周 海，張 星

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

水庫(kù)移民工作較為復(fù)雜，在移民中不僅涉及到土地問(wèn)題，更多的是移民以及移民補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。除此之外，還包含較多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量非常大，并且數(shù)據(jù)格式不同，具有較大的差異性。這些因素導(dǎo)致水庫(kù)移民信息管控起來(lái)較難，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有較多學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于水庫(kù)移民信息管控方法的研究。王茂洋等[1]研究了水電工程移民全生命周期信息化管理云平臺(tái)，該平臺(tái)進(jìn)行多方面的精準(zhǔn)計(jì)算，并對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可視化展示與管理。張玉炳等[2]研究了水庫(kù)群綜合管理市級(jí)平臺(tái)，平臺(tái)中集成了異構(gòu)數(shù)據(jù)資源和離散業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水庫(kù)移民信息的管理。

上述研究提出的平臺(tái)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)信息管理，但是仍然存在一定的不足。近些年，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都得到較多的應(yīng)用，這是一種處理數(shù)據(jù)的技術(shù)，在處理過(guò)程中能夠從不完全的、有噪聲的數(shù)據(jù)中提取到有價(jià)值的信息，并且數(shù)據(jù)提取過(guò)程是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，如果此次挖掘到所用信息則停止挖掘，如果沒(méi)有提取到有用信息則會(huì)自行返回前面的步驟，重新調(diào)整并繼續(xù)計(jì)算?；诖髷?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)中，以期全方位地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為水庫(kù)移民后信息管理提供參考。

1 水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)的需求，將處理器作為系統(tǒng)的核心部分，主要框架見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件框架

在系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)圖中，系統(tǒng)的核心器件均為高速器件，所以采用高速PCB設(shè)計(jì)[3]方法，保證系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的可靠性。

1.1 處理器設(shè)計(jì)

嵌入式處理器采用ARM720T，該處理器主要用來(lái)提供系統(tǒng)的處理速度。高速緩沖中包含一個(gè)4項(xiàng)的相連寄存器。該處理器中包含3個(gè)異步復(fù)位信號(hào)，包含外部時(shí)鐘輸入和片上PLL[4]。該處理器上還包含獨(dú)立邏輯部分，每個(gè)都有自己的時(shí)鐘頻率要求，如果處理器是處于外部時(shí)鐘的模式時(shí)，外圍器件真實(shí)頻率不同于PLL模式時(shí)的頻率。該處理器還包含中斷處理功能，主要包含兩個(gè)中斷類(lèi)型，中斷請(qǐng)求和快速中斷請(qǐng)求[5]。

此外，其能夠?qū)?個(gè)分立的線(xiàn)性存儲(chǔ)器或者擴(kuò)展段解碼，每個(gè)段中任何一個(gè)都能夠配置成與傳統(tǒng)SRAM接口一致的接口相連接，并支持頁(yè)的模式存取[6]。 該處理器上內(nèi)置點(diǎn)陣式鍵盤(pán)，具有以下特點(diǎn)：①在應(yīng)用中，能夠?qū)⒘休敵鲵?qū)動(dòng)成全低；②如果鍵盤(pán)發(fā)生中斷能夠喚醒系統(tǒng)；③允許任意組合按鍵；④可以采用人機(jī)交互或者現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的方法進(jìn)行調(diào)試；⑤包含預(yù)擴(kuò)鍵盤(pán)，在使用時(shí)可以將信號(hào)線(xiàn)引出作為接口。

同時(shí)還包含液晶顯示模塊，該模塊包含LCD控制器，能夠直接與復(fù)合LCD接口相連接，LCD控制信號(hào)見(jiàn)表1。

表1 LCD控制信號(hào)

在系統(tǒng)中有高4位數(shù)據(jù)時(shí)，將8位數(shù)據(jù)一起提供給顯示器。

1.2 通信模塊設(shè)計(jì)

配置以太網(wǎng)控制模塊，采用CS8900A芯片為系統(tǒng)提供通信功能。該芯片主要包含ISA總線(xiàn)接口[7]，其具有以下特點(diǎn)：

1) 功耗低。因?yàn)樵撔酒瑑?nèi)部集成RAM，并且片上包含濾波器，能夠使隔離變壓器的選擇更為簡(jiǎn)單，還提供了許可的最小封裝。

2) 性能高。在有大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，傳輸模式能夠減少80%的中斷，并能夠緩解主機(jī)帶寬的流通。

