基于BDS定位的甘蔗機械作業補貼系統設計與實現

李宇翔 李敏 方輝 楊紹鍔 謝國雪 黃啟廳

(1 廣西農業科學院 廣西南寧 530007;2 廣西農業科學院農業科技信息研究所 廣西南寧 530007)

隨著新一代北斗衛星導航系統（簡稱北斗系統）（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）正式商用，基于BDS定位的研究變得活躍起來。有研究表明，BDS 對于智能電網的發展具有重要的推動作用，如融合大數據、云計算、移動互聯網等技術，BDS 將是未來智能電網的基礎支撐組件［1］。周恩澤等［2］結合農業信息采集特征，利用GPS 技術開發了農業信息計算機采集系統，進而支持農業種植，為農業現代化提供新的手段。閻逸堯等［3］設計基于BDS 軌道衛星搜救信號的接收機，成功捕獲跟蹤并實現實時定位，有效滿足地面系統工程建設的測試需求。最近的一些研究也將BDS技術融入到智能系統的開發中，徐愛功等［4］利用BDS 復雜場景下的精確定位優勢，實現城市環境下車輛的協同定位。針對單一導航系統因受外界因素干擾而易造成定位精度低的問題，彭元等［5］設計GPS/BDS組合的差分定位方法，將其嵌套于移動設備上，有效提高了定位精度。為提高農業補貼申報與審核工作效率，運用信息技術手段開發高性能、操作簡便的信息管理系統與移動APP成為當下的重要途徑［6-7］。謝秋波等［8］開發一種一站式的農機購置補貼審批管理系統，實現農機購置補貼高效發放。肖敏［9］、曉雨［10］均介紹了一種可通過手機快速完成申報補貼的方法。但以上研究多針對于提高管理端的工作效率，對于補貼申請流程的簡化、數據的快速核查等沒有相關的解決方案。近年來，BDS 在農業領域的應用越來越廣泛。彭曉琴等［11］針對北斗衛星導航系統在農業農機中的應用作了歸納，其中提到，BDS 在農業航空、農田信息采集與測土配方施肥、跨區域作業農機監管、機耕道、農田灌排渠道選線和地籍測繪等方面均較多的應用，表明了BDS技術在農業領域應用的可行性。為解決機械作業補貼申報數據的真實性及快速核算的問題，基于BDS 衛星定位開發糖料蔗機械作業補貼移動APP，以此來完成補貼申報。通過BDS定位技術實現機械作業面積的計算統計，并傳送到系統數據庫，最終通過PC端完成審核工作。

1 開發技術與框架設計

1.1 BDS與Android Java間的調用機制

Android 系統通過API 調用地理定位服務獲取當前所處的坐標點位置，APP 通過設定時間間隔來記錄坐標點。首先通過getSystemService方法調用LocationManager來獲取定位服務，然后在移動設備中獲取當下坐標相應信息；期間通過LocationListener 監聽位置變化，當坐標位置信息發生改變時觸發onLocationChanged 函數，最后通過onProviderDisabled結束定位。

1.2 系統技術框架設計

系統采用Visual Studio Code 作為開發工具，前端采用node.js技術框架，其擁有強大的代碼和模塊化管理工具，用作本項目第三方模塊引入，并進行模塊化管理。本項目還依賴于node.js進行編譯打包發布的操作。項目需要使用node.js 的npm install 命令進行模塊初始化操作，調試運行只需要在命令時執行npm run 即可；發布運行則需運行npm build 操作，操作非常便捷。系統后端采用Java 開發的Spring Mvc 的Web 服務開源框架，該框架用于Jsp，但也可單獨作為一個Web 服務系統運作。在服務層采用Http 協議進行數據交互，將json 作為數據交互格式。json 數據格式與java bean 對象可通過較多工具進行相互轉化，Vue.js可以直接將json 轉化成對象進行使用。與傳統標單數據和url 參數相比，標準的json 數據的序列化操作更為簡便，可減少數據處理的編碼工作。系統技術框架見圖1。

1.3 數據庫設計

圖1 系統技術框架

數據庫設計遵循原子性、原始性、演繹性、穩定性的基本原則，考慮到系統的性能會受到數據庫的影響，設計一個簡潔、高效、全面的數據庫尤為重要。系統數據庫結構采用關系型的范式設計，通過將數據表關聯、部分邏輯業務在DBA完成，以減少數據庫的冗余性，降低程序出錯的概率，提升其效率。記錄點坐標表設計見表1。

表1 點坐標表

2 功能模塊設計

2.1 APP端功能模塊

APP 端主要實現補貼申報功能，按照申報流程，其步驟包括作業報備、作業信息采集、補貼審批、公示。申請流程如圖2所示，功能用例說明如圖3所示。

2.2 PC端功能模塊

2.2.1 登錄設計

前臺登錄頁面發出攜帶用戶填寫的用戶名密碼參數的請求，訪問后臺登錄接口，該接口解析獲取請求中的用戶名密碼參數，后臺數據庫進行信息比對，登錄成功后生成獨立的Token存放，前端頁面獲取相應Token 后進行數據訪問，后臺Ehcache 對請求進行解析匹對，若信息正確則允許登錄。

2.2.2 訂單設計

PC 端界面功能模塊采用列表導航形式，在審批子列表中點擊機械作業獲取數據調用接口，根據匹配的用戶權限返回對應的數據；每個訂單項設計詳情按鈕，點擊訂單詳情訪問數據接口，根據匹配的用戶信息按權限反饋，若用戶權限允許則跳轉到訂單詳情頁面，頁面信息包括地塊數據、佐證數據、坐標數據、審核狀態等信息。

