基于BDS定位的甘蔗机械作业补贴系统设计与实现

李宇翔 李敏 方辉 杨绍锷 谢国雪 黄启厅

(1 广西农业科学院 广西南宁 530007;2 广西农业科学院农业科技信息研究所 广西南宁 530007)

随着新一代北斗卫星导航系统（简称北斗系统）（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）正式商用，基于BDS定位的研究变得活跃起来。有研究表明，BDS 对于智能电网的发展具有重要的推动作用，如融合大数据、云计算、移动互联网等技术，BDS 将是未来智能电网的基础支撑组件［1］。周恩泽等［2］结合农业信息采集特征，利用GPS 技术开发了农业信息计算机采集系统，进而支持农业种植，为农业现代化提供新的手段。阎逸尧等［3］设计基于BDS 轨道卫星搜救信号的接收机，成功捕获跟踪并实现实时定位，有效满足地面系统工程建设的测试需求。最近的一些研究也将BDS技术融入到智能系统的开发中，徐爱功等［4］利用BDS 复杂场景下的精确定位优势，实现城市环境下车辆的协同定位。针对单一导航系统因受外界因素干扰而易造成定位精度低的问题，彭元等［5］设计GPS/BDS组合的差分定位方法，将其嵌套于移动设备上，有效提高了定位精度。为提高农业补贴申报与审核工作效率，运用信息技术手段开发高性能、操作简便的信息管理系统与移动APP成为当下的重要途径［6-7］。谢秋波等［8］开发一种一站式的农机购置补贴审批管理系统，实现农机购置补贴高效发放。肖敏［9］、晓雨［10］均介绍了一种可通过手机快速完成申报补贴的方法。但以上研究多针对于提高管理端的工作效率，对于补贴申请流程的简化、数据的快速核查等没有相关的解决方案。近年来，BDS 在农业领域的应用越来越广泛。彭晓琴等［11］针对北斗卫星导航系统在农业农机中的应用作了归纳，其中提到，BDS 在农业航空、农田信息采集与测土配方施肥、跨区域作业农机监管、机耕道、农田灌排渠道选线和地籍测绘等方面均较多的应用，表明了BDS技术在农业领域应用的可行性。为解决机械作业补贴申报数据的真实性及快速核算的问题，基于BDS 卫星定位开发糖料蔗机械作业补贴移动APP，以此来完成补贴申报。通过BDS定位技术实现机械作业面积的计算统计，并传送到系统数据库，最终通过PC端完成审核工作。

1 开发技术与框架设计

1.1 BDS与Android Java间的调用机制

Android 系统通过API 调用地理定位服务获取当前所处的坐标点位置，APP 通过设定时间间隔来记录坐标点。首先通过getSystemService方法调用LocationManager来获取定位服务，然后在移动设备中获取当下坐标相应信息；期间通过LocationListener 监听位置变化，当坐标位置信息发生改变时触发onLocationChanged 函数，最后通过onProviderDisabled结束定位。

1.2 系统技术框架设计

系统采用Visual Studio Code 作为开发工具，前端采用node.js技术框架，其拥有强大的代码和模块化管理工具，用作本项目第三方模块引入，并进行模块化管理。本项目还依赖于node.js进行编译打包发布的操作。项目需要使用node.js 的npm install 命令进行模块初始化操作，调试运行只需要在命令时执行npm run 即可；发布运行则需运行npm build 操作，操作非常便捷。系统后端采用Java 开发的Spring Mvc 的Web 服务开源框架，该框架用于Jsp，但也可单独作为一个Web 服务系统运作。在服务层采用Http 协议进行数据交互，将json 作为数据交互格式。json 数据格式与java bean 对象可通过较多工具进行相互转化，Vue.js可以直接将json 转化成对象进行使用。与传统标单数据和url 参数相比，标准的json 数据的序列化操作更为简便，可减少数据处理的编码工作。系统技术框架见图1。

1.3 数据库设计

图1 系统技术框架

数据库设计遵循原子性、原始性、演绎性、稳定性的基本原则，考虑到系统的性能会受到数据库的影响，设计一个简洁、高效、全面的数据库尤为重要。系统数据库结构采用关系型的范式设计，通过将数据表关联、部分逻辑业务在DBA完成，以减少数据库的冗余性，降低程序出错的概率，提升其效率。记录点坐标表设计见表1。

表1 点坐标表

2 功能模块设计

2.1 APP端功能模块

APP 端主要实现补贴申报功能，按照申报流程，其步骤包括作业报备、作业信息采集、补贴审批、公示。申请流程如图2所示，功能用例说明如图3所示。

2.2 PC端功能模块

2.2.1 登录设计

前台登录页面发出携带用户填写的用户名密码参数的请求，访问后台登录接口，该接口解析获取请求中的用户名密码参数，后台数据库进行信息比对，登录成功后生成独立的Token存放，前端页面获取相应Token 后进行数据访问，后台Ehcache 对请求进行解析匹对，若信息正确则允许登录。

2.2.2 订单设计

PC 端界面功能模块采用列表导航形式，在审批子列表中点击机械作业获取数据调用接口，根据匹配的用户权限返回对应的数据；每个订单项设计详情按钮，点击订单详情访问数据接口，根据匹配的用户信息按权限反馈，若用户权限允许则跳转到订单详情页面，页面信息包括地块数据、佐证数据、坐标数据、审核状态等信息。

