基于移動技術的養殖水質調控技術服務系統

基于移動技術的養殖水質調控技術服務系統是以Android智能手機為終端，利用智能手機的便攜性、普適性和不受有線網絡環境限制等特點，向養殖戶提供水質調控技術服務。解決了因先進的養殖技術推廣信息化程序不強、不及時而導致的養殖產業發展受阻的問題，使其真正應用到養殖生產一線，系統的研發具有較高的實用價值和應用前景。

【關鍵詞】水質調控技術服務 移動技術 Android系統 智能手機

水產養殖、漁業經濟是我國沿海城市的重要產業，以廣東湛江為例，依托豐富的海洋資源環境大力發展對蝦養殖，形成了養殖、加工出口系列對蝦產業鏈。然而對蝦養殖快速發展的同時存在一些突出問題，如：養殖成功率低，投資風險大；養殖中的殘餌、排泄物、肥料、藥物等帶來的自身污染非常嚴重，養殖環境的惡化導致水產病害的頻發。而大多數養殖戶多是農民或個體戶，沒有受過專業技術的培訓，缺乏科學的養殖知識，因此在養殖過程中會出現一些不規范的養殖行為，如采用一些不合理的防病害技術、不規范的用藥或使用違禁藥品等，這些都會對水產品的安全帶來不利的影響。因此開展無公害健康養殖、推動產業可持續發展成為迫切需要。

高校、科研機構等在對蝦健康養殖技術方面進行了深入廣泛的研究，取得了豐富的研究成果。如何把這些研究成果借助高科技的手段送到養殖戶手中，成為當前水產信息化建設的重要任務。上海海洋大學楊寧生等針對對蝦養殖管理設計開發了基于Web的管理信息平臺，該系統以對蝦養殖的基礎地理數據和實時生產數據為信息源，實現了對信息的采集、傳輸、管理、存儲、分析等功能。廣東海洋大學劉雙印等設計開發了基于.NET的對蝦病害防治專家系統，該系統針對我國對蝦養殖存在的問題，采用ASP.NET技術設計實現了基于B/S結構的對蝦增養殖及病害防治專家系統。然而這些信息平臺由電腦+有線寬帶網絡構建，對于位置分散偏僻、有線寬帶難普及的廣大漁農村來說，使用不方便，取得的效果不明顯。

隨著移動通信技術的蓬勃發展以及移動通信設備的普及，智能手機特別是Android智能手機在中國的市場占有率不斷提升。一方面Android智能手機是集通話、上網、多媒體等功能于一體的智能終端，且支持語音、觸屏等人機交互技術；另一方面，開源、免費的Android操作系統提供了靈活的自主設計空間。因此，本文以對蝦養殖為例，研究開發基于Android手機平臺的養殖水質調控技術服務系統，使養殖戶在養殖過程中能夠隨時隨地掌握水質調控技術、輕松獲取幫助、資訊等信息，從而改善養殖生產環境，實現對蝦健康養殖，推動對蝦產業的健康可持續發展。

1 系統目標

以智能手機作為信息終端，構建基于互聯網和移動技術的對蝦養殖水質調控技術服務系統。該系統分“用戶子系統”和“專家子系統”兩大模塊，具有蝦池水質的物理調控技術、化學調控技術及蝦池水色培養、微生態試劑應用、微藻培養方法、浮游生物鑒定等生物調控技術。其中浮游生物鑒定包含了豐富的浮游生物實體圖像、生理特征的查詢與展示。如圖1所示。

2 系統的結構設計

本系統的結構設計主要包括系統用戶端、領域專家端的設計。系統用戶有養殖農戶、養殖技術人員，通過智能手機客戶端訪問系統平臺。針對Android智能手機在數據庫支持和硬件資源等方面相對有限的特點，故在Android系統平臺上，采用SQlite搭載精簡數據庫及數據文件外存設計思路實現數據的讀寫操作。

相關領域專家可以通過手機客戶端或PC端訪問系統，本系統的數據庫是獨立于應用程序開發的，因此專家對數據庫并進行更新后，系統用戶則可通過3G/4G/WiFi網絡對數據庫進行更新，以完成對整個對蝦養殖水質調控技術服務系統的更新。

3 關鍵技術的實現

3.1 硬件開發環境

基于移動技術的對蝦養殖水質調控技術服務系統是建立在Internet和智能手機移動網絡基礎上的應用，系統建設包括服務器端、客戶端及網絡架構。其中服務器端包括：數據庫服務器，提供數據存儲管理；Web網站服務器，提供PC互聯網網站頁面服務和系統后臺管理服務。

養殖戶的智能手機安裝客戶端程序到手機上，由于客戶端搭載SQlite輕量級數據庫，當移動信號較弱或無信號覆蓋的地區，可以離線使用數據庫獲得技術支持，從而擺脫時間與空間限制。

