基于WinCE寒地大豆信息化綜合服務平臺研究

董常波 戚國強 魏曉莉

東北農業大學工程學院，哈爾濱 150030

基于WinCE寒地大豆信息化綜合服務平臺研究

董常波 戚國強 魏曉莉

東北農業大學工程學院，哈爾濱 150030

本研究將農業信息化與PDA相結合，采用優化的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平臺， 旨在為豆農提供產前、產中、產后過程中的信息和技術服務，最終實現增產增收。系統關鍵技術部分采用了貝葉斯網絡中的精確推理、優化的A*搜索算法和AES加密算法，并通過TCP/IP技術和移動中間技術實現了SQL Server Compact Edition與SQL Server間遠程數據存取。

寒地大豆；PDA；遠程數據通信；SQL CE

引言

大豆原產于我國，我國的大豆總產量和出口量曾經約占世界90%以上，但是由于諸多因素的影響，我國的大豆產業面臨及其嚴峻的形勢，我們已經成為世界上大豆進口量最大的國家，而我們自己的大豆產量和質量卻徘徊不前，究其原因主要是大豆生產一直沿用舊的方式方法，沒有充分利用好現代信息科學和手段，僅憑經驗種田，導致對大豆的生活習性，病蟲害防治，平衡施肥，精準栽培管理等技術掌握不夠準確。所以我們必須轉變生產方式，由原來的粗放型農業轉變為信息農業。因此本研究的目的旨在于通過信息化手段為農民服務，開發一個基于PDA的寒地大豆綜合信息服務平臺，使農民在田間地頭就能夠方便實時的利用有用信息來指導生產，來幫助農民增效增收。

1.系統分析與設計

1.1 系統結構設計

通過對豆農的需求分析和系統環境配置的調研對系統的結構進行設計，如圖1所示，整個系統由兩個子系統組成，即前端PDA系統和后臺服務器系統。

圖1 系統結構圖Fig.1 System structure

圖中， ADO.NET是Microsoft.NET平臺上專門用于數據訪問的高級編程接口，它由.NET Framework中的一組數據類型組成，用來提供應用程序訪問數據源（.sdf）[1]。豆農通過應用程序來提取數據源中的數據，底層的通信和數據交換功能由PDA上的SQL Server CE client agent（客戶端代理）與IIS（Internet信息服務）提供的SQL Server CE Server agent（服務器代理）通過無線網絡或Microsoft ActiveSync工具完成，從而實現PDA與服務器端的數據交互。

1.2 系統網絡構建

本系統開發為多用戶共享系統，開發采用優化的C/S模式，服務器端為PC機，客戶端為PDA，所有數據庫及推理部分全部放在服務端，系統通過使用無線傳輸技術使用戶可以隨時隨地方便快捷的登錄大都信息平臺，服務器端由系統管理員進行維護，及時更新、完善系統數據庫，處理豆農發送的各類信息，保證系統高效運行。系統的總體網絡拓撲圖如圖2所示。

1.3 系統功能模塊設計

1.3.1 PDA終端系統功能模塊 在對PDA終端系統功能模塊設計之前要對其功能進行需求分析，明確其功能主要是農民用來進行數據信息的查詢瀏覽和數據的遠程無線傳輸。根據需求總結出如下的需求：用戶管理可以實現用戶的注冊、登錄、注銷功能，登陸成功后方可利用信息平臺；數據檢索和決策可以實現大豆產前、產中和產后過程中的信息檢索和決策功能。及時解決豆農在生產過程中遇到的各種問題；短信定制可以實現短信的定制和接收功能，及時了解大豆生產以及銷售方面的信息。視頻模塊可以實現在線點播科教視頻，也可以實現視頻下載功能；留言咨詢可以實現向服務器端發送留言的功能，豆農可以將自己的疑難問題以留言的形式發送至服務器；信息交流可以實現豆農大豆產前農資購買問題以及產后的銷售信息交流問題，類似一個信息交流論壇。

圖2 系統總體網絡拓撲圖Fig.2 System general Network topology chart

根據以上需求分析設計出PDA終端功能模塊，如圖3所示。

圖3 PDA系統功能模塊圖終端Fig.3 PDA terminal system function

1.3.2 后臺服務器端功能模塊 根據系統的整體結構設計，后臺服務器端分為用戶管理模塊、數據庫管理模塊、知識庫管理模塊、短信發送模塊、留言管理模塊、信息交流模塊、網絡設置模塊。

系統管理員通過用戶管理模塊對用戶進行管理，保證系統的安全性。數據庫管理模塊用來對后臺數據庫進行查看和更新，并實現對數據庫備份的功能，管理員可以選擇手動或自動定時備份，對數據的安全性和誤操作都提供了保障[2]。數據庫管理模塊和知識庫管理模塊可以及時地對數據庫和知識庫進行更新和擴充，保證信息和知識的時效性；短信發送模塊能夠實現對信息定制用戶的短信息發送功能；留言管理模塊通過大豆專家的權威準確的回答然后以回復留言的形式發送給豆農。信息交流模塊主要解決產后銷售問題，也可以解決產前農資的購買問題，豆農可以在此交流平臺上發布自己的供需信息。

2.系統開發工具與環境搭建

本系統的開發基于.NET平臺，開發工具為Visual Studio 2008,采用C#語言。數據庫采用SQL Server 2005,服務器端為Windows XP系統的PC機，PDA為多普達公司的T3333，操作系統為Windows Mobile 6.0,因此，對于智能設備的開發需要搭建PDA的WM6.5開發環境，包括順序安裝IIS服務器、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.系統開發的關鍵技術

