基于WinCE寒地大豆信息化综合服务平台研究

董常波 戚国强 魏晓莉

东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030

基于WinCE寒地大豆信息化综合服务平台研究

董常波 戚国强 魏晓莉

东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030

本研究将农业信息化与PDA相结合，采用优化的C/S模式研究了一种新型的基于PDA的寒地大豆信息综合服务平台， 旨在为豆农提供产前、产中、产后过程中的信息和技术服务，最终实现增产增收。系统关键技术部分采用了贝叶斯网络中的精确推理、优化的A*搜索算法和AES加密算法，并通过TCP/IP技术和移动中间技术实现了SQL Server Compact Edition与SQL Server间远程数据存取。

寒地大豆；PDA；远程数据通信；SQL CE

引言

大豆原产于我国，我国的大豆总产量和出口量曾经约占世界90%以上，但是由于诸多因素的影响，我国的大豆产业面临及其严峻的形势，我们已经成为世界上大豆进口量最大的国家，而我们自己的大豆产量和质量却徘徊不前，究其原因主要是大豆生产一直沿用旧的方式方法，没有充分利用好现代信息科学和手段，仅凭经验种田，导致对大豆的生活习性，病虫害防治，平衡施肥，精准栽培管理等技术掌握不够准确。所以我们必须转变生产方式，由原来的粗放型农业转变为信息农业。因此本研究的目的旨在于通过信息化手段为农民服务，开发一个基于PDA的寒地大豆综合信息服务平台，使农民在田间地头就能够方便实时的利用有用信息来指导生产，来帮助农民增效增收。

1.系统分析与设计

1.1 系统结构设计

通过对豆农的需求分析和系统环境配置的调研对系统的结构进行设计，如图1所示，整个系统由两个子系统组成，即前端PDA系统和后台服务器系统。

图1 系统结构图Fig.1 System structure

图中， ADO.NET是Microsoft.NET平台上专门用于数据访问的高级编程接口，它由.NET Framework中的一组数据类型组成，用来提供应用程序访问数据源（.sdf）[1]。豆农通过应用程序来提取数据源中的数据，底层的通信和数据交换功能由PDA上的SQL Server CE client agent（客户端代理）与IIS（Internet信息服务）提供的SQL Server CE Server agent（服务器代理）通过无线网络或Microsoft ActiveSync工具完成，从而实现PDA与服务器端的数据交互。

1.2 系统网络构建

本系统开发为多用户共享系统，开发采用优化的C/S模式，服务器端为PC机，客户端为PDA，所有数据库及推理部分全部放在服务端，系统通过使用无线传输技术使用户可以随时随地方便快捷的登录大都信息平台，服务器端由系统管理员进行维护，及时更新、完善系统数据库，处理豆农发送的各类信息，保证系统高效运行。系统的总体网络拓扑图如图2所示。

1.3 系统功能模块设计

1.3.1 PDA终端系统功能模块 在对PDA终端系统功能模块设计之前要对其功能进行需求分析，明确其功能主要是农民用来进行数据信息的查询浏览和数据的远程无线传输。根据需求总结出如下的需求：用户管理可以实现用户的注册、登录、注销功能，登陆成功后方可利用信息平台；数据检索和决策可以实现大豆产前、产中和产后过程中的信息检索和决策功能。及时解决豆农在生产过程中遇到的各种问题；短信定制可以实现短信的定制和接收功能，及时了解大豆生产以及销售方面的信息。视频模块可以实现在线点播科教视频，也可以实现视频下载功能；留言咨询可以实现向服务器端发送留言的功能，豆农可以将自己的疑难问题以留言的形式发送至服务器；信息交流可以实现豆农大豆产前农资购买问题以及产后的销售信息交流问题，类似一个信息交流论坛。

图2 系统总体网络拓扑图Fig.2 System general Network topology chart

根据以上需求分析设计出PDA终端功能模块，如图3所示。

图3 PDA系统功能模块图终端Fig.3 PDA terminal system function

1.3.2 后台服务器端功能模块 根据系统的整体结构设计，后台服务器端分为用户管理模块、数据库管理模块、知识库管理模块、短信发送模块、留言管理模块、信息交流模块、网络设置模块。

系统管理员通过用户管理模块对用户进行管理，保证系统的安全性。数据库管理模块用来对后台数据库进行查看和更新，并实现对数据库备份的功能，管理员可以选择手动或自动定时备份，对数据的安全性和误操作都提供了保障[2]。数据库管理模块和知识库管理模块可以及时地对数据库和知识库进行更新和扩充，保证信息和知识的时效性；短信发送模块能够实现对信息定制用户的短信息发送功能；留言管理模块通过大豆专家的权威准确的回答然后以回复留言的形式发送给豆农。信息交流模块主要解决产后销售问题，也可以解决产前农资的购买问题，豆农可以在此交流平台上发布自己的供需信息。

2.系统开发工具与环境搭建

本系统的开发基于.NET平台，开发工具为Visual Studio 2008,采用C#语言。数据库采用SQL Server 2005,服务器端为Windows XP系统的PC机，PDA为多普达公司的T3333，操作系统为Windows Mobile 6.0,因此，对于智能设备的开发需要搭建PDA的WM6.5开发环境，包括顺序安装IIS服务器、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.系统开发的关键技术

