吳東慶 徐楚健 郭鵬飛 王前 侯超鈞

摘 要：無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用日益普及，但無人機(jī)供需信息服務(wù)水平還比較落后，為此設(shè)計(jì)了無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)信息系統(tǒng)?；赟pring Boot框架開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Web應(yīng)用程序，包括登錄模塊、訂單模塊、消息模塊以及認(rèn)證等功能模塊。經(jīng)測試，該系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)信息管理;Web應(yīng)用程序;分布式系統(tǒng)

DOI：10. 11907/rjdk. 191983 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0140-04

The Design and Implementation of UAV Farmland Service

Information Management System

WU Dong-qing1，2，XU Chu-jian1， GUO Peng-fei1，WANG Qian1，HOU Chao-jun1

（1.College of Computational Science， Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，China;

2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China）

Abstract： The application of UAV in agriculture is becoming more and more popular， but the supply and demand information service of UAV cannot meet the needs of farmers. This paper discusses the design and implementation of UAV farmland service information system. A Web application is developed in sequence based on Spring Boot framework. The system can be used by ordinary farmers and businesses， including login module， order module， message module and authentication module. After testing， the system has good practicability.

Key Words： UAV information management; Web Application; distributed system

0 引言

中國是農(nóng)業(yè)大國，基本農(nóng)田面積達(dá)18億畝[1]。但由于農(nóng)村勞動(dòng)力老齡化和城市化，導(dǎo)致農(nóng)田勞動(dòng)力緊缺，所以需要大量無人機(jī)來代替人力完成農(nóng)田中的植保工作[2]。但無人機(jī)成本高，專業(yè)性很強(qiáng)，如果農(nóng)戶自己購買、使用無人機(jī)，成本會(huì)大大提高。由無人機(jī)專業(yè)團(tuán)隊(duì)提供集中式服務(wù)，則可以極大地平攤成本，提升無人機(jī)使用效率?，F(xiàn)有的無人機(jī)服務(wù)供給和需求信息大部分是通過熟人介紹，或者用社交軟件如微信、QQ等進(jìn)行撮合，導(dǎo)致供需信息匹配效率不高，不利于實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。本研究一方面幫助農(nóng)戶實(shí)現(xiàn)服務(wù)需求發(fā)布，對優(yōu)質(zhì)無人機(jī)服務(wù)進(jìn)行篩選、管理，在農(nóng)戶服務(wù)需求和飛手供應(yīng)信息之間架設(shè)渠道;另一方面根據(jù)農(nóng)戶地理位置和服務(wù)需求等情況實(shí)現(xiàn)合理接單，讓飛手集約高效率地提供服務(wù)。

1 相關(guān)研究

早在1911年德國就提出使用飛機(jī)來噴灑農(nóng)藥進(jìn)行森林害蟲防治的計(jì)劃。1949年美國農(nóng)藥噴灑技術(shù)有了更大提升，空中作業(yè)以霧噴為主。到了1987年，日本成功發(fā)明無人機(jī)，并將無人機(jī)投入到農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的勞動(dòng)力，提高作業(yè)效率。美國成熟的霧噴技術(shù)加上日本無人機(jī)的創(chuàng)新發(fā)明，使得無人機(jī)在植保領(lǐng)域大有作為[3-4]。文獻(xiàn)[5]提出一種無人機(jī)探查技術(shù)，發(fā)明了兩個(gè)連續(xù)相位計(jì)算單個(gè)樹和樹行的三維幾何特征創(chuàng)新方法;文獻(xiàn)[6]研究提升無人機(jī)采集的麥田圖像拼接精度新方法。國外研究主要集中在無人機(jī)本身的研發(fā)環(huán)節(jié)，專門針對無人機(jī)共享使用的Web應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)則比較罕見。