图2 作业补贴申请流程

图3 系统用例说明

2.2.3 审核设计

在审批模块中选择机械作业，系统判断当前用户权限，权限允许则进入机械作业补贴审核界面，在审核界面中分为审批详情与审批进度两部分。审核员根据系统计算与自报数据比对进行审核，审核通过即记录审核时间以及变更订单状态，在审批进度中查看流转到的审核部门。

2.2.4 抽查模块

抽查设计分指定抽查与随机抽查2个类型。其中随机抽查选定数量和通过率后，指定抽查点时按糖企或行政区域进行选择，后台从用户角色权限操作的订单中随机抽取相应数量的工单，生成相应抽查记录和关联数据。统计抽查工单并形成抽查记录列表，系统将抽查记录和对应订单、同级且同区域的用户关联，用户登录可查看自己的申请是否在抽查名单中。

于前端页面点击抽查管理发送请求，后台可根据相应条件查询出相应数据；点击导出按钮导出相应抽查数据文件保存至本地，点击抽查审核按钮展示抽查订单数据列表，填写审核意见发送请求至后台，后台接收参数生成相应抽查的审核记录。点击取消抽查则取消未完成的抽查记录。

2.2.5 账号管理模块

账号管理实现用户添加、删除，当前账号新增账号时将请求发送至后台，后台接收参数判断创建的账户级别，如权限级别高于本账户级别则添加失败，若低于当前账户权限级别则允许添加，账户生成后密码的修改操作只能由本账户进行。

2.2.6 地址管理模块

地址管理模块主要实现全区甘蔗产区地址管理。按照行政区域划分，新增地址必须符合规范的行政编码。管理用户新增或修改地址，符合规范则允许插入，否则返回相应提示信息。

3 实现结果与展示

3.1 APP实现

APP 基于 Element UI 与 Vue.js设计响应式页面交互模式，在不同的安卓设备上有较好的使用体验感。在打开APP后，会提示授权APP 获取定位、开启相机、存储功能3 个权限，此为申报所需权限，禁止后部分功能无法使用。由于不同手机的提示不同，根据手机提示给APP 授权。进入APP首页后不会强制登录，需要登录点击右下角个人中心，切换到个人中心再点击注册或登录，退出登录也在个人中心操作。APP 界面设计如图4所示。

机械作业补贴申请地块信息采集需在系统内建立地块信息档案，包含地块位置、地块范围、地块面积、所属者、联系方式等。

地块信息需要信息采集员使用手机APP的定位功能获取种植地块的范围。信息采集员在地块内手持手机步行一圈，以确定地块位置与面积，作为与作业面积对比的基础数据。在步行过程中，遇到转角的情况需要降低行走速度，令手机能够充分获取定位信息，并且提高手机采集定位信息的频率（每两秒采集一次），以提高地块面积的提取精度。采集员完成作业报备后进行实际作业，作业过程中，农机设备上的摄像设备与北斗设备将进行拍照与作业轨迹记录。作业完成后上传相关证明材料并提交申请。地块面积获取实现如图5所示，机械作业界面实现如图6、7所示。

图4 APP首页设计

3.2 PC管理端实现

系统自动统计功能将报备作业面积、作业量，与实际作业面积、作业量进行对比，异常数据在系统中高亮显示，需要当地工作人员对补贴申请对象进行详细审核。

审核界面以列表形式展示，列表内设置“详细”按钮，点击后展示上述各项需要审核的项目。在审核列表中，可进行单条申请记录的审核，也可以勾选多条申请记录后进行批量审核。审核通过的申请将被设置为“通过”状态，审核不通过的设置为“不通过”状态，如已进入审核阶段，显示当前的审核部门及状态。审核结果将进入统计汇总环节。机械作业管理实现如图8所示。

4 APP测试

4.1 兼容性测试

图5 作业面积获取实现

图6 业信息采集实现

图7 作业信息采集实现

软件测试覆盖当前主流的50 部不同品牌、不同型号安卓系统手机。测试通过47 部，覆盖用户数221 万，通过率94%，表明软件的兼容性较强。测试总体概况如图9 所示。未通过测试3 部，出现APP Crash问题2部，进程退出问题1部。问题概况如图10所示。

4.2 性能测试

性能测试主要从APP 安装耗时、启动耗时、CPU 占用、内存峰值占用情况进行测试。测试结果显示，50 部参试手机安装耗时集中在0～5.11s，启动耗时集中分布在0～0.72 s，平均CPU 占用率均在0～20%。内存峰值占用分布集中在100～200 M，其FPS 时间基本都小于16 ms，证明软件的流畅度较高。部分测试通过机型性能如图11 所示，总体测试性能分析如图12所示。

5 结论

随着信息技术在农业应用领域的不断深入，便捷的移动智能管理方法成为农业信息化的一个重要手段。本文有效利用BDS定位的优势，设计并实现一种糖料蔗机械作业补贴系统。得益于友好的响应式交互和系统关系型补贴数据库，APP 可以实现部分数据自动采集，帮助补贴申请者快速完成补贴数据采集、填报工作，管理人员可便捷审核补贴发放工作，改变了传统的补贴发放模式，实现糖料蔗补贴申请、审核、发放信息化，从而提高整体补贴工作效率，降低劳动力成本、创新了补贴发放管理模式。该系统具有稳定性良好、操作便捷、实用性高等优点。

图8 机械作业管理模块测试结果

图9 测试总体概况

图10 问题概况

图11 部分测试通过机型性能

图12 总体性能分析情况