圖2 作業補貼申請流程

圖3 系統用例說明

2.2.3 審核設計

在審批模塊中選擇機械作業，系統判斷當前用戶權限，權限允許則進入機械作業補貼審核界面，在審核界面中分為審批詳情與審批進度兩部分。審核員根據系統計算與自報數據比對進行審核，審核通過即記錄審核時間以及變更訂單狀態，在審批進度中查看流轉到的審核部門。

2.2.4 抽查模塊

抽查設計分指定抽查與隨機抽查2個類型。其中隨機抽查選定數量和通過率后，指定抽查點時按糖企或行政區域進行選擇，后臺從用戶角色權限操作的訂單中隨機抽取相應數量的工單，生成相應抽查記錄和關聯數據。統計抽查工單并形成抽查記錄列表，系統將抽查記錄和對應訂單、同級且同區域的用戶關聯，用戶登錄可查看自己的申請是否在抽查名單中。

于前端頁面點擊抽查管理發送請求，后臺可根據相應條件查詢出相應數據；點擊導出按鈕導出相應抽查數據文件保存至本地，點擊抽查審核按鈕展示抽查訂單數據列表，填寫審核意見發送請求至后臺，后臺接收參數生成相應抽查的審核記錄。點擊取消抽查則取消未完成的抽查記錄。

2.2.5 賬號管理模塊

賬號管理實現用戶添加、刪除，當前賬號新增賬號時將請求發送至后臺，后臺接收參數判斷創建的賬戶級別，如權限級別高于本賬戶級別則添加失敗，若低于當前賬戶權限級別則允許添加，賬戶生成后密碼的修改操作只能由本賬戶進行。

2.2.6 地址管理模塊

地址管理模塊主要實現全區甘蔗產區地址管理。按照行政區域劃分，新增地址必須符合規范的行政編碼。管理用戶新增或修改地址，符合規范則允許插入，否則返回相應提示信息。

3 實現結果與展示

3.1 APP實現

APP 基于 Element UI 與 Vue.js設計響應式頁面交互模式，在不同的安卓設備上有較好的使用體驗感。在打開APP后，會提示授權APP 獲取定位、開啟相機、存儲功能3 個權限，此為申報所需權限，禁止后部分功能無法使用。由于不同手機的提示不同，根據手機提示給APP 授權。進入APP首頁后不會強制登錄，需要登錄點擊右下角個人中心，切換到個人中心再點擊注冊或登錄，退出登錄也在個人中心操作。APP 界面設計如圖4所示。

機械作業補貼申請地塊信息采集需在系統內建立地塊信息檔案，包含地塊位置、地塊范圍、地塊面積、所屬者、聯系方式等。

地塊信息需要信息采集員使用手機APP的定位功能獲取種植地塊的范圍。信息采集員在地塊內手持手機步行一圈，以確定地塊位置與面積，作為與作業面積對比的基礎數據。在步行過程中，遇到轉角的情況需要降低行走速度，令手機能夠充分獲取定位信息，并且提高手機采集定位信息的頻率（每兩秒采集一次），以提高地塊面積的提取精度。采集員完成作業報備后進行實際作業，作業過程中，農機設備上的攝像設備與北斗設備將進行拍照與作業軌跡記錄。作業完成后上傳相關證明材料并提交申請。地塊面積獲取實現如圖5所示，機械作業界面實現如圖6、7所示。

圖4 APP首頁設計

3.2 PC管理端實現

系統自動統計功能將報備作業面積、作業量，與實際作業面積、作業量進行對比，異常數據在系統中高亮顯示，需要當地工作人員對補貼申請對象進行詳細審核。

審核界面以列表形式展示，列表內設置“詳細”按鈕，點擊后展示上述各項需要審核的項目。在審核列表中，可進行單條申請記錄的審核，也可以勾選多條申請記錄后進行批量審核。審核通過的申請將被設置為“通過”狀態，審核不通過的設置為“不通過”狀態，如已進入審核階段，顯示當前的審核部門及狀態。審核結果將進入統計匯總環節。機械作業管理實現如圖8所示。

4 APP測試

4.1 兼容性測試

圖5 作業面積獲取實現

圖6 業信息采集實現

圖7 作業信息采集實現

軟件測試覆蓋當前主流的50 部不同品牌、不同型號安卓系統手機。測試通過47 部，覆蓋用戶數221 萬，通過率94%，表明軟件的兼容性較強。測試總體概況如圖9 所示。未通過測試3 部，出現APP Crash問題2部，進程退出問題1部。問題概況如圖10所示。

4.2 性能測試

性能測試主要從APP 安裝耗時、啟動耗時、CPU 占用、內存峰值占用情況進行測試。測試結果顯示，50 部參試手機安裝耗時集中在0～5.11s，啟動耗時集中分布在0～0.72 s，平均CPU 占用率均在0～20%。內存峰值占用分布集中在100～200 M，其FPS 時間基本都小于16 ms，證明軟件的流暢度較高。部分測試通過機型性能如圖11 所示，總體測試性能分析如圖12所示。

5 結論

隨著信息技術在農業應用領域的不斷深入，便捷的移動智能管理方法成為農業信息化的一個重要手段。本文有效利用BDS定位的優勢，設計并實現一種糖料蔗機械作業補貼系統。得益于友好的響應式交互和系統關系型補貼數據庫，APP 可以實現部分數據自動采集，幫助補貼申請者快速完成補貼數據采集、填報工作，管理人員可便捷審核補貼發放工作，改變了傳統的補貼發放模式，實現糖料蔗補貼申請、審核、發放信息化，從而提高整體補貼工作效率，降低勞動力成本、創新了補貼發放管理模式。該系統具有穩定性良好、操作便捷、實用性高等優點。

圖8 機械作業管理模塊測試結果

圖9 測試總體概況

圖10 問題概況

圖11 部分測試通過機型性能

圖12 總體性能分析情況