷洒预约等，客户端的操作性极强且流程清晰，具体如图4 所示。

图4 喷洒系统移动信息管理平台移动终端程序执行流程

4 应用测试

基于移动通信技术研发的喷洒系统移动信息管理平台能够科学合理地预测区域内的喷洒参数。 假设在某地使用此信息平台，用以监测其实用性和可定性。 具体参数如下： 区域内共有2000 hm2的面积需要被喷洒，1 333.3 hm2为实际有效面积；其中，采用地下水喷洒区域面积为700 hm2，剩下的用来其他作业的区域则主要借助喷洒储水系统完成喷洒任务；地理条件方面，年水分蒸发量为1 600 mm，年平均降雨量为600 mm，平均气温为9℃，一年中气温最低为-15 ℃，最高为37 ℃。

在服务器或者移动终端输入喷洒区域内重要参数后，平台便可进行预测。 例如区域内急需喷洒面积共计700 hm2，得到的预测数据如表1 所示。

表1 喷洒信息预测数据

5 结语

综上所述，本文所设计的喷洒系统移动信息管理平台是基于移动通信技术而研发的，平台可实现历史数据查询、喷洒信息分析、喷洒指令传送和远程喷洒预约等功能。对平台数据的统一管理和共享，将有利于用户选择更科学的喷洒决策；以图表形式显示的信息数据能够将喷洒系统移动信息管理平台的智能化水平和自动化水平提升到新的高度；而远程预约模式的存在则为喷洒工作人员提供了更多决策选择和思路，提升了用户的使用体验感。