3.2 軟件開發環境

3.2.1 前臺手機端

基于Android智能手機平臺開發，采用SQLite輕量級關系型數據庫及數據文件外存設計思路實現數據的讀寫操作；

3.2.2 后臺管理端

采用基于.net平臺下的ASP.NET、C#、jQuery、Ajax、DHTML開發技術。

3.2.3 運行平臺

Web服務端選擇Window2003 Server作為服務器操作系統，并運行基于MS IIS + .NET Framework的WEB服務平臺，服務器數據庫系統選擇SQL Server2005；移動計算端運行于GPRG傳輸下的WAP服務協議、公辦WiFi及ISP的WLAN等多種方式。

3.3 關鍵服務的技術實現

在水質調控技術中，生物調控所涉及到的各類浮游生物種類繁多、形態各異、生理機制復雜，從事對蝦養殖的技術人員因為缺乏相關的知識難以輕松辯識，說出其基本的生理特征，更不用說普通的養殖農戶，能熟練應用其進行水質調控也就無從談起了。因此系統實現了常見浮游生物鑒定服務的功能，并采用基于規則的分類器進行生物識別。用戶輸入所要鑒定的浮游生物形態特征，系統根據生成的分類規則查詢并確定浮游生物的種類，同時反饋該類生物的圖片給予用戶確認。

基于規則的分類器使用訓練樣本學習分類模型，即一組IF-THEN規則，再利用規則進行分類。首先，根據養殖專家意見，從浮游生物庫中選定養殖蝦塘常見的種類。將這些種類作為鑒定對象，提取出較為顯著的特征屬性A = （輪廓， 紋理， 顏色， 群體性， 突出物， 運動性），那么每一個訓練元組即可表示為n維屬性向量，訓練樣本集由專家從圖譜中根據特征屬性生成，并加入了一些非專家的特征提取樣本，增加樣本集噪聲。分類規則由RIPPER算法通過學習生成，首先選擇一個類來創建規則，并將標記該類的樣本看成是正類集合，而其它類都歸為負類集合，一次為一個類學習規則集。

為了產生中的一條新規則，將樣本集按照2：1隨機地分為兩個子集，一個作為生成集（包括正樣本和負樣本），另一個作為修剪集（包括正樣本和負樣本）。從一個前件為空的規則開始，在特征屬性中選擇能使其FOIL信息增益最大的條件添加到中，不斷重復該過程繼續增長規則，直到覆蓋生成集的所有數據項。緊接著對新生成的規則進修剪，修剪操作從中最后加入的條件開始刪除，重復執行刪除直到無法提升的值為止，為度量公式，定義為，其中，和分別是和中被規則覆蓋的樣本數。學習完成后如果的MDL大于閾值則停止學習，否則將新規則添加到初始規則集中，然后將規則所覆蓋樣本從樣本集中刪除。重復進行該過程直到集合為空，則完成一個類的初始訓練。

最后對初始進行后修剪優化得到類的最終。刪除被覆蓋的樣本后，進入下一個類的規則集學習，直到只剩單個類為止，便完成了整個規則模型的學習過程。

3.4 系統的更新

該對蝦養殖水質調控技術服務系統為數據的更新提供了良好的機制，如圖3所示。數據更新分為領域專家端和系統用戶端，其中專家端通過智能手機終端或PC端對數據庫進行增、刪、查、改等操作，并在網絡暢通的情況下，上傳至服務器以更新系統的數據庫文件；系統用戶端則可以在獲取更新提示的前提下，選擇是否更新，如果需要更新則可以從新獲取最新的數據庫文件，實現系統的更新。

4 結束語

基于移動技術的養殖水質調控技術服務系統是利用先進的移動信息技術手段向養殖從業人員提供“養殖水質調控”技術服務。解決了因先進的養殖技術推廣信息化程序不強、不及時而導致的對蝦產業發展受阻的問題。同時智能手機的便攜性、普適性、動態更新也使其能夠真正應用到生產養殖一線，具有較高的使用價值。

參考文獻

[1]楊寧生，鄧祥征，葛常水等. 對蝦養殖管理信息平臺設計與開發[J].上海海洋大學學報，2011（04）.

[2]劉雙印，徐龍琴，沈玉利.基于.NET的對蝦病害防治專家系統的設計與實現[J]. 計算機工程與設計，2008（13）.

[3]楊林楠，郜魯濤，林爾升，彭琳，李文峰.基于Android系統手機的甜玉米病蟲害智能診斷系統[J].農業工程學報，2012（09）.

[4]袁曉航，杜小勇.iRIPPER——一種改進的基于規則學習的文本分類算法[J].山東大學學報（理學版），2007（11）.

[5]王紅軍，徐小力.基于RIPPER的旋轉機械故障診斷知識獲取[J].計算機工程與應用，2007（28）.

作者簡介

張雪英（1974-），女，廣東省汕頭市人。碩士學位。現為廣東海洋大學講師。研究方向為嵌入式系統及信息技術的研究。

通信作者

陳小瀚（1976-），男，廣東省潮州市人。碩士學位。現為廣東海洋大學講師。研究方向為信息管理系統、圖像處理。

作者單位

廣東海洋大學 廣東省湛江市 524088