3) 功耗低并且噪音也較低[8]。

該芯片包含20根地址線(xiàn)，其地址映射和相應(yīng)操作見(jiàn)表2。

表2 芯片地址映射和相應(yīng)操作內(nèi)容

為保證芯片正常工作，還需要外接一個(gè)20 M的晶振。

1.3 USB模塊

USB總線(xiàn)是一種輪訊方式的總線(xiàn)，其能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸。USB中還包含特殊通道，即消息通道，主要為設(shè)備的設(shè)置、狀況的查詢(xún)以及輸入信息的控制提供入口[9]。由于處理器上沒(méi)有USB接口，所以需要通過(guò)外部USB主控制器擴(kuò)展出USB設(shè)備接口。USB的接線(xiàn)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 USB接線(xiàn)簡(jiǎn)圖

其具有兩種時(shí)鐘模式12 M和48 M，通過(guò)相應(yīng)的控制線(xiàn)能夠進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

1.4 SDRAM模塊設(shè)計(jì)

處理器中自帶的控制器有以下特點(diǎn)：①支持2組外部SDRAM[10]；②具有可編程的總線(xiàn)寬度；③當(dāng)CPU進(jìn)入到就緒模式時(shí)，該控制器能夠進(jìn)入到自動(dòng)更新的模式。

當(dāng)系統(tǒng)有了SDRAM控制器后，就不需要外加控制器，采用合適的存儲(chǔ)器芯片就能夠?qū)崿F(xiàn)與控制器的連接。

2 基于大數(shù)據(jù)挖掘的水庫(kù)移民信息管控軟件設(shè)計(jì)

2.1 水庫(kù)移民信息并行處理

預(yù)先采用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)信息挖掘，過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘流程

將采集的數(shù)據(jù)記作：

(1)

其中：i1、i2、in為采集的信息；v1、v2、vn分別為采集信息對(duì)應(yīng)位置；Y11、Y1n、Yn1、Ynn分別為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

由于采集的數(shù)據(jù)較多，采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)處理需要，工作方式如下：

1) 建立中間文件。在節(jié)點(diǎn)上發(fā)送Map命令[11]在本地服務(wù)器上寫(xiě)操作，操作后獲得相應(yīng)的中間文件。

2) 數(shù)據(jù)容錯(cuò)處理。在大數(shù)據(jù)處理中，采用MapReduce模型處理，其具有較好的容錯(cuò)性能[12]，能夠?qū)⒐收瞎?jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送到正常數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的便捷性，使得導(dǎo)師與學(xué)生間的交流不再困難，我們應(yīng)充分利用如微博、微信、QQ等這些便利的交流方式，重視并提高交流互動(dòng)的即時(shí)性。

3) 量化數(shù)據(jù)。為了量化處理數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，將每個(gè)數(shù)據(jù)看作一個(gè)集合，對(duì)其相似度度量[13]，將相似度定義為：

(2)

式中：J(A,B)為一個(gè)0和1范圍內(nèi)的值，如果計(jì)算結(jié)果接近1，說(shuō)明集合之間的距離越接近。

通過(guò)上述過(guò)程對(duì)水庫(kù)移民信息預(yù)處理，為信息管控提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2.2 水庫(kù)移民信息關(guān)聯(lián)規(guī)則確定

在上述并行處理的基礎(chǔ)上，采用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法對(duì)水庫(kù)移民信息關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘[14]，過(guò)程如下：

1) 假設(shè)A?B，如果A發(fā)生，那么B也可能發(fā)生，前者是事實(shí)，后者是這個(gè)事實(shí)造成的后果。

2) 支持度，將項(xiàng)集A的支持度記作數(shù)據(jù)庫(kù)中A的記錄數(shù)目，將其記作SUP。將表明事務(wù)中包含的規(guī)則表示為：

SUP(A?B)=SUP(A∪B)=P(A∪B)

(3)

(4)

式中：W[i]為第i個(gè)對(duì)象的支持度；N為分析對(duì)象數(shù)量；∑prob為支持度穩(wěn)定性變化參數(shù)。

3) 置信度，即規(guī)則A?B中包含A事務(wù)的比值[15]，如下所示：

conf(A?B)=sup(A∪B)/sup(A)

(5)

