游兆彤 孔亞廣 陳天鈞 胡曉飛

（1浙江省農(nóng)科院病毒學(xué)與生物技術(shù)研究所，杭州310021；2杭州電子科技大學(xué)信息與控制研究所，310018）

引 言

當(dāng)前，我國蜂產(chǎn)業(yè)仍延續(xù)采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過程沒有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，蜂農(nóng)操作的隨意性、蜂企加工的自動(dòng)化程度低等，使得實(shí)現(xiàn)蜂產(chǎn)品質(zhì)量的全程追溯變得毫無基礎(chǔ)[1]。針對(duì)蜂農(nóng)的生產(chǎn)而言，存在如下幾個(gè)問題：（1）沒有飼養(yǎng)管理記錄或檔案，有些即便有檔案也很不規(guī)范、缺乏定量化描述，無法達(dá)到追溯分析和產(chǎn)品質(zhì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)；（2）缺乏對(duì)蜂農(nóng)飼養(yǎng)全流程、蜜源地環(huán)境、物流及收購等信息的采集，沒有充分挖掘數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)信息，從而使得數(shù)據(jù)的有效性和可利用性大為降低。

本文針對(duì)蜂產(chǎn)品養(yǎng)殖過程的全流程基礎(chǔ)信息的采集及傳輸，提出并設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Android智能手機(jī)的蜂產(chǎn)品基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)（BIAS）。該系統(tǒng)充分利用了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蜂農(nóng)養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)施采集、存儲(chǔ)及傳輸，為后續(xù)進(jìn)行蜂產(chǎn)品全程質(zhì)量追溯系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器的架構(gòu)。客戶端為基于Android系統(tǒng)的智能手機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息采集、存儲(chǔ)及傳輸。服務(wù)器端基于Asp.Net平臺(tái)用C#語言建立了蜂產(chǎn)品質(zhì)量追溯平臺(tái)[2]。本文重點(diǎn)描述客戶端軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

客戶端軟件的開發(fā)需要建立Android SDK+Java JDK 6+Eclipse 3.5的開發(fā)環(huán)境?？蛻舳藴y(cè)試樣機(jī)采用中興N880S智能手機(jī)。系統(tǒng)運(yùn)行基本流程如下：（1）通過智能手機(jī)蜂農(nóng)記錄每天的養(yǎng)蜂信息，并經(jīng)由CDMA/GSM網(wǎng)絡(luò)，上傳給服務(wù)器存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫；（2）合作社負(fù)責(zé)人使用智能手機(jī)掃描蜂產(chǎn)品的條形碼、登記蜂產(chǎn)品的相關(guān)收購信息并經(jīng)過CDMA/GSM網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息上傳給服務(wù)器；（3）蜂產(chǎn)品加工單位采用本項(xiàng)目所提供的自動(dòng)化監(jiān)控產(chǎn)品進(jìn)行加工全流程的操作及監(jiān)控，將加工過程全信息通過Modbus TCP/IP上傳給服務(wù)器；（4）通過蜂產(chǎn)品全程質(zhì)量追溯平臺(tái)，企業(yè)管理人員可以實(shí)時(shí)查看和追溯產(chǎn)品全流程信息，同時(shí)顧客既可通過瀏覽器在PC端也可在手機(jī)端通過掃描條形碼實(shí)時(shí)查看蜂產(chǎn)品從原料——半成品——成品的全程質(zhì)量信息。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖 1[3，4]。

圖1 蜂產(chǎn)品基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)總體框架

在智能手機(jī)，本項(xiàng)目開發(fā)了面向蜂農(nóng)、合作社和顧客的三類軟件，本文重點(diǎn)介紹蜂農(nóng)養(yǎng)蜂日志軟件。蜂農(nóng)養(yǎng)蜂日志軟件可分為一般信息采集、環(huán)境信息采集、圖像信息采集三大組成成分。蜂農(nóng)養(yǎng)蜂日志信息采集處理采用多線程模式，一方面將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸并存儲(chǔ)于服務(wù)器，另一方面在智能手機(jī)本地?cái)?shù)據(jù)庫中預(yù)存了近三個(gè)月的數(shù)據(jù)。該方法既可使蜂農(nóng)方便查詢自身發(fā)送記錄，也可采集地點(diǎn)無3G信號(hào)或3G通道中斷的情況下，可以在3G信號(hào)恢復(fù)后將存儲(chǔ)在手機(jī)中被標(biāo)記為未上傳成功的數(shù)據(jù)再次上傳到服務(wù)器端[5,6,7]。圖3詳細(xì)描述了養(yǎng)蜂日志客戶端軟件的操作流程。

