基于Java的農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理Web平臺(tái)架構(gòu)技術(shù)研究

程亞維，王東霞

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，河南 濟(jì)源 459000)

0 引言

近年來(lái)，隨著農(nóng)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域農(nóng)機(jī)的社會(huì)化服務(wù)越來(lái)越普遍，但目前對(duì)于農(nóng)機(jī)的派出、組織生產(chǎn)、作業(yè)管理和質(zhì)量監(jiān)控缺少有效的管理技術(shù)手段。特別是在農(nóng)忙時(shí)節(jié)，由于農(nóng)機(jī)資源的不合理調(diào)度會(huì)造成農(nóng)機(jī)的缺口比較大，農(nóng)機(jī)作業(yè)效率低，農(nóng)業(yè)作業(yè)生產(chǎn)需求得不到有效的滿足。采用農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題，調(diào)度系統(tǒng)可以將農(nóng)機(jī)、作業(yè)人員和農(nóng)田信息錄入，在實(shí)際作業(yè)時(shí)根據(jù)地理信息等因素對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行合理的調(diào)配，利用GPS規(guī)劃導(dǎo)航路徑。在作業(yè)時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)作業(yè)量和作業(yè)效率等的分析，科學(xué)合理地進(jìn)行管理，從而有效地提高作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。

1 基于WebService和WebGIS的Web服務(wù)平臺(tái)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于地理信息系統(tǒng)的需求也變得多樣化，利用網(wǎng)絡(luò)可以使地理信息和空間分析不僅僅局限于GIS軟件，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)布空間數(shù)據(jù)和使用Web瀏覽器瀏覽地理信息，在這種背景下，WebGIS產(chǎn)生了。WebGIS是互聯(lián)網(wǎng)和GIS的結(jié)合，基于Internet平臺(tái)，利用多主機(jī)服務(wù)器(包括GIS服務(wù)器、Web瀏覽器、WebGIS編輯器和數(shù)據(jù)信息服務(wù)器4部分)，可以將農(nóng)田等地理信息進(jìn)行發(fā)布。隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶和WAP技術(shù)的發(fā)展，WebGIS在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用將會(huì)更加廣泛。

農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)不僅需要WebGIS提供農(nóng)機(jī)定位和調(diào)度的地理信息，更需要WebService應(yīng)用服務(wù)體系對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)，WebService應(yīng)用服務(wù)體系包括XXML、SOAP、WSDL及UDDI等，可以發(fā)布、定位及通過(guò)Web調(diào)用。WebService應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)完成后，其他的應(yīng)用服務(wù)程序可以利用它進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和安排。應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 WebService應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

采用該技術(shù)后，農(nóng)機(jī)調(diào)度管理中心可以實(shí)現(xiàn)自己的調(diào)度和管理功能，并將功能模塊組件化。這些服務(wù)組件可以直接發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)，其他遠(yuǎn)程調(diào)度管理系統(tǒng)也可以使用，充分地利用了調(diào)度資源。通過(guò)集成各個(gè)農(nóng)機(jī)調(diào)度管理系統(tǒng)的服務(wù)組件，可以形成統(tǒng)一的農(nóng)機(jī)調(diào)度Web系統(tǒng)，形成基于WebService的農(nóng)機(jī)調(diào)度一站式服務(wù)架構(gòu)。

2 基于Java的農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理，可以結(jié)合GPS、GIS及RS遙感等技術(shù)，將農(nóng)機(jī)管理信息全方位多角度的展示出來(lái)，方便進(jìn)行管理。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以通過(guò)登錄的方式查詢農(nóng)機(jī)制造企業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)機(jī)作業(yè)等情況，而企業(yè)內(nèi)部管理人員可以對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行調(diào)度，并通過(guò)發(fā)布農(nóng)機(jī)作業(yè)信息(如費(fèi)用、測(cè)量面積和作業(yè)質(zhì)量檢查報(bào)告等)，采用作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)后，可以達(dá)到服務(wù)快、指揮科學(xué)的目的。農(nóng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)的主要功能需求包括8個(gè)，具體介紹如下：

1)農(nóng)田的RS資料。農(nóng)田遙感資料是作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星高分辨率地圖，對(duì)地面農(nóng)田進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)，獲取各種地面信息，包括農(nóng)田的地塊、道路、水庫(kù)住宅等，便于各區(qū)塊的調(diào)度管理。

2)農(nóng)田GIS系統(tǒng)。農(nóng)田地理信息系統(tǒng)是管理系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)將記錄農(nóng)田的各種信息(如農(nóng)田作物的品種質(zhì)量、灌溉和施藥情況等)，達(dá)到在登錄信息系統(tǒng)后輸入某個(gè)地名便可以查詢這些信息的目的。