3.1 知识表示

选择合适的知识表示方式是实现系统决策推理功能的基础，而采用优化的知识表示方法，是实现系统推理决策快速、精确的根本保障[3]。由于本课题各方面的大豆知识类型以及需要能够表示不精确知识且适合推理等因素，结合实际研究情况，本平台的研究采用了语义网络知识表示方法。先利用分类网络知识表示形式，对接收到的豆农输入的数据进行排队分析，将知识按层次进行分类，形成较规范的知识，再利用推理网络把每个判断中的谓词部分和变元部分分解开来，以便得到更深入的推理关系和更模块化的推理规则。

3.2 推理机制

在大豆智能服务平台的推理模块中主要采用了开式推理与闭式推理推理相结合的方法，从用户的问题出发，利用有限自动机制，直接把基本的推理规则写入语义网络，把语义的重点放在节点中，但并不是所有的弧都表示同一意思，同时形成推理模型[5]。这种推理模型无论从整体还是推理过程的考虑，都更符合本系统平台的知识结构和特点，不但提高了系统推理速度，而且提高了系统推理精度。

3.3 远程数据通信技术

本系统远程数据通信利用了TCP/IP技术，利用.NET Compact Framework中提供的TCP对象，创建自定义网络接口并使用Internet标准协议进行数据通讯。TCP对象包括TcpListener和TcpClient对象，TcpListener和TcpClient两个对象均基于Socket类，Socket类被定义在System.Net.Sockets命名空间[4]。Socket类可以以数据流的形式在网络上传送和接收数据。大豆智能服务平台构建基于TCP的C/S应用实现远程数据通信过程可分为: 建立TCP服务器、建立TCP客户端、异步TCP通讯。

3.4 优化的A*搜索算法

A*算法是一种静态路网中求解最短路最有效的方法，也是一种最好优先的算法，但在实现过程中增加了一些约束条件，使在问题求解时能够找到状态空间搜索的最短路径，也就是用最快的方法求解问题[5]。因此，本系统中的信息检索模块采用A*搜索算法，并在原有算法的基础上进行了优化处理，在信息计算量与搜索的准确性之间得到了很好的平衡，算法过程如图4所示（起始位置是A，目标位置是P，字母后的数字表示节点的估价值）。

图4 信息检索中的搜索算法Fig.4Searching algorithm in information search

3.5 AES加密算法

由于本系统平台设计的系统主要是信息检索与传输，每位用户都必须与服务器端的数据库实现数据交互，为保证数据传输过程中敏感数据的安全性，所以在系统加密设计时参照AES原理，并在AES原有算法的基础上做了部分改进，对列变化进行分解，使倍乘次数降低，提高加密效率[6]。此平台是基于C/S三层结构设计的，客户端必须经过数据处理转换模块间接访问后台数据库，因此，数据加密和解密的工作都是在数据处理转换模块中完成的。当数据经过数据处理转换模块后生成密文数据，所以PDA与服务器之间的数据以密文方式传输，减少了敏感数据在网络中传输泄密的可能性，保证了服务平台的数据安全。

图5 移动中间件原理图Fig.5 Mobile middleware elementary diagram

3.6 移动中间件技术

本系统利用移动中间件技术进行远程过程调用，结合网络技术与无线通信技术，实现计算机与智能移动设备之间的无线数据转换处理，从而使不同操作系统和硬件平台之间实现实时数据通信服务[7]。当豆农通过使用PDA输入需求信息时，数据信息通过程序接口与服务器建立连接，将数据传输到数据转换处理模块，首先将数据转换为服务器端可以接受的数据，再利用自定义程序和模块和通用程序模块，根据用户需求类型，通过SQL接口与后台数据库、知识库、模型库建立数据支持，迅速处理需求后，再将处理结果转换为PDA端可以接收的数据信息，通过程序接口发送到PDA。移动中间件技术实现原理图如图5所示。

4.结论

本系统开发以寒地豆农需求和实际研究情况为基础，采用了PC机与智能终端相结合的方法，为寒地豆农提供经济实用、方便快捷的交互式高科技服务平台，基本达到了本系统开发的目的。基于WinCE大豆智能服务平台的开发，为豆农提供了一个真正属于自己的信息服务平台，豆农可以随时随地体验专门为自己量身定制的服务模式，满足了广大豆农在系统平台功能方面的需求，且更具实用性、安全性及可升级性，使信息技术和高科技产品全方位融入大豆生产过程，加快新技术推广步伐，进而解决农村信息化“最后一公里”问题，逐渐缩短我国与国外发达国家大豆种植技术的差距。图6～图9为智能服务平台PDA端部分运行界面截图。

图6 PDA端主界面Fig. 6 main interface of PDA

图7 土壤信息模块Fig.7 Soil information module

图8 大豆品种选择模块Fig.8 Selection module of soybean variety

图9 大豆施肥决策模块Fig.9 Fertilization decision-making module

[1] 秦续彦.基于PDA奶牛管理信息服务平台的研究与实现[D]. 哈尔滨：东北农业大学.2010

[2] 欧阳建权.基于PDA农业专家系统的原理和实现.湘潭大学硕士论文.2001.11～27

[3] 何新贵.知识处理与专家系统.北京:国防工业出版社.1998.21～36.

[4] 刘文志，刘亮，班建民，陆卫中.基于TCP/IP的数据采集智能信息终端设计.信息技术.2006.12(10):14～15

[5] 黄冬. 基于PDA寒地大豆综合信息服务模式的研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学.2009

[6] 杨义先.现代密码新理论.北京:科学出版社.2002.73～102

[7] 苏康.一种基于消息中间件的数据传输平台设计方法.科学技术与工程.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， 山东潍坊人 硕士研究生 研究方向:智能农业。