圖2 客戶端功能框架示意

2 養(yǎng)蜂日志軟件客戶端實(shí)現(xiàn)

2.1 一般信息采集

本系統(tǒng)中我們將其內(nèi)容根據(jù)需求進(jìn)行了規(guī)范化的處理，把養(yǎng)蜂日志分為蜂群管理、蜂病防治、蜂產(chǎn)品生產(chǎn)和蜂機(jī)具消毒四大塊[8,9]。同時(shí)，將蜂群管理細(xì)分成春夏秋冬四個(gè)季節(jié)，蜂病防治、蜂產(chǎn)品生產(chǎn)，蜂機(jī)具消毒模塊也是進(jìn)行了類似的設(shè)計(jì)。為方便蜂農(nóng)操作，軟件界面進(jìn)行了人性化設(shè)計(jì)，以按鈕、選擇框等操作形式為主。圖4展示了一般信息采集的基本界面。

圖3 客戶端操作流程示意

2.2 地理信息的采集

由于蜜源地環(huán)境是密切影響蜂產(chǎn)品原料的質(zhì)量因素。為此利用Android手機(jī)的GPS功能，自動(dòng)獲取蜂農(nóng)所處的空間信息，然后獲得對(duì)應(yīng)點(diǎn)的氣象信息，與其他信息一起發(fā)送到服務(wù)器端。本文通過Android手機(jī)LocationManager[10，11]系統(tǒng)服務(wù)自動(dòng)獲得地理信息。LocationManager是獲得位置服務(wù)的核心組件，它提供了完整的一連串方法來處理與位置相關(guān)的問題，包括查詢上一個(gè)已知位置、注冊(cè)和注銷來自某個(gè)Location－Provider的周期性的位置更新、注冊(cè)和注銷接近某個(gè)坐標(biāo)時(shí)，對(duì)一個(gè)已定義的Intent觸發(fā)等。（1）LocationManager常用的獲取位置信息的方式（Provieder）有GPS和NETWORK。本文采用GPS技術(shù)來獲取地理信息。因?yàn)檫@樣更加精確，又考慮到項(xiàng)目中并不要求實(shí)時(shí)要求去啟動(dòng)服務(wù)，而耗電方面也可以通過程序進(jìn)行必要的開關(guān)延時(shí)等處理達(dá)到省電的要求；（2）位置監(jiān)聽器的接口LocationListener中定義了常見的Provider狀態(tài)變化和位置變化的方法，程序中需要實(shí)現(xiàn)此接口才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的處理邏輯，然后讓LocationManager來注冊(cè)這個(gè)監(jiān)聽器，這樣就可以對(duì)每一種位置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)聽了。通過采用此方法，論文實(shí)現(xiàn)了地理位置數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取，然后根據(jù)獲得的地理信息查詢相應(yīng)氣象服務(wù)器以得到蜜源地環(huán)境的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)。