3.1 知識表示

選擇合適的知識表示方式是實現系統決策推理功能的基礎，而采用優化的知識表示方法，是實現系統推理決策快速、精確的根本保障[3]。由于本課題各方面的大豆知識類型以及需要能夠表示不精確知識且適合推理等因素，結合實際研究情況，本平臺的研究采用了語義網絡知識表示方法。先利用分類網絡知識表示形式，對接收到的豆農輸入的數據進行排隊分析，將知識按層次進行分類，形成較規范的知識，再利用推理網絡把每個判斷中的謂詞部分和變元部分分解開來，以便得到更深入的推理關系和更模塊化的推理規則。

3.2 推理機制

在大豆智能服務平臺的推理模塊中主要采用了開式推理與閉式推理推理相結合的方法，從用戶的問題出發，利用有限自動機制，直接把基本的推理規則寫入語義網絡，把語義的重點放在節點中，但并不是所有的弧都表示同一意思，同時形成推理模型[5]。這種推理模型無論從整體還是推理過程的考慮，都更符合本系統平臺的知識結構和特點，不但提高了系統推理速度，而且提高了系統推理精度。

3.3 遠程數據通信技術

本系統遠程數據通信利用了TCP/IP技術，利用.NET Compact Framework中提供的TCP對象，創建自定義網絡接口并使用Internet標準協議進行數據通訊。TCP對象包括TcpListener和TcpClient對象，TcpListener和TcpClient兩個對象均基于Socket類，Socket類被定義在System.Net.Sockets命名空間[4]。Socket類可以以數據流的形式在網絡上傳送和接收數據。大豆智能服務平臺構建基于TCP的C/S應用實現遠程數據通信過程可分為: 建立TCP服務器、建立TCP客戶端、異步TCP通訊。

3.4 優化的A*搜索算法

A*算法是一種靜態路網中求解最短路最有效的方法，也是一種最好優先的算法，但在實現過程中增加了一些約束條件，使在問題求解時能夠找到狀態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，本系統中的信息檢索模塊采用A*搜索算法，并在原有算法的基礎上進行了優化處理，在信息計算量與搜索的準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，目標位置是P，字母后的數字表示節點的估價值）。

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

由于本系統平臺設計的系統主要是信息檢索與傳輸，每位用戶都必須與服務器端的數據庫實現數據交互，為保證數據傳輸過程中敏感數據的安全性，所以在系統加密設計時參照AES原理，并在AES原有算法的基礎上做了部分改進，對列變化進行分解，使倍乘次數降低，提高加密效率[6]。此平臺是基于C/S三層結構設計的，客戶端必須經過數據處理轉換模塊間接訪問后臺數據庫，因此，數據加密和解密的工作都是在數據處理轉換模塊中完成的。當數據經過數據處理轉換模塊后生成密文數據，所以PDA與服務器之間的數據以密文方式傳輸，減少了敏感數據在網絡中傳輸泄密的可能性，保證了服務平臺的數據安全。

圖5 移動中間件原理圖Fig.5 Mobile middleware elementary diagram

3.6 移動中間件技術

本系統利用移動中間件技術進行遠程過程調用，結合網絡技術與無線通信技術，實現計算機與智能移動設備之間的無線數據轉換處理，從而使不同操作系統和硬件平臺之間實現實時數據通信服務[7]。當豆農通過使用PDA輸入需求信息時，數據信息通過程序接口與服務器建立連接，將數據傳輸到數據轉換處理模塊，首先將數據轉換為服務器端可以接受的數據，再利用自定義程序和模塊和通用程序模塊，根據用戶需求類型，通過SQL接口與后臺數據庫、知識庫、模型庫建立數據支持，迅速處理需求后，再將處理結果轉換為PDA端可以接收的數據信息，通過程序接口發送到PDA。移動中間件技術實現原理圖如圖5所示。

4.結論

本系統開發以寒地豆農需求和實際研究情況為基礎，采用了PC機與智能終端相結合的方法，為寒地豆農提供經濟實用、方便快捷的交互式高科技服務平臺，基本達到了本系統開發的目的。基于WinCE大豆智能服務平臺的開發，為豆農提供了一個真正屬于自己的信息服務平臺，豆農可以隨時隨地體驗專門為自己量身定制的服務模式，滿足了廣大豆農在系統平臺功能方面的需求，且更具實用性、安全性及可升級性，使信息技術和高科技產品全方位融入大豆生產過程，加快新技術推廣步伐，進而解決農村信息化“最后一公里”問題，逐漸縮短我國與國外發達國家大豆種植技術的差距。圖6～圖9為智能服務平臺PDA端部分運行界面截圖。

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

[1] 秦續彥.基于PDA奶牛管理信息服務平臺的研究與實現[D]. 哈爾濱：東北農業大學.2010

[2] 歐陽建權.基于PDA農業專家系統的原理和實現.湘潭大學碩士論文.2001.11～27

[3] 何新貴.知識處理與專家系統.北京:國防工業出版社.1998.21～36.

[4] 劉文志，劉亮，班建民，陸衛中.基于TCP/IP的數據采集智能信息終端設計.信息技術.2006.12(10):14～15

[5] 黃冬. 基于PDA寒地大豆綜合信息服務模式的研究[D]. 哈爾濱：東北農業大學.2009

[6] 楊義先.現代密碼新理論.北京:科學出版社.2002.73～102

[7] 蘇康.一種基于消息中間件的數據傳輸平臺設計方法.科學技術與工程.2006.17(7)883～885

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:智能農業。