J2ME技術(shù)在施肥中的運用
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J2ME是SUN微系統(tǒng)公司推出的一種以廣泛的消費性產(chǎn)品為目標(biāo)的高度優(yōu)化的JAVA運行時環(huán)境,包括尋呼機、移動電話、可視電話、數(shù)字機頂盒和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等設(shè)備。從技術(shù)的角度講,J2ME在應(yīng)用層提供了全功能的JAVA開發(fā)環(huán)境,適合在無線通訊設(shè)備上開發(fā)交互性較強的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。由于J2ME提供了對HTTP和TCP等高級Internet協(xié)議的支持,突破了WAP(WirelessApplicationProtoco,l無線應(yīng)用協(xié)議)必須通過WAP網(wǎng)關(guān)才能訪問Internet以及僅能訪問基于WML(WAP標(biāo)記語言)構(gòu)建的網(wǎng)站的限制,使得移動通訊設(shè)備可以用Client/Server方式訪問Internet上的所有信息[1]。由于有限連接設(shè)備的硬件和網(wǎng)絡(luò)的限制,有限連接設(shè)備配置(ConnectedLmiitedDeviceConfiguration,CLDC)與移動信息設(shè)備簡表(MobileInformationDeviceProfile,MIDP)是目前支持J2ME手機平臺中使用最多的2個規(guī)范。CLDC提供了一個適合小型的、資源受限的、連接受限的設(shè)備上使用的標(biāo)準(zhǔn)JAVA平臺。而MIDP是建立在CLDC基礎(chǔ)上的一些公共的、開發(fā)移動設(shè)備的API的集合[2]。目前MIDP規(guī)范是2.0(MIDP2.0在JSR-118中制定),由于該系統(tǒng)需要提取用戶的坐標(biāo)位置,因此需要使用J2ME的位置API,即JSR-179包。JSR-179包是一個用于基于CDC的設(shè)備和基于CLDC的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)可選包。它允許J2ME應(yīng)用程序通過標(biāo)準(zhǔn)的API訪問任何設(shè)備的位置信息,不管設(shè)備底層的技術(shù)如何,也不考慮服務(wù)提供商是誰。表1列出了在javax.microedi-tion.location包中定義的所有J2ME位置API,該表是根據(jù)該包1.0最終版(2003年9月)制作的。
2氮素平衡模型介紹
該研究的氮素平衡推薦模型主要借鑒了德國氮素專家系統(tǒng)(N-EXPERT)[3-4]和德國KNS系統(tǒng)(KulturbegleitendenNminSollwerte-System,即根據(jù)作物的生長考慮Nmin目標(biāo)值的系統(tǒng))[5-6]對氮肥限制性施用的模型理論,參考近幾年的相關(guān)研究[7-8],結(jié)合壽光市實際提出了適合該市的氮素平衡推薦系統(tǒng)。德國氮素專家系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)是考慮蔬菜-土壤體系中氮素平衡過程的各組分和主要過程,如土壤氮素礦化、作物殘體氮素礦化、氮素?fù)p失、蔬菜氮素吸收規(guī)律等,通過平衡方法計算出氮肥的施用量,并可根據(jù)蔬菜氮素吸收的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果及時做出反饋調(diào)整。為了使開發(fā)的系統(tǒng)方便應(yīng)用,易于推廣,必須簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在氮素平衡的計算中,對于影響蔬菜氮素吸收程度小的組分可以不予考慮,而對于影響較大的組分進行了有目的的選擇,其核心是要求施肥滿足作物生長所需的氮素目標(biāo)值,并且采用簡單的平衡模型計算推薦氮素施用量公式:推薦量=組分1+組分2+組分3-組分4-組分5-組分6。系統(tǒng)中各組分受不同的因素制約和影響,其研究方法也有所區(qū)別。對于作物氮素吸收、氮素?fù)p失、土壤有機氮礦化,有機肥氮素礦化來說,影響它們的過程復(fù)雜,參數(shù)很多,其計算精度必須滿足對于氮肥施用推薦的要求。因此,系統(tǒng)選用模型來對這些過程進行預(yù)測。必需土壤Nmin緩沖值需要通過田間試驗或?qū)＜医ㄗh獲得,而播前土壤氮素存留的氮素量則可以在實驗室分析后得到。對于作物氮素吸收、氮素?fù)p失、土壤有機氮礦化、有機肥氮素礦化均可以采用相近似的數(shù)學(xué)模型模擬。
3系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
系統(tǒng)總體設(shè)計包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計,系統(tǒng)客戶端設(shè)計和系統(tǒng)服務(wù)端設(shè)計。
