基于云平臺(tái)的樣品采集布控與采樣管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

文/王賀程 鄭向群 師榮光

當(dāng)前針對(duì)配方化肥的合理使用，我國上下線聯(lián)動(dòng)投入了大量的精力，而土壤監(jiān)測(cè)是檢驗(yàn)實(shí)施方案效果的基礎(chǔ)，其工作包括空間定位信息收集與樣品相關(guān)屬性數(shù)據(jù)的管理。通?？蒲腥藛T往往以衛(wèi)星圖為參考依據(jù)在此之上完成點(diǎn)位的布設(shè)，再由樣品采集工作人員前往現(xiàn)場(chǎng)通過GPRS設(shè)備對(duì)照采樣方案進(jìn)行樣品的收集，將樣品帶回單位后，通過電腦整理采樣數(shù)據(jù)。此流程增大數(shù)據(jù)增大了人力與時(shí)間成本，降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，同時(shí)經(jīng)緯信息更新不同步，很難保證采樣點(diǎn)位與布設(shè)方案的一致性。因此有必要利用先進(jìn)的系統(tǒng)化的樣品采集手段，依托物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為監(jiān)測(cè)采樣布控工作提供更好的信息化基礎(chǔ)，使其整個(gè)過程更加科學(xué)、準(zhǔn)確與規(guī)范。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

樣品采集布控與采樣管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)豐富的網(wǎng)絡(luò)鏈接方式以及云數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)分為以下幾個(gè)部分：

手持端智能數(shù)據(jù)處理層：通過用戶身份權(quán)限識(shí)別獲取采樣任務(wù)，為采樣工作人員提供各點(diǎn)位巡航功能，保證實(shí)際采樣點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)與布設(shè)方案極度吻合。完成每個(gè)點(diǎn)位采樣后可生成打印樣品二維碼，并完成相關(guān)數(shù)據(jù)回傳的工作。

網(wǎng)絡(luò)層：通過GSM/CDMA移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)，手持智能數(shù)據(jù)處理層與應(yīng)用管理層間的數(shù)據(jù)交互。

應(yīng)用管理層：采樣布設(shè)方案信息包括，置采樣點(diǎn)布設(shè)位置坐標(biāo)、各點(diǎn)位坐標(biāo)、各點(diǎn)樣品類型（土樣、水樣）、各點(diǎn)采樣需求、檢測(cè)指標(biāo)、采樣坐標(biāo)準(zhǔn)許偏差度等相關(guān)信息。每一個(gè)布設(shè)方案完成后都可以通過系統(tǒng)評(píng)估、邀請(qǐng)專家?guī)鞂＜以u(píng)估的方式確保布設(shè)方案的可行性。確定布設(shè)方案后，系統(tǒng)管理員可將單個(gè)或多個(gè)任務(wù)分配給單個(gè)或多個(gè)采樣工作人員。樣品采集完成后，可生成樣品送檢表結(jié)合二維碼關(guān)聯(lián)提供樣品檢測(cè)信息錄入接口，方便樣品檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果的收集與統(tǒng)一管理。Web頁面不僅可完成上述操作，還可向管理人員及公眾發(fā)布監(jiān)測(cè)采樣結(jié)果，并可對(duì)外開放數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)采樣監(jiān)測(cè)信息的查詢和共享。

2 采樣點(diǎn)位布設(shè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能設(shè)計(jì)

采樣點(diǎn)位布設(shè)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)點(diǎn)位布控方案設(shè)置、方案系統(tǒng)評(píng)估與專家評(píng)估、采樣任務(wù)分配以及樣品信息管理，并為手持智能設(shè)備軟件系統(tǒng)提供所需的信息服務(wù)，每個(gè)子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如下：

用戶管理子系統(tǒng)：系統(tǒng)管理員可以在此系統(tǒng)中對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行部署，權(quán)限主要分為三個(gè)級(jí)別，系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)操作員以及專家；

點(diǎn)位布控系統(tǒng)：以谷歌地圖提供的Web GIS的API接口為基礎(chǔ)，用戶可以通過衛(wèi)星地圖界面對(duì)指定區(qū)域采樣點(diǎn)位的部署，并生成每一個(gè)點(diǎn)位的經(jīng)緯度、高層等信息的標(biāo)注，同時(shí)可設(shè)置采樣的附屬屬性如：各點(diǎn)樣品類型（土樣、水樣）、各點(diǎn)采樣需求、各點(diǎn)采樣坐標(biāo)準(zhǔn)許偏差度等相關(guān)信息，最終完成一個(gè)完整點(diǎn)位布設(shè)方案設(shè)計(jì)；