隨著無人機(jī)在我國農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的興起，國家已將無人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策以促進(jìn)無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的普及[7]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，國內(nèi)一些廠商圍繞無人機(jī)共享技術(shù)開展了一些研究[8-14]，設(shè)計(jì)了一些平臺(tái)。這些平臺(tái)存在以下問題：①功能較為復(fù)雜，用戶體驗(yàn)不佳，缺少地圖化展示，對于無人機(jī)的終端用戶農(nóng)民來說，學(xué)習(xí)使用起來較為困難;②這些平臺(tái)沒有基于最新的Web快速開發(fā)技術(shù)，如Spring Boot等，導(dǎo)致開發(fā)成本和維護(hù)成本較高。

在Web快速開發(fā)技術(shù)方面，Spring Boot是一個(gè)熱門框架，它秉承“約定優(yōu)于配置”的原則，大大簡化了Web開發(fā)過程，可以很方便地?cái)U(kuò)展為微服務(wù)應(yīng)用[15]。基于Spring Boot的Web應(yīng)用日益受到歡迎[16-18]。地圖化展示方面，傳統(tǒng)的GIS開發(fā)復(fù)雜，技術(shù)門檻和成本都很高，而基于百度地圖API可以快速開發(fā)地圖化展示功能，近年來成功案例很多[19-20]。

本文基于最新的Web快速開發(fā)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)實(shí)用的無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)信息管理系統(tǒng)，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

2 需求分析

本系統(tǒng)面向農(nóng)戶、商戶兩種角色分析功能需求。

2.1 農(nóng)戶

農(nóng)戶即需要無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)的對象，可以不用注冊就能瀏覽本系統(tǒng)中所有的無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)方信息，但是必須注冊才可使用農(nóng)田服務(wù)預(yù)約等核心功能。農(nóng)戶角色涉及的功能包括農(nóng)田服務(wù)展示、訂單管理、購物車、注冊與登錄、服務(wù)評價(jià)與個(gè)人信息管理。

2.2 商戶

商戶即擁有無人機(jī)經(jīng)營許可的組織或公司。商戶旗下可以擁有具備無人機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)的飛手。商戶涉及的功能包括服務(wù)信息管理、訂單管理、飛手管理、注冊與登錄、經(jīng)營許可認(rèn)證、個(gè)人信息管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 功能設(shè)計(jì)

各個(gè)子系統(tǒng)在相互協(xié)作的同時(shí)還需要保證業(yè)務(wù)流程的完整性，共同構(gòu)成完整的無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)對應(yīng)不同的功能模塊，如圖 2所示。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)庫實(shí)體一共有8個(gè)，分別是：①農(nóng)戶;②商戶;③機(jī)手;④訂單;⑤農(nóng)田服務(wù);⑥購物車;⑦通知;⑧服務(wù)評價(jià)。另外還設(shè)計(jì)了兩個(gè)中間表記錄“訂單與機(jī)手”、“訂單與農(nóng)田服務(wù)”相關(guān)信息，實(shí)體之間ER關(guān)系如圖 3所示。

3.3 界面設(shè)計(jì)

3.3.1 農(nóng)戶界面

登錄成功后進(jìn)入主頁，顯示近一個(gè)月“銷量較好”的無人機(jī)服務(wù)和商戶信息，點(diǎn)擊服務(wù)或商戶，就會(huì)進(jìn)入服務(wù)的詳情頁面和農(nóng)田服務(wù)列表頁面，分頁顯示指定商戶旗下的所有農(nóng)田服務(wù)信息，本文顯示排名前4的服務(wù)信息，具體界面如圖 4所示。

在農(nóng)田服務(wù)列表頁面，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)農(nóng)戶個(gè)人信息中填寫的地址進(jìn)行定位，然后顯示該區(qū)域（省份+城市）下的農(nóng)田服務(wù)，默認(rèn)是價(jià)格升序排序;然后按照直線距離遠(yuǎn)近升序排序。農(nóng)田服務(wù)詳情頁面，顯示該服務(wù)的“銷量”、“平均評分”、“累計(jì)評論”以及相應(yīng)的評論信息和所屬的商戶信息，具體如圖 5所示。