3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計該系統(tǒng)的服務(wù)端需要使用數(shù)據(jù)庫,這里選擇MSSQLSERVER2005。數(shù)據(jù)庫中存儲了該系統(tǒng)需要計算的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)用于描述經(jīng)過地統(tǒng)計插值后的土壤氮素分布情況,其表達手段是坐標(biāo)值。屬性數(shù)據(jù)是對圖形數(shù)據(jù)的必要補充,是為各個空間對象合理地賦予屬性信息,其表達手段是字符串或統(tǒng)計數(shù)值。
3.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計用戶需要使用帶GPS定位設(shè)備的手機或PDA,以便系統(tǒng)自動提取用戶所在地的GPS坐標(biāo),然后用戶填寫關(guān)于氮肥推薦的信息,將該信息伴隨坐標(biāo)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到GIS服務(wù)器,服務(wù)器通過坐標(biāo)處理用戶請求,處理完畢將氮肥推薦的信息返回到用戶手機上。具體的手機端和服務(wù)端功能結(jié)構(gòu)設(shè)計如下:該系統(tǒng)客戶端(手機端)主要包括6個窗體:mainForm(用于系統(tǒng)描述)、coordinateForm(用于獲取GPS坐標(biāo))、veg-Form(用于選擇蔬菜類型、產(chǎn)量類型和栽培季節(jié))、vegForm2(用于輸入目標(biāo)產(chǎn)量和生長周期)、fumureForm(用于選擇有機肥和輸入相應(yīng)用量)和chemiForm(用于選擇化肥和計算最終結(jié)果值)。系統(tǒng)服務(wù)端設(shè)計包括使用ArcSDE將圖形數(shù)據(jù)存儲在SQLSERVER中,使用ArcGISSERVER后臺地圖服務(wù)等。
4關(guān)鍵技術(shù)分析
4.1使用J2ME的位置API獲取GPS經(jīng)緯坐標(biāo)通常,移動設(shè)備中內(nèi)置的定位提供方法并不是必須的。比如,設(shè)備運行一個定位API,需要一個附件來運行定位方法。這樣一個附件可以是帶藍(lán)牙的GPS接收設(shè)備或者是一個在有效范圍內(nèi)的GPS接收設(shè)備。位置的精確度由定位的方法所決定。有很多設(shè)備運行API定位程序從手機的基站獲得位置信息,局部小范圍的定位基站也可以用來獲取位置信息。除此之外,很多設(shè)備支持混合方法叫做A-GPS,這種方法同時使用了GPS和網(wǎng)絡(luò)獲取位置信息。一般地,使用衛(wèi)星接收到的位置信息更加精確。但由于衛(wèi)星的周期性,在商業(yè)區(qū)衛(wèi)星的GPS可能出現(xiàn)“峽谷效應(yīng)”,造成API定位中斷。使用的費用根據(jù)不同的定位方法決定。API中可以定義定位所使用的方法。
4.1.1選擇服務(wù)供應(yīng)商。位置API使用的第一個類是Lo-cationProvider類,其顯示了定位信息提供的模式。通過使用默認(rèn)的LocationProvider.getInstance(Criteriacriteria)可以創(chuàng)建LocationProvider的一個實例。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)用于判斷使用了什么定位方式。API運行的時候會選擇符合參數(shù)的定位提供方式。下面是其代碼實現(xiàn)框架:Criteriacrit1=newCriteria();LocationProviderprovider=LocationProvider.getInstance(criteria);if(provider!=null){……}
4.1.2創(chuàng)建接收端。當(dāng)LocationProvider成功創(chuàng)建以后,就可以被用來注冊MIDLET監(jiān)聽位置信息的更新以及坐標(biāo)的變動,當(dāng)前位置更新和定位方法狀態(tài)的改變的事件可以用LocationListener的借口來監(jiān)聽,通過這樣一個接口,JSR179就可以對一個設(shè)備進行跟蹤。下面是其代碼實現(xiàn)框架:publicvoidlocationUpdated(LocationProviderprovider,finalLocationlocation){……}publicvoidproviderStateChanged(LocationProviderprovid-er,finalintnewState){……}
4.1.3注冊接收終端。使用setLocationProvider方法可以使LocationListener注冊一種定位方法,這樣就可以確定下面的參數(shù):interval(以秒為單位),該參數(shù)用來接收事件;tmieout(以秒為單位),代表與定義的更新間隔相比較,最大的升級間隔時間。Maxage定義了位置信息更新的值。下面是其代碼實現(xiàn)框架:publicvoidsetLocationListener(LocationListenerlistener,intinterva,linttmieou,tintmaxAge){//AddsaLocationListenerforupdatesatthedefinedinter-va.l}
4.1.4訪問位置坐標(biāo)。使用QualifiedCoordinates類的getter方法可以獲得以1西格瑪為誤差描述坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度,包括經(jīng)度(Longitude)、緯度(Latitude)和高程(Altitude)。