3)GPS定位跟蹤。GPS定位跟蹤是農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度的重要內(nèi)容，要掌握農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)作業(yè)情況，并對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行指揮調(diào)度，必須先對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行定位和跟蹤。在作業(yè)農(nóng)機(jī)上安裝GPS后，利用GPS接收機(jī)可以實(shí)時(shí)獲取農(nóng)機(jī)的位置和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)情況，將這些信息反饋到管理指揮中心，作業(yè)指揮中心根據(jù)具體情況對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行調(diào)度和管理，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢農(nóng)機(jī)的作業(yè)速度和進(jìn)度。

4)遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)。遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)可以更直觀地對(duì)農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查農(nóng)機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。采用24h全天候監(jiān)控，也有利于管理和防火防盜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)機(jī)故障問(wèn)題。

5)農(nóng)機(jī)的調(diào)度。機(jī)車(chē)調(diào)度是作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)最基本的功能，在系統(tǒng)中可以輸入農(nóng)場(chǎng)里所有機(jī)車(chē)的信息，然后根據(jù)作業(yè)需求對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行調(diào)度，在調(diào)度時(shí)僅僅輸入農(nóng)機(jī)的編號(hào)，便可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的調(diào)度。

6)農(nóng)機(jī)作業(yè)核算。農(nóng)機(jī)作業(yè)核算可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式，實(shí)現(xiàn)作業(yè)費(fèi)用的自動(dòng)核算，農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)面積、自身油耗等，核算出實(shí)際的作業(yè)費(fèi)用，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化收費(fèi)的功能。

7)農(nóng)田作業(yè)進(jìn)度統(tǒng)計(jì)。根據(jù)作業(yè)農(nóng)田區(qū)域輸入的生產(chǎn)進(jìn)度信息，管理人員在任何地方都可以通過(guò)登錄系統(tǒng)來(lái)掌握農(nóng)情進(jìn)度，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指揮。

8)農(nóng)機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。將農(nóng)機(jī)的相關(guān)信息輸入到系統(tǒng)里邊，包括駕駛員信息、農(nóng)機(jī)信息、管理歷史信息等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)檔案管理的數(shù)字化。

對(duì)于農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理各模塊的功能實(shí)現(xiàn)，可以采用Java語(yǔ)言來(lái)輔助完成。首先最重要的是注冊(cè)系統(tǒng)，注冊(cè)信息分為管理員和用戶，注冊(cè)后可以享受平臺(tái)的各種服務(wù)功能。其流程如圖2所示。

圖2 農(nóng)機(jī)管理員注冊(cè)流程

農(nóng)機(jī)調(diào)度管理用戶注冊(cè)成功后，將用戶信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，其采用Java編碼實(shí)現(xiàn)。核心程序?yàn)椋?/p>

//創(chuàng)建農(nóng)機(jī)管理員用戶相關(guān)實(shí)體

farm machinery fmzh = new farm machineryZh();

farm machineryJb fmjb = new farm machineryJb();

farm machineryLx fmlx = new farm machineryLx();

//將學(xué)員信息存入對(duì)應(yīng)實(shí)體

fmzh.setname(a);

fmzh.setPassword(b);

fmjb.setfmSf(xysf);

fmjb.setFdWay(Qualification);

fmjb.setPosition(Position_b);

fmlx.setPhone(request.getParameter("Tel"));

//通過(guò)調(diào)用manage方法將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)

farm machineryManage.savefmLx(fmlx)

farm machineryManage.savefmLx(fmjb)

farm machineryManage.savefmLx(fmzh)

注冊(cè)完成后便可以進(jìn)行登錄操作，采用前端JSP的Lgin.jsp來(lái)實(shí)現(xiàn)登錄功能。在LoginAction類中判斷用戶是否可以正常登錄系統(tǒng)，功能的實(shí)現(xiàn)采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)。其流程如圖3所示。

圖3 農(nóng)機(jī)管理員登錄流程

驗(yàn)證農(nóng)機(jī)管理員登錄用戶的賬號(hào)是否合法核心代碼如下：

//獲取農(nóng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)管理員用戶名和密碼

String username = request.getParameter("name");

String password = request.getParameter("password ");

//調(diào)用manage判斷用戶名和密碼是否合法

Boolean flag1=checkUserManage.ckuserZh (name,password);

//如果登錄成功則進(jìn)入相關(guān)系統(tǒng)，如果不成功則

if(flag1&&flag2){

return new ModelAndView(this.getViewPage());

}else{

return new ModelAndView(this.getLoginPage());

}

通過(guò)Java語(yǔ)言可以開(kāi)發(fā)出農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理的各個(gè)模塊的登錄、錄入信息和管理頁(yè)面等功能，然后結(jié)合Web服務(wù)器平臺(tái)可以架構(gòu)整個(gè)農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)。