基于上述過(guò)程能夠計(jì)算信息的關(guān)聯(lián)信息，即計(jì)算獲得水庫(kù)移民的關(guān)聯(lián)信息，減少數(shù)據(jù)冗余，以此完成水庫(kù)移民信息管控。

3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

為驗(yàn)證水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用效果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，并將水電工程移民全生命周期信息化管理云平臺(tái)、水庫(kù)群綜合管理市級(jí)平臺(tái)與所提出的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)分析系統(tǒng)的使用情況。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

測(cè)試環(huán)境見(jiàn)表3。

表3 測(cè)試環(huán)境

水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)中涉及多個(gè)功能部分，此次實(shí)驗(yàn)對(duì)各個(gè)功能查詢(xún)，對(duì)比功能查詢(xún)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及各個(gè)功能的查詢(xún)時(shí)間。

3.2 信息查詢(xún)效果測(cè)試

分別采用所提出的信息管控系統(tǒng)和其他兩種平臺(tái)對(duì)水庫(kù)移民信息查詢(xún)，查看其是否能夠按照用戶(hù)需求查詢(xún)到相關(guān)信息。對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)分析表4能夠發(fā)現(xiàn)，在10個(gè)查詢(xún)內(nèi)容上，所提出的查詢(xún)系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)查詢(xún)錯(cuò)誤的情況，準(zhǔn)確率較高。信息化管理云平臺(tái)與管理市級(jí)平臺(tái)均出現(xiàn)錯(cuò)誤查詢(xún)的情況，較所提出的管控系統(tǒng)應(yīng)用效果差。通過(guò)上述功能測(cè)試能夠表明，所研究的系統(tǒng)達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表4 信息查詢(xún)效果分析

3.3 網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)測(cè)試

在此部分實(shí)驗(yàn)中分為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，一是簡(jiǎn)單驗(yàn)證在各個(gè)操作上的執(zhí)行時(shí)間；另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)比在多并發(fā)數(shù)情況下信息的查詢(xún)時(shí)間。其中信息查詢(xún)時(shí)間對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 信息查詢(xún)時(shí)間

基于圖4可知，在各個(gè)信息的查詢(xún)上，所研究系統(tǒng)與其他兩個(gè)平臺(tái)花費(fèi)的時(shí)間差距較小，但是所研究系統(tǒng)仍然比其他兩種平臺(tái)花費(fèi)的查詢(xún)時(shí)間少。

在此基礎(chǔ)上，測(cè)試所提出的系統(tǒng)和其他兩種平臺(tái)有多用戶(hù)操作下的響應(yīng)情況，測(cè)試其穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，模擬100位用戶(hù)同時(shí)操作系統(tǒng)或者平臺(tái)，各個(gè)操作事物的平均響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

圖5 多并發(fā)數(shù)下信息查詢(xún)時(shí)間對(duì)比

基于圖5能夠發(fā)現(xiàn)，所研究的基于大數(shù)據(jù)挖掘的水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)在各個(gè)事物操作上，響應(yīng)時(shí)間均不超過(guò)3 min，在多并發(fā)用戶(hù)查詢(xún)下，花費(fèi)的時(shí)間都較少，在預(yù)期范圍內(nèi)；而水電工程移民全生命周期信息化管理云平臺(tái)在查詢(xún)時(shí)，在移民信息、地名搜索上花費(fèi)的時(shí)間較少，但是在移民影響分析、移民按指數(shù)查詢(xún)、空間關(guān)系分析3個(gè)指標(biāo)的響應(yīng)上，花費(fèi)的時(shí)間較多；水庫(kù)群綜合管理市級(jí)平臺(tái)在集中信息查詢(xún)上響應(yīng)時(shí)間均較長(zhǎng)，均超過(guò)所研究的信息管控系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果證明，所提出的水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)在多用戶(hù)查詢(xún)的情況下也能夠保持較快的查詢(xún)速度，較其他兩種平臺(tái)的性能更為優(yōu)越。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文基于大數(shù)據(jù)挖掘的水庫(kù)移民信息管控系統(tǒng)獲得了較好的應(yīng)用效果，不僅提高了查詢(xún)速度還提高了查詢(xún)的準(zhǔn)確性，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。同時(shí)證明，大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到信息管理中后，能夠客觀(guān)、合理、科學(xué)地對(duì)信息管控，為后期移民相關(guān)政策制定提供了科學(xué)依據(jù)。