4.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題該系統(tǒng)客戶端(手機端)獲取的用戶位置是WGS84坐標(biāo),而GIS服務(wù)器數(shù)據(jù)處理時用的是西安80坐標(biāo),因此需要進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換思路:先將WGS84大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到WGS84空間坐標(biāo),再將WGS84空間坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)變換(比如采用布爾莎模型)轉(zhuǎn)換為西安80空間坐標(biāo),然后將西安80空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)為西安80大地坐標(biāo),再將西安80大地坐標(biāo)經(jīng)過投影(比如選用高斯投影)轉(zhuǎn)換為西安80平面坐標(biāo),最后利用西安原點進行坐標(biāo)平差。
4.3使用Servlet與J2ME進行通訊由于J2ME支持HTTP和TCP等高級Internet協(xié)議,所以該系統(tǒng)可以使用HT-TP協(xié)議與Servlet進行交互。
4.3.1客戶端HTTP編程。J2ME手機HTTP編程包括4部分:建立HTTP連接,設(shè)置HTTP請求頭,回復(fù)處理和關(guān)閉HTTP連接。下面是其代碼實現(xiàn)框架:HttpConnectionconn=nul;l//定義連接對象Stringtag="true";Stringurl="訪問servlet地址";//Servlet的URLurl=url+"?tag="+tag;conn=(HttpConnection)Connector.open(url);conn.setRequesMtethod(HttpConnection.GET);if(conn.getResponseCode()==HttpConnection.HTTP_OK){//處理返回信息……}if(conn!=null)conn.close();
4.3.2服務(wù)端SERVLET編程。Servlet是與JSP一樣在服務(wù)端運行的一種Java應(yīng)用程序,Servlet可以接受來自瀏覽器或J2ME程序的HTTP請求,并作出響應(yīng)。在Servlet中通常使用抽象類HttpServlet類。HttpServlet類是GenericServlet類的擴充,提供了一個處理HTTP協(xié)議的框架。HttpServlet類包含初始程序方法init()、銷毀程序方法destroy()以及功能服務(wù)service()等方法。其中init()與destroy()方法必須被繼承。service()是Servlet的核心,提供了處理業(yè)務(wù)邏輯的方法,比如提供了doGet和doPost方法來支持標(biāo)準(zhǔn)的HTTP請求方法如GET和POST等。由于J2ME自身函數(shù)的限制不支持科學(xué)計算,所以將科學(xué)計算(坐標(biāo)轉(zhuǎn)換)放在Servlet中處理,此外,Servlet還包括與GIS服務(wù)器進行交互以及處理J2ME發(fā)出的事務(wù)請求操作。
4.4使用ArcGISServer建立后臺地圖服務(wù)ArcGISServ-er是功能強大的基于服務(wù)器的GIS產(chǎn)品,用于構(gòu)建集中管理的,支持多用戶的,具備高級GIS功能的企業(yè)級GIS應(yīng)用與服務(wù),如空間數(shù)據(jù)管理、二維三維地圖可視化、數(shù)據(jù)編輯、空間分析等即拿即用的應(yīng)用和類型豐富的服務(wù)。ArcGISServer提供廣泛的基于Web的GIS服務(wù),以支持在分布式環(huán)境下實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理、制圖、地理處理、空間分析、編輯和其他的GIS功能。該系統(tǒng)使用ArcGISSERVER創(chuàng)建后臺地圖服務(wù)以處理SERVLET發(fā)送的計算參數(shù)請求操作。
5應(yīng)用實例
該系統(tǒng)的研究實現(xiàn)了J2ME技術(shù)在農(nóng)業(yè)氮肥平衡推薦中的應(yīng)用,拓寬了智能手機的應(yīng)用范圍,使得智能手機能夠為農(nóng)業(yè)這塊很具備數(shù)據(jù)和應(yīng)用雙重挖掘潛力的領(lǐng)域服務(wù)。圖4是在Nokia6220C手機上的截圖。6結(jié)語該研究介紹了J2ME技術(shù)在農(nóng)業(yè)氮肥平衡推薦中的應(yīng)用研究,這其中涉及到了氮肥平衡模型的選用,使用JSR-179獲取坐標(biāo)位置,應(yīng)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,使用Serv-let與J2ME通訊,以及利用ArcGISSERVER地圖服務(wù)等內(nèi)容。筆者的目的只是向人們推薦一條使用J2ME技術(shù)在農(nóng)業(yè)氮肥平衡推薦中的應(yīng)用思路,并且隨著智能手機的普及以及手機3G時代的到來,使用手機為農(nóng)業(yè)服務(wù)必將是未來的發(fā)展趨勢。