方案評(píng)估子系統(tǒng)：在完成點(diǎn)位布設(shè)方案后，可按需求進(jìn)行對(duì)應(yīng)評(píng)估的提交，可交給系統(tǒng)算法做評(píng)估，也可以線上邀請(qǐng)專家?guī)靸?nèi)的專家對(duì)方案做評(píng)估，確保方案的可行性；

樣品信息管理子系統(tǒng)：收集采樣后樣品的相關(guān)信息，結(jié)合布點(diǎn)方案生成送檢報(bào)告，并在完成檢測(cè)后收集檢測(cè)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品全信息查詢，統(tǒng)計(jì)以及圖標(biāo)展示并對(duì)外提供數(shù)據(jù)共享接口。

算法庫子系統(tǒng)：完成算法模型錄入收集工作，在滿足自身系統(tǒng)的同時(shí)，為手持智能設(shè)備軟件系統(tǒng)段提供相關(guān)接口服務(wù)。

2.2 點(diǎn)位布設(shè)系統(tǒng)的可視化

系統(tǒng)主要通過網(wǎng)絡(luò)層完成與應(yīng)用管理層的數(shù)據(jù)交互工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣工作人員在工作當(dāng)中的全程線路指引、采樣點(diǎn)位精準(zhǔn)度評(píng)估與采樣信息上傳功能，每個(gè)子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如下：

用戶身份識(shí)別子系統(tǒng)：通過采樣人員用戶登錄獲取相關(guān)信息與系統(tǒng)操作權(quán)限，并為任務(wù)管理子系統(tǒng)獲取分發(fā)采樣工作提供依據(jù)。

任務(wù)執(zhí)行記錄子系統(tǒng)：在用戶身份識(shí)別的基礎(chǔ)上，請(qǐng)求獲取下載所有或附近的采樣任務(wù)信息，在采樣工作進(jìn)行的全過程中記錄任務(wù)的整個(gè)實(shí)施狀態(tài)，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)回傳應(yīng)用管理層。

采樣點(diǎn)位巡航子系統(tǒng)：獲取每個(gè)采樣點(diǎn)精確的經(jīng)緯度信息，通過導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣工作人員進(jìn)行每個(gè)點(diǎn)位采集的位置指引，判斷位置偏差，控制點(diǎn)位的準(zhǔn)確性。

樣品信息生成子系統(tǒng)：根據(jù)當(dāng)前采集點(diǎn)位的樣品信息，在完成采樣后，生成對(duì)應(yīng)的樣品編號(hào)，樣品編號(hào)遵循一個(gè)采樣任務(wù)中多個(gè)點(diǎn)位的采樣順序，開頭加字母作為區(qū)分?？蔀槊恳粋€(gè)樣品打印唯一的不干膠二維碼帖子作為樣品的特有標(biāo)識(shí)，方便掃描查詢樣品基本信息及后期的檢測(cè)結(jié)果錄入。

備用采樣點(diǎn)預(yù)測(cè)子系統(tǒng)：當(dāng)采樣任務(wù)中布設(shè)方案的某一點(diǎn)位由于地理環(huán)境因素不可達(dá)時(shí)，可推薦備選采樣點(diǎn)位作為補(bǔ)充采樣點(diǎn)，在保證采樣點(diǎn)數(shù)量不缺失的同時(shí)保持采樣工作的效率與質(zhì)量。

3 結(jié)束語

樣品采集布控與采樣管理系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)是以物聯(lián)網(wǎng)通訊、服務(wù)技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合GIS開發(fā)接口開發(fā)完成具備監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)方案設(shè)計(jì)、布設(shè)方案評(píng)估、點(diǎn)位布設(shè)任務(wù)分配管理與執(zhí)行以及樣品信息管理，實(shí)現(xiàn)從采樣點(diǎn)布、樣品指標(biāo)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)共享發(fā)布的整體信息化解決方案。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路提高了原始監(jiān)測(cè)樣品采集的工作效率與準(zhǔn)確性，為相關(guān)監(jiān)測(cè)部門樣品采集工作的信息化管理和宏觀系統(tǒng)方案決策提供可行化解決方案。