2.3 圖像數(shù)據(jù)的獲取

圖4 一般信息采集

圖5 條形碼

如圖5所示，為了實(shí)現(xiàn)蜂農(nóng)養(yǎng)殖過程的準(zhǔn)確監(jiān)控以及指導(dǎo)蜂農(nóng)養(yǎng)殖，需要利用智能手機(jī)的拍照功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂病實(shí)圖、蜜源植物等信息的獲取。養(yǎng)蜂日志客戶端軟件利用系統(tǒng)自帶的拍照功能，把采集的圖像信息存儲(chǔ)到手機(jī)SD存儲(chǔ)卡并與所有采集到的信息一起上傳到服務(wù)器端。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)如下：創(chuàng)建一個(gè)Activity類，同時(shí)實(shí)現(xiàn)該類的SurfaceHolder.Callback接口，該接口的作用是監(jiān)控?cái)z像頭界面變化并獲得相應(yīng)事件該類實(shí)現(xiàn)了三個(gè)方法：1）SurfaceChanged，用來監(jiān)聽界面的格式和大小的改變；2）SurfaceCreated，該方法監(jiān)聽第一次實(shí)例化即界面創(chuàng)建事件；3）SurfaceDestroyed，該方法在界面被銷毀的時(shí)候被調(diào)用。為了能夠正確獲得圖像數(shù)據(jù)，客戶端使用了OnClickListener按鍵監(jiān)聽機(jī)制，當(dāng)蜂農(nóng)按下“拍照”按鈕時(shí)，會(huì)通過PictureCall－Back方法來保存所拍攝圖像的字節(jié)數(shù)組，然后使用Android提供的文件I/O功能，將其從字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成本文定義的格式，從而實(shí)現(xiàn)圖像信息的存儲(chǔ)和上傳。

2.4 條碼信息采集

在蜂產(chǎn)品基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了對(duì)蜂農(nóng)的條碼用來記錄每個(gè)蜂農(nóng)生產(chǎn)蜂蜜、蜂王漿等原料產(chǎn)品的過程，條碼在整個(gè)系統(tǒng)中扮演了非常重要的角色，它是實(shí)現(xiàn)蜂產(chǎn)品質(zhì)量責(zé)任到蜂農(nóng)的關(guān)鍵。為方便計(jì)，條碼設(shè)計(jì)為一維碼，如圖5所示。其中65602代表蜂農(nóng)編號(hào)，12代表2012年，01為產(chǎn)品名稱類別，0代表包裝規(guī)格，最后002是產(chǎn)品序列號(hào)。在本系統(tǒng)中，條碼的數(shù)據(jù)讀取上傳時(shí)通過利用Android手機(jī)照相機(jī)強(qiáng)大的自動(dòng)對(duì)焦去點(diǎn)功能，利用代碼實(shí)現(xiàn)將條形碼數(shù)據(jù)讀取和存儲(chǔ)并發(fā)送的。

2.5 采集數(shù)據(jù)上傳的實(shí)現(xiàn)

采集數(shù)據(jù)的上傳使用Android智能手機(jī)的3G網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)傳輸方式基于“Request-Response”的機(jī)制。第一，通過HttpClient類編程取得Android的Http的客戶端；第二，利用HttpPost類獲得HttpPost的一個(gè)實(shí)例對(duì)象；第三，使用既定的通信協(xié)議將需要上傳的數(shù)據(jù)由HttpClient客戶端的execute（）方法來實(shí)現(xiàn)HttpPost Request；第四，在完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳后，客戶端取得服務(wù)器端發(fā)來的Response[12]。與此同時(shí)，客戶端軟件會(huì)自動(dòng)將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)內(nèi)建的數(shù)據(jù)庫中。

3 總結(jié)與展望

針對(duì)蜂產(chǎn)品全程質(zhì)量追溯的要求，本文提出并實(shí)現(xiàn)了基于Android智能手機(jī)的蜂產(chǎn)品基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備對(duì)養(yǎng)蜂日志數(shù)據(jù)的完整采集和實(shí)時(shí)上傳等功能。系統(tǒng)對(duì)蜂產(chǎn)品生產(chǎn)的一般信息、環(huán)境信息和圖像信息以及條碼信息采集等進(jìn)行了數(shù)據(jù)分類和優(yōu)化。在由于基于Android平臺(tái)開發(fā)，在系統(tǒng)兼容性、用戶界面交互等方面表現(xiàn)良好。在長(zhǎng)期的測(cè)試過程中系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好，得到了蜂農(nóng)、收購商及蜂企的好評(píng)，本文的工作為后續(xù)蜂產(chǎn)品質(zhì)量追溯平臺(tái)的全面實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。

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