在農(nóng)戶購物車界面，顯示農(nóng)戶選中的農(nóng)田服務(wù)，可對服務(wù)的數(shù)量進(jìn)行修改、移除和結(jié)算。根據(jù)購物車結(jié)算服務(wù)生成相應(yīng)的創(chuàng)建訂單頁面。農(nóng)戶可自定義作業(yè)地址，否則默認(rèn)是農(nóng)戶的地址;設(shè)置預(yù)約日期和填寫訂單備注信息。農(nóng)戶的訂單管理頁面，分頁顯示一定數(shù)量的訂單詳細(xì)信息，如訂單的基本信息、訂單關(guān)聯(lián)的農(nóng)田服務(wù)信息以及負(fù)責(zé)的機(jī)手信息。除此之外，農(nóng)戶可以更改“進(jìn)行中”的訂單狀態(tài)。

3.3.2 商戶界面

商戶界面包括顯示商戶所有“進(jìn)行中”狀態(tài)的訂單信息。地圖部分顯示所有訂單與商戶（個(gè)人信息中填寫的地址）的位置信息。訂單根據(jù)預(yù)約日期升序顯示，還顯示預(yù)約時(shí)間與現(xiàn)在時(shí)間差（倒計(jì)時(shí)）。除此之外，商戶還可將訂單導(dǎo)出為Excel文件，如圖6所示。

在訂單概況列表頁面，商戶可根據(jù)訂單狀態(tài)分頁顯示訂單主要信息，還可批量更改“未處理”狀態(tài)訂單信息。

在農(nóng)田服務(wù)列表頁面，商戶可根據(jù)農(nóng)田服務(wù)狀態(tài)（“上架”或者“下架”）分頁顯示，并且可批量更新農(nóng)田服務(wù)狀態(tài)，農(nóng)田服務(wù)信息則需要逐一修改。

在機(jī)手列表頁面，分頁顯示商戶關(guān)聯(lián)的機(jī)手信息，可對指定機(jī)手信息進(jìn)行修改。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

集成開發(fā)環(huán)境采用Eclipse Luna，Java Develop Kit1.8，數(shù)據(jù)庫基于MySQL，應(yīng)用服務(wù)器采用Apache Tomcat9.0，整個(gè)項(xiàng)目基于Maven構(gòu)建和管理依賴關(guān)系。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括用戶管理子系統(tǒng)、訂單子系統(tǒng)、消息子系統(tǒng)和認(rèn)證子系統(tǒng)。訂單子系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，主要針對“訂單”“農(nóng)田服務(wù)”“機(jī)手”以及“服務(wù)評論”這4個(gè)實(shí)體來實(shí)現(xiàn)。下面介紹農(nóng)田服務(wù)查詢和購物車兩個(gè)核心功能。

（1）農(nóng)田服務(wù)查詢。兩種角色的農(nóng)田服務(wù)信息查詢方式會(huì)有所差異。對于農(nóng)戶而言，搜索農(nóng)田服務(wù)，根據(jù)農(nóng)戶選擇的區(qū)域（省份+城市）和價(jià)格排序方式分頁顯示，默認(rèn)為農(nóng)戶個(gè)人信息填寫地址;如果沒有設(shè)置，則默認(rèn)值為前端設(shè)置的默認(rèn)值。該功能算法為：后臺(tái)將前端傳來的“區(qū)域”信息模糊匹配該區(qū)域所有商戶;然后向數(shù)據(jù)庫批量查詢這些商戶旗下的所有農(nóng)田服務(wù)信息，并且按照農(nóng)田服務(wù)價(jià)格進(jìn)行排序（排序方式由農(nóng)戶定義）;再判斷農(nóng)戶是否還需要按照商戶位置與農(nóng)戶自身位置的距離依升序排序。如果是，就需要調(diào)用“Baidu地圖的距離位置計(jì)算”服務(wù)，批量計(jì)算這些農(nóng)田服務(wù)所屬的商戶位置與農(nóng)戶位置的距離信息，然后按照自定義排序方式對農(nóng)田服務(wù)進(jìn)行排序。排序規(guī)則是在價(jià)格相等情況下，按照距離的遠(yuǎn)近升序排序。如果不需要按照距離排序，那么就直接返回查詢數(shù)據(jù)即可。