3 基于Web平臺(tái)的農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度平臺(tái)的使用有利于提高農(nóng)機(jī)自動(dòng)化和精準(zhǔn)作業(yè)的水平(如自動(dòng)精準(zhǔn)施肥技術(shù))，因此農(nóng)機(jī)自主導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)主要應(yīng)用在規(guī)劃化商業(yè)種植作業(yè)方面，由GPS定位系統(tǒng)、GIS監(jiān)控系統(tǒng)及GPRS通訊系統(tǒng)等模塊組成。各模塊之間相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的自動(dòng)化調(diào)度。其框架如表1所示。

表1 農(nóng)機(jī)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)框架

Table 1 Framework of automatic scheduling system for agricultural machinery

應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)信息處理基礎(chǔ)3S技術(shù)Java語(yǔ)言、XML/SOAP、數(shù)據(jù)加密、報(bào)表分析、WebService、即時(shí)通信基于SOA的架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、Web服務(wù)器組件技術(shù)基于GPS/GSM/GPRS的信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)、信息采編及數(shù)據(jù)定制空間處理技術(shù)、空間分析、WebGIS技術(shù)

采用GPS數(shù)據(jù)處理服務(wù)器可以建立農(nóng)機(jī)GPS和數(shù)據(jù)中心的鏈接，采用GIS監(jiān)控軟件可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載GPS的定位，并存儲(chǔ)GPS信息。GIS系統(tǒng)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)的獲取，結(jié)合空間分析處理技術(shù)，建立監(jiān)控的可視化界面。采用SOA的架構(gòu)思想，利用Web服務(wù)器和Java語(yǔ)言及其組件技術(shù)，可以具體實(shí)施農(nóng)機(jī)自動(dòng)化調(diào)度管理系統(tǒng)的架構(gòu)，如圖4所示。

圖4 基于Web平臺(tái)的農(nóng)機(jī)調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)機(jī)調(diào)度管理系統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)可以支持GPRS通信，通過(guò)GPRS可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)和調(diào)度中心的即時(shí)通信功能，將位置信息實(shí)時(shí)發(fā)送給調(diào)度管理中心。農(nóng)機(jī)調(diào)度中心定位農(nóng)機(jī)的具體位置后，通過(guò)GIS空間分析，根據(jù)農(nóng)機(jī)的作業(yè)目的優(yōu)化農(nóng)機(jī)行駛路徑，指導(dǎo)農(nóng)機(jī)到達(dá)目的地。農(nóng)機(jī)在目的地完成作業(yè)后，將實(shí)時(shí)信息發(fā)給調(diào)度中心，然后調(diào)度中心可以通過(guò)PC機(jī)或者移動(dòng)設(shè)備對(duì)農(nóng)機(jī)發(fā)出控制指令，同時(shí)農(nóng)機(jī)的作業(yè)情況也可以在遠(yuǎn)程調(diào)度管理中心的顯示屏進(jìn)行顯示。這個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)可以采用Web服務(wù)器及Java語(yǔ)言和組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證采用調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)越性，本次對(duì)6個(gè)地塊的作業(yè)效率進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 作業(yè)效率和質(zhì)量對(duì)比表

在使用農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)后，作業(yè)效率明顯提升。對(duì)于不同的地塊、相同作業(yè)量而言，采用農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)所需要的作業(yè)時(shí)間更少。這是由于采用農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)后可以優(yōu)化農(nóng)機(jī)資源的配置，充分利用農(nóng)機(jī)資源，在較少的時(shí)間內(nèi)將更多的農(nóng)機(jī)調(diào)動(dòng)起來(lái)，從而提高農(nóng)機(jī)資源的作業(yè)效率，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的自動(dòng)化水平。

4 結(jié)論

為了提高農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，解決農(nóng)機(jī)的調(diào)度管理混亂的問(wèn)題，基于Java和Web服務(wù)器，架構(gòu)了農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理系統(tǒng)平臺(tái)。平臺(tái)的前端采用了JSP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)用戶的交互界面，包括注冊(cè)和登錄等；后端的功能采用Java語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，具有農(nóng)機(jī)信息錄入、人員信息錄入、農(nóng)機(jī)定位、行駛路徑規(guī)劃、農(nóng)機(jī)調(diào)配、遠(yuǎn)程監(jiān)控及科學(xué)管理等多種功能。為了驗(yàn)證平臺(tái)的可行性，在6種不同的地塊對(duì)調(diào)度管理系統(tǒng)的效率進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：采用調(diào)度系統(tǒng)可以有效提高農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率，縮短作業(yè)周期，對(duì)于解決農(nóng)忙時(shí)節(jié)農(nóng)機(jī)的缺口問(wèn)題具有重要的意義。