對于商戶而言，農(nóng)田服務(wù)查詢只能查詢自身發(fā)布的農(nóng)田服務(wù)，可以根據(jù)農(nóng)田服務(wù)狀態(tài)分頁顯示。

農(nóng)戶和商戶兩種角色在訂單查詢時(shí)基本一致，但是由于訂單涉及的實(shí)體比較多，有“農(nóng)戶”、“商戶”、“農(nóng)田服務(wù)”以及“飛手”等。雖然在同一訂單情景下，農(nóng)戶與商戶是一對一的關(guān)系，但是“農(nóng)田服務(wù)”和“訂單”“飛手”與“訂單”是“多對一”關(guān)系，整體上它們是多對多關(guān)系，所以用兩張第三方表記錄“一個(gè)訂單關(guān)聯(lián)哪些農(nóng)田服務(wù)”和“一個(gè)訂單由多少飛手負(fù)責(zé)”等信息。

因此在查詢上關(guān)聯(lián)的表比較多，這樣增加了數(shù)據(jù)庫查詢的負(fù)擔(dān)和難度。對此在查詢某一訂單關(guān)聯(lián)的所有實(shí)體信息時(shí)，首先通過“訂單表”與“兩張第三方表”連接，獲取訂單關(guān)聯(lián)的實(shí)體主鍵信息以及訂單的主要信息;然后再將訂單關(guān)聯(lián)的實(shí)體主鍵信息重新組裝成主鍵集合，批量從Redis查詢這些實(shí)體信息;最后再將從Redis得到的實(shí)體詳細(xì)信息包裝到“訂單的展示Vo”中并返回。

為了提升查詢效率，這一訂單查詢工作分成幾段進(jìn)行，分而治之。同時(shí)，在查詢訂單過程中可根據(jù)用戶設(shè)置的查詢條件進(jìn)行，可以按照訂單的狀態(tài)或者訂單的預(yù)約時(shí)間升序排序，或者是按訂單創(chuàng)建時(shí)間進(jìn)行排序并分頁顯示，該執(zhí)行過程如圖7所示。

（2）購物車?？紤]到農(nóng)戶對購物車的增刪查改操作會(huì)很頻繁，所以采用Redis存儲(chǔ)農(nóng)戶選中的農(nóng)田服務(wù)相關(guān)信息。采用Hash數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)，使用“ShoppingCartTable”作為HashKey，然后用農(nóng)戶的ID作為key，并用“購物車”實(shí)體的Json字符串對象作為value。該“購物車”實(shí)體的屬性在“數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)”中有說明，記錄的就是“服務(wù)ID”“服務(wù)所屬的商戶ID”以及“服務(wù)的數(shù)量”等關(guān)鍵信息。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)基于Spring Boot和地圖開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)戶尋找合適的“無人機(jī)農(nóng)田服務(wù)”目的，也為商戶對“農(nóng)戶需求訂單”的集中管理帶來便利。經(jīng)測試，系統(tǒng)能夠很好地搜索農(nóng)戶的服務(wù)需求，以及對訂單進(jìn)行管理，平衡農(nóng)戶服務(wù)需求與飛手供應(yīng)的關(guān)系，提供基于地圖搜索與服務(wù)需求的匹配功能，實(shí)現(xiàn)集約、高效率的無人機(jī)農(nóng)田信息服務(wù)。但本研究還有一些不足之處：①?zèng)]有設(shè)計(jì)移動(dòng)端/微信端應(yīng)用，可能會(huì)影響推廣;②在商業(yè)智能方面可以結(jié)合客戶對商家的評價(jià)量化其服務(wù)水平，從而為消費(fèi)者推薦更優(yōu)質(zhì)的商家。后續(xù)研究將以這兩點(diǎn)為重點(diǎn)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 瞿如一，童紹玉，唐靜波，等. 基于第一和第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)的我國土地利用變化特征分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（2）： 5-11， 24.

[2] 尚春雨，蔡建法，黃思健，等. 我國農(nóng)用植保無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（30）： 193-195.

[3] 郭晨，周杰，梁琴琴. 基于專利視角的美國無人機(jī)技術(shù)創(chuàng)新態(tài)勢研究[J]. 全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望，2017，32（4）： 69-76.

[4] 朱翔. 美國無人機(jī)助力植保[J]. 農(nóng)經(jīng)，2015（5）：75-77.

[5] TORRES-SáNCHEZ JORGE，F(xiàn)RANCISCA LóPEZ-GRANADOS， NICOLáS SERRANO， et al. High-throughput 3-D monitoring of agricultural-tree plantations with unmanned aerial vehicle （UAV） technology[J]. Plos One，2015，10（6）： e130479.

[6] D G MEZ CAND N，CASTRO A I，L PEZ GRANADOS F. Assessing the accuracy of mosaics from unmanned aerial vehicle （UAV） imagery for precision agriculture purposes in wheat[J]. Precision Agriculture， 2013， 15（1）： 44-56.

[7] 前瞻網(wǎng). 植保無人機(jī)納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼 農(nóng)業(yè)無人機(jī)即將“騰飛”[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38（3）： 50-51.

[8] 趙光輝. 從共享單車說到植保無人機(jī)[J]. 中國農(nóng)資， 2018（5）：156-161.

[9] 校林. 著眼引領(lǐng)農(nóng)業(yè)智能革命極飛發(fā)布三款新型植保無人機(jī)[J]. 農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督， 2017（11）： 44-45.

[10] 袁夢杰. 無人機(jī)共享方法、服務(wù)器、客戶端及系統(tǒng)[J]. 中國農(nóng)資，2016（2）：65-68.

[11] 趙光輝. 從共享單車說到植保無人機(jī)[J]. 中國農(nóng)資， 2018 （5）：25-31.

[12] 張成華，李曉峰. 無人機(jī)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)[J]. 艦船電子工程， 2013， 33（3）： 70-73.

[13] 齊智敏，張明義. 聯(lián)合作戰(zhàn)無人機(jī)情報(bào)處理與共享體系結(jié)構(gòu)研究[J]. 艦船電子工程， 2014（7）： 47-50.

[14] 張彥，殷華杰，李虎. 無人機(jī)系統(tǒng)智能服務(wù)研究[J]. 航空電子技術(shù)， 2018， 49（3）： 31-37.

[15] CRAIG WALLS. Spring boot in action[M]. Greenwich：Manning Publications， 2016.

[16] 劉櫻，楊明，王銳，等. 基于Spring Boot框架的氣象風(fēng)參數(shù)查詢服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件導(dǎo)刊， 2019， 18（5）： 110-113.

[17] 鄧笑. 基于Spring Boot的校園輕博客系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢：華中科技大學(xué)， 2018.

[18] 王振宇. 基于Spring Boot的整車出庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]. 南京：南京郵電大學(xué)， 2018.

[19] 王紅崧，周海晏. 基于百度地圖API的旅游地理信息系統(tǒng)開發(fā)[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2012（23）： 60-63.

[20] 張波，趙雙明. 基于Android平臺(tái)的百度地圖開發(fā)研究[J]. 軟件導(dǎo)刊， 2015， 14（7）： 96-99.

（責(zé)任編輯